一种燃料电池双极板流场结构制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池双极板流场结构，包括极板本体，在所述极板本体内设置有流场区，在流场区依次设置有阴极进口、进口分流区、进口扩散区、中间主流区、出口扩散区、出口分流区和出口，所述进口分流区和所述出口分流区内设置有若干平行设置且均匀分布的分流流道凸台，在所述进口扩散区和出口扩散区内设置有圆柱凸台，在所述中间主流区内设置有若干平行设置且均匀分布的主流道凸台，所述分流流道凸台的长度小于主流道凸台的长度，相邻两分流流道凸台之间形成进口分流流道或出口分流流道，相邻两主流道凸台之间形成中间主流道。该流场结构通过对阴极扩散区域的设计，使得阴极流道中空气均匀的分布。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板流场结构
本专利技术涉及一种流场结构，尤其涉及一种燃料电池双极板流场结构。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种可以将氢与空气的氧气进行电化学反应的装置，具有反应能量转化率高，排放物只有无污染的水，工作温度低，噪音小，能量密度大等优点。双极板是燃料电池的核心部件，双极板流道合理的设计直接影响电堆性能和寿命。由于空气中的含氧量只有21%左右，因此阴极板设计尤其重要，既要保证气体在每个流道分布均匀，又要低的空压机损耗。如若气体不在阴极通道均匀分布，膜电极活化区域反应也不均匀，表面温度也不同，长期会影响膜电极性能以及寿命。再者，阴极板流道局部欠气会使得产生的水滴不能及时排除流道，水的积累会产生“水淹”现象，这种现象会让电池性能骤然降低，甚至电池直接不能工作。目前，由于市场对燃料电池性能要求愈高，质子交换膜的活性面积变大，过往的蛇形通道，由于流道进出口压降大，气体分布不均，弯角处的积水过多等缺点而逐渐淡出市场。平行流场因其进出口压降低，空压损耗低，而被广泛使用，但平行流场内的气体均匀设计却是一个难点，主要因为气流从进口至平行流道区域需要有扩散区域来过渡，从而可以将气流均匀的分流至每个流道，因此扩散区域的设计尤为重要，但现有关于阴极板扩散区域的设计技术还不完善。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中平行流场实现均匀分流效果差的问题，提供了一种燃料电池双极板流场结构，该流场结构通过对阴极扩散区域的设计，使得阴极流道中空气均匀的分布，电极表面电流密度分布均匀，使燃料电池性能更加稳定，提高电池的使用寿命。本专利技术所采取的技术方案为：一种燃料电池双极板流场结构，包括极板本体，在所述极板本体内设置有流场区，在流场区依次设置有阴极进口、进口分流区、进口扩散区、中间主流区、出口扩散区、出口分流区和出口，所述进口分流区和所述出口分流区内设置有若干平行设置且均匀分布的第一流道凸台，在所述进口扩散区和出口扩散区内设置有圆柱凸台，在所述中间主流区内设置有若干平行设置且均匀分布的第二流道凸台，所述第一流道凸台的长度小于第二流道凸台的长度，相邻两第一流道凸台之间形成进口扩散流道或出口扩散流道，相邻两第二流道凸台之间形成中间主流区的流道。进一步的，进口扩散区和出口扩散区均包括第一区和第二区，所述第一区为设置有圆柱凸台的密集区，所述第二区置于第一区与进口分流区或出口分流区之间，在第二区与分流区之间设置有第一过渡圆角，所述分流区为进口分流区或出口分流区，在第一区与第二区之间设置有第二过渡圆角。进一步的，所述第一过渡圆角的半径R1为0.5~10mm，第二过渡圆角的半径R2为5~30mm。进一步的，所述进口分流区与出口分流区结构相同，所述进口扩散区与出口扩散区结构相同。进一步的，所述进口扩散区和出口扩散区的面积占流场区面积的15%~25%。进一步的，所述进口扩散区和出口扩散区内均设计2~4行，20~180列差排式圆柱凸台阵列，所述圆柱凸台半径R3为0.5~5mm，圆柱凸台行间夹角β为20~60°。进一步的，中间主流区的面积占流场区面积的50%~90%，所述中间流道凸台的宽度为0.5mm~3mm，长度15~400mm，中间流道凸台首尾圆角过渡。进一步的，在所述流场区内还设置有中心分区凸台，所述中心分区凸台由进口分流区延伸至出口分流区，在所述中心分区凸台上还设置有与中心分区凸台垂直的第三凸台，第三凸台置于进口扩散区和出口扩散区。本专利技术所产生的有益效果包括：本专利技术设计的阴极板流场结构，相比于图5(a)流场结构，在阴极板外形尺寸大致相同情况下，气体流量间的误差率由47.95%降低至13.36%。采用计算仿真技术对主流道区的20个流道的流量进行了监控，具体流道位置及编号，如图3和图4所示；具体的三维结构以及20流道流量分布柱状图，如图5(b)和图6(b)所示。气流分布均匀性的提高，有助于膜电极不同区域电化学反应均匀，温度分布均匀，降低浓差极化的影响，提高电堆性能及寿命，同时扩散区的结构提高了阴极通道进出口的压降。