一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，包括相互之间彼此隔开的一个上游进气流场和一个下游出气流场。所述的上游进气流场和下游出气流场，其两个流场为交指型结构流场，流场的流道结构为变截面流道结构。所述两个流场的流道，在沿流道纵向方向深度为波浪形或纵向分段交替梯形的锯齿形三维流道结构；在波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（或梯形底部）处设置有深度为半基高的横向连通通道。本发明专利技术提供的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，既能够实现气体在流道内产生紊流效应，增大气体在反应面的强制对流效果，同时，能够实现生成物

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂内的化学能直接转化为电能的发电装置，因其发电过程中不用燃烧，不受卡诺循环限制，因而具有能量转化率高，环境友好等特点，已成为当今世界公认的最理想新能源技术之一。
[0003]质子交换膜燃料电池的性能受到多方面因素的影响，除质子交换膜的水传导率是影响其性能的重要参数之外，燃料电池双极板作为燃料电池的关键部件之一，其流道结构设计在分配燃料气体（或氧化剂）、导电、导热以及排水等方面也起着决定性的作用，双极板的流道设计直接影响着燃料（或氧化剂）气体的供应是否能够均匀分布以及产物水是否能够顺利排出等。理想的流道结构设计，既能够保证其通过的气体均匀的分布在整个反应区域内，通过气体扩散层，到达催化层以充分发生化学反应，同时，还能够实现将反应产物水通过流道顺利排出至燃料电池之外，以使燃料电池达到一个良好的工作性能。
[0004]在现有技术中的质子交换膜燃料电池的双极板流道结构存在以下不足：现有的燃料电池技术中，双极板的流道设计多采用等截面流道结构，在流场结构中，沿流道方向，其流道的截面形状和面积不发生变化，因此，在气体通过流道过程中，沿着流道的方向，气体的压力会逐渐下降，气体摩尔浓度也会逐渐降低，这将不利于反应物水及时、有效的排出，继而影响燃料电池的工作性能。

