一种燃料电池流场板及燃料电池制造技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池流场板及燃料电池，涉及燃料电池领域。主要适用于氢‑空气燃料电池和氢氧燃料电池。该流场板包括：进气口、出气口、流道、脊和脊上的凸台，所述凸台沿所述流道方向分布在流道两侧的脊上，并贯穿整个流道。本发明专利技术通过在流道两侧的壁面上设置凸台，将流道内液滴与流道壁的交界面进行分割，减小了二者的有效接触面积，抑制液态水形成连续的水膜，有利于液态水的排出，缓解“水淹”现象的发生。凸台结构的存在还加强了气流扰动，增加了对流换热面积，提高了流场的传质和换热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池流场板及燃料电池
本专利技术涉及燃料电池领域，具体地，涉及一种燃料电池流场板及燃料电池。
技术介绍
氢-空气燃料电池以氢气做还原剂，氧气做氧化剂，通过化学反应实现化学能向电能的直接转化，因为不涉及热能的转化，不需要遵循卡诺循环热效率的限制，因此其可以达到很高的理论效率。此外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，并且没有机械传动部件，噪声较小，排放出的有害气体很少。因此氢-空气(氧)燃料电池是一项很有前途的发电技术。燃料电池双极板是燃料电池的核心部件之一，双极板上的流道可以将反应物气体均匀分配到电极的反应层进行化学反应，同时还要将燃料电池中过量的水排出，防止发生“水淹”，将流道、气体扩散层或催化层淹没，影响反应的进行。双极板的流道形式决定着流道内气体的流动状态，从而影响着反应物在电极各处的均匀分配。因此合理的流道结构可以保证化学反应的高效进行，使氢-空(氧)燃料电池装置具有稳定高效的输出。常见的燃料电池流道有平行流道、蛇形流道、交指型流道、点状流道和网状流道等。平行流道的压力损失虽然较小，但是容易造成气体分布不均；蛇形流道虽然具有较强的排水能力，但是其流道过长，造成反应气体压降过大，在流道后段容易出现反应气体供应不足和“水淹”现象。交指型流道由于流道不连续，气体被强制通到气体扩散层，提高了气体的利用率，但流体分布不均匀，压降较大。点状流道存在容易短路、电极表面利用率低、反应气体流速低等问题。网状流道虽然加强了传质过程，但是由于流道内气体流速较低，导致排水能力较差，并且流动均匀性也不够理想。专利号为CN200710172148.3的技术专利提出了一种改进型的交指型流场，这种流场设计的特点是进气流道底部被封死，但进气流道的脊岸处均匀开了一定数量的小开口，使其和排气流道相通。气体从进口进入进气流道后，部分通过扩散层强制扩散到排气流道，部分通过小开口直接进入排气流道，这样既保持原交指型流场的优势，又降低了气体压力损失。在此基础上采用进气渐扩/出口渐缩的结构使产生的水更容易排出。但这种结构对气体的进气压力要求比较高，并且仍有较高的水淹风险。因此现有的流场板结构仍有改进的空间。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种燃料电池流场板及燃料电池。根据本专利技术提供的一种燃料电池流场板，包括流场板、进气口、出气口、流道、流道脊以及凸台，其中：流道和流道脊均设置在流场板上；流体从进气口进入流道，并从出气口流出；流道的两侧设置有流道脊，流道脊的侧面沿流道方向设置有凸台。优选地，所述流道呈平行流道、蛇形流道、折形流道、S形流道或者交指形流道。优选地，所述凸台位于流道脊的中间部位，凸台长度与流道长度相当。优选地，所述凸台沿流道方向连续分布。优选地，所述流场板包括石墨板或金属板。优选地，凸台沿流道宽度方向上的截面形状包括矩形、梯形、三角形、半圆形或半椭圆形。优选地，所述流道沿宽度方向的截面形状包括梯形、矩形或半圆形。优选地，流道和流道脊交错分布设置。根据本专利技术提供的一种燃料电池，包括上述的燃料电池流场板。优选地，所述燃料电池包括氢-空气燃料电池或者氢氧燃料电池。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术加速液态水的排出，能够减少液态水在流道内堆积，并加强流场传质和导热能力，保证了燃料电池高效稳定地输出；2、本专利技术基于湍流原理，在流道两肋上间隔设置凸台，气体在流动过程中产生压力和速度波动，形成局部湍流，使反应物气体向扩散层的传质增强，减少了浓差极化，促进了反应物的均匀分布；3、本专利技术中采用的凸台将流道内液滴与流道壁的交界面分割，减小了二者的有效接触面积，抑制液态水形成连续的水膜，减少了液滴聚积，有利于液态水的排出，避免“水淹”现象的发生；4、本专利技术基于局部湍流使流场的换热能力增强的原理，凸台结构导致对流换热面积增加，也使流场的换热能力增强，因此使用本专利技术的燃料电池其温度场分布更加均匀；5、本专利技术提出的凸台结构便于加工制造，具有大规模应用的可能性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术实施例1的流场板结构示意图。