附图说明图1是本专利技术的2D结构示意图；图2是本专利技术的2D结构局部放大示意图；图3是本专利技术入口过渡中间主流道区的结构示意图；图4是图3中A-A剖视图；图5(a)为比较例3D结构示意图；图5(b)为比较例主流道流量分布图；图6(a)为本专利技术3D结构示意图；图6(b)为本专利技术主流道流量分布图；附图标记表示为：1、极板本体；2、阴极进口；3、阴极出口；4、进口分流区；5、出口分流区；6、进口扩散区；601、第一区，602、第二区，7、出口扩散区；701、第一区，702、第二区，8、中间主流区，9、中心分区凸台，901、第三凸台，10、第一过渡圆角，11、第二过渡圆角，13、直线段，14、主流道凸台，15、分流流道凸台，16、圆柱凸台。具体实施方式下面针对本专利技术做进一步的解释说明，但应当理解为本专利技术的保护范围不受具体实施例的限制。如图1所示，一种燃料电池双极板流场结构，包括极板本体，在所述极板本体内设置有流场区，在流场区沿长度方向依次设置有阴极进口、进口分流区、进口扩散区、中间主流区、出口扩散区、出口分流区和出口，所述进口分流区和所述出口分流区内设置有若干平行设置且均匀分布的分流流道凸台，在所述进口扩散区和出口扩散区内设置有圆柱凸台，在所述中间主流区内设置有若干平行设置且均匀分布的主流道凸台，所述分流流道凸台的长度小于主流道凸台的长度，相邻两分流流道凸台之间形成进口分流流道或出口分流流道，相邻两主流道凸台之间形成中间主流流道，长度方向即流体流动方向，中间主流区宽度与进、出口扩散区宽度相同，且大于进口、出口、进口分流区、出口分流区的宽度，流场区在长度方向和宽度方向均为对称结构。进、出口分流区在宽度方向均平均分成6~10个分流流道，进口扩散区和出口扩散区的面积之和占反应流场区的15%~25%，扩散区域在进、出口分流区及主流道区之间位置，进口扩散区和出口扩散区结构相同且位置对称，均设计有2~4行，20~180列差排式圆柱凸台阵列，如图1所示，进口扩散区和出口扩散区中均设置有第一过渡圆角，半径R1为0.5~10mm，第二过渡圆角，半径R2为5~30mm，过渡圆角的存在有助于气流分布均匀，扩散区6、7包括设置柱形凸台的第一区601、701和没有设置柱状凸台的第二区602、702，第二区602、702置于第一区601、701与分流区4、5之间，具体的第一过渡圆角设置在（进口/出口）分流区4、5与（进口/出口）第二区602、702的过渡拐角处，第二过渡圆角处于（进口/出口）第二区602、702与（进口/出口）第一区601、701之间过渡拐角处，第一过渡圆角和第二过渡圆角均设置在流场区的侧壁处。进扣扩散区和出口扩散区内圆柱凸台半径R3为0.5~5mm，圆柱凸台行间夹角β为20~60°，夹角β的大小有助于气流的扩散。扩张夹角θ为5~50°，扩张角度的大小有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板流场结构，其特征在于：包括极板本体，在所述极板本体内设置有流场区，在流场区依次设置有阴极进口、进口分流区、进口扩散区、中间主流区、出口扩散区、出口分流区和出口，所述进口分流区和所述出口分流区内设置有若干平行设置且均匀分布的分流流道凸台，在所述进口扩散区和出口扩散区内设置有圆柱凸台，在所述中间主流区内设置有若干平行设置且均匀分布的主流道凸台，所述分流流道凸台的长度小于主流道凸台的长度，相邻两分流流道凸台之间形成进口分流流道或出口分流流道，相邻两主流道凸台之间形成中间主流道。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板流场结构，其特征在于：包括极板本体，在所述极板本体内设置有流场区，在流场区依次设置有阴极进口、进口分流区、进口扩散区、中间主流区、出口扩散区、出口分流区和出口，所述进口分流区和所述出口分流区内设置有若干平行设置且均匀分布的分流流道凸台，在所述进口扩散区和出口扩散区内设置有圆柱凸台，在所述中间主流区内设置有若干平行设置且均匀分布的主流道凸台，所述分流流道凸台的长度小于主流道凸台的长度，相邻两分流流道凸台之间形成进口分流流道或出口分流流道，相邻两主流道凸台之间形成中间主流道。


2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板流场结构，其特征在于：进口扩散区和出口扩散区均包括第一区和第二区，所述第一区为设置有圆柱凸台的密集区，所述第二区置于第一区与进口分流区或出口分流区之间，在第二区与分流区之间设置有第一过渡圆角，所述分流区为进口分流区或出口分流区，在第一区与第二区之间设置有第二过渡圆角。


3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板流场结构，其特征在于：所述第一过渡圆角的半径R1为0.5~10mm，第二过渡圆角的半径R2为5~30mm。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐加辉，
申请(专利权)人：江苏氢璞创能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32