技术实现思路

[0005]针对以上现有技术的缺点以及不足，本专利技术提供了一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，既能够实现气体在流道内产生紊流效应，增大气体在反应面的强制对流效果，提高燃料电池的性能，同时，能够实现生成物水的聚集，并将之顺利排出的效果，保证了燃料电池良好的工作性能。
[0006]本专利技术实现上述效果的具体技术方案如下：一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，包括相互之间彼此隔开的两个流场，一个为上游进气流场，一个为下游出气流场；所述的两个流场为交指型结构流场。
[0007]进一步地，所述的上游进气流场和下游出气流场的流道皆为变截面流道结构。
[0008]尤佳地，所述上游进气流场的流道沿流道方向为纵向深度梯度不变的波浪形三维流道结构；所述下游出气流场的流道沿流道方向为纵向深度梯度逐渐变小的波浪形三维流道结构。
[0009]尤佳地，所述上游（和/或）下游流场的流道结构，还可以是沿流道方向为纵向分段交替的堤坝式三维流道结构；其所述流道的纵向剖面为交替梯形的锯齿形结构。
[0010]尤佳地，所述变截面流道的径向截面形状为U型、梯形或矩形。
[0011]尤佳地，所述上游进气流场的纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（梯形底部）处，与下游出气流场的纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（梯形底部）处，设置有深度为半基高的横向连通通道。
[0012]尤佳地，所述为半基高的横向连通通道的径向截面形状为U型、梯形或矩形；可选地，所述为半基高的横向连通通道，其径向截面通道宽度为流道宽度的1/3或1/4。
[0013]进一步地，所述为半高基的横向连通通道，为在流道长度方向上一定距离位置的、部分设置的通道，其疏密程度因电堆的功率不同而发生变化。
[0014]尤佳地，所述为半高基的横向连通通道，在上游流场流道的末段处，设置的通道数量较中段和上段处为多。
[0015]尤佳地，所述的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，其下游出气流场的流道宽度较上游进气流场的宽度小；可选的，所述下游出气流场的流道宽度为上游进气流场宽度的3/4。
[0016]本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：1）本专利技术所提供的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，其流场结构为交指型流场，上游流场和下游流场之间是彼此隔离的两个流场，气体自上游流场进入下游流场，须在气体的较高压力下，强迫穿过气体扩散层，到达膜电极的催化剂处，经过气体反应后，尾排部分气体进入下游流场的流道内，然后排出系统之外，这有利于极大的提高燃料电池的反应速度和效率，进而提高其发电的性能，见图2所示；2）本专利技术所提供的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，其上游进气流场和下游出气流场的流道皆为变截面流道结构；所述的上游和/或下游流场的流道为沿流道方向纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）三维变截面流道结构，这有利于在流道截面变窄处，形成气体在垂直于流道平面方向上存在速度分量，使得气体能够垂直于流道平面以强迫对流形式进入催化层，并随着电流密度逐渐增大，其气体传输能力增强而使得气体浓度损失变小，能够进一步提高燃料电池的发电性能，见图3所示；3）本专利技术所提供的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，其所述下游出气流场的流道沿流道方向为纵向深度梯度逐渐变小的波浪形（或交替梯形的锯齿形）三维流道结构；这会使下游流场的流道平面方向和垂直于流道平面方向的气体速度逐渐增大，增强了电池的气体传输能力和排水性能；4）本专利技术所提供的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，在其部分的上游进气流场的纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（梯形底部）处，与下游出气流场的纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（梯形底部）处，设置有深度为半基高的横向连通通道，并且其通道截面较小，这有利于在流道的此处形成反应水的聚集，并在通过较小的通道进入下游流场的过程中，流道内压力降低，流速增大，能够快速的将水排至下游流场，实现良好的排水性能。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用
的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：图1 为本专利技术优选实施例的变截面交指型流场总体示意图；图2为本专利技术优选实施例中作为交指型流场的气体流动形式示意图；图3为本专利技术优选实施例中沿流道方向深度为波浪形变化的结构示意图；图4为本专利技术优选实施例中沿流道方向深度为交替梯形的锯齿形变化的结构示意图；图５为现有技术中沿流道方截面无变化的气体流动形式示意图；附图标记说明：001
‑
质子交换膜；002
‑
双极板；003
‑
气体扩散层；004
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催化剂层；005
‑
双极板流道；1
‑
连通通道；2
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变截面流道波谷（或梯形底部）；3
‑
上游进气流场；4
‑
下游出气流场。
具体实施方式
[0018]以下将结合图1至图5对本专利技术所提供的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板进行详细的描述，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和原理说明，但本专利技术的保护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，包括相互之间彼此隔开的两个流场，一个为上游进气流场，一个为下游出气流场；所述的两个流场为交指型结构流场。2.如权利要求1所述的一种燃料电池的交指型变截面流道结构及双极板，其特征在于所述的上游进气流场和下游出气流场的流道皆为变截面流道结构。3.如权利要求2所述的变截面流道结构，其特征在于，所述的上游进气流场的流道沿流道方向为纵向深度梯度不变的波浪形三维流道结构；所述的下游出气流场的流道沿流道方向为纵向深度梯度逐渐变小的波浪形三维流道结构。4.如权利要求2所述的变截面流道结构，其特征在于，所述上游（和/或）下游流场的流道结构，还可以是沿流道方向为纵向分段交替梯形的锯齿形三维流道结构；其所述流道的纵向剖面为交替梯形的锯齿形。5.如权利要求3、4所述的变截面流道结构，其特征在于，所述的流道横向截面形状为U型、梯形或矩形。6.如权利要求3~5所述的变截面流道结构，其特征在于，所述上游进气流场的纵向深度为波浪形（或交替梯形的锯齿形）流道的波谷（梯形底...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零一M八零二五八，
申请(专利权)人：上海羿沣氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：