图2是本专利技术实施例2的流场板结构示意图。图3是本专利技术实施例3的流场板结构示意图。图4是本专利技术实施例4的流场板结构示意图。图中：1进气口、2出气口、3流道、4脊、5流场板、6凸台、7流道截面。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1如图1所示，根据本专利技术的一种燃料电池流场板，主要适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池，所述流场板由石墨材料制成，包括进气口，出气口，流道，脊和流道两侧的凸台。所述进气口和出气口通过流场板上的流道相连。流道采用平行流道，流道截面采用梯形截面，流道两侧的凸台采用三角形凸台。本专利技术的流场板在工作时，将气体通入进气口1，气体沿着流道3进行移动和反应，到达出气口2处排出未反应的气体和反应生成的水。流场板5中的4是脊，脊4与流道3交替相间排布，起到了支撑流场板5和分隔气体的作用。6是流道壁面上的凸台，7是流道截面放大图。凸台将平整的流道壁面进行界面分割，减小了水滴与流道壁的有效接触面积，避免流道内形成连续的水膜，有利于液态水的排出。同时由于凸台的存在对气流造成一定扰动，以及对流换热面积的增加，使流场的传质能力和换热能力加强，提高化学反应速率并保证温度温度场的均匀性。实施例2如图2所示，根据本专利技术的一种燃料电池流场板，主要适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池，所述流场板由石墨材料制成，包括进气口，出气口，流道，脊和流道两侧的凸台。所述进气口和出气口通过流场板上的流道相连。流道采用蛇形流道，流道截面采用梯形截面，流道两侧的凸台采用矩形凸台。本专利技术的流场板在工作时，将气体通入进气口1，气体沿着流道3进行移动和反应，到达出气口2处排出未反应的气体和反应生成的水。流场板5中的4是脊，脊4与流道3交替相间排布，起到了支撑流场板5和分隔气体的作用。6是流道壁面上的凸台，7是流道截面放大图。凸台将平整的流道壁面进行界面分割，减小了水滴与流道壁的有效接触面积，避免流道内形成连续的水膜，有利于液态水的排出。同时由于凸台的存在对气流造成一定扰动，以及对流换热面积的增加，使流场的传质能力和换热能力加强，提高化学反应速率并保证温度温度场的均匀性。实施例3如图3所示，根据本专利技术的一种燃料电池流场板，主要适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池，所述流场板由金属材料制成，包括进气口，出气口，流道，脊和流道两侧的凸台。所述进气口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池流场板，其特征在于，包括流场板、进气口、出气口、流道、流道脊以及凸台，其中：/n流道和流道脊均设置在流场板上；/n流体从进气口进入流道，并从出气口流出；/n流道的两侧设置有流道脊，流道脊的侧面沿流道方向设置有凸台。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池流场板，其特征在于，包括流场板、进气口、出气口、流道、流道脊以及凸台，其中：
流道和流道脊均设置在流场板上；
流体从进气口进入流道，并从出气口流出；
流道的两侧设置有流道脊，流道脊的侧面沿流道方向设置有凸台。


2.根据权利要求1所述的燃料电池流场板，其特征在于，所述凸台位于流道脊的中间部位，凸台长度与流道长度相当。


3.根据权利要求1所述的燃料电池流场板，其特征在于，所述流道呈平行流道、蛇形流道、折形流道、S形流道或者交指形流道。


4.根据权利要求1所述的燃料电池流场板，其特征在于，所述凸台沿流道方向连续分布。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯俊波，章俊良，高骞，柯长春，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31