[實用新型]復合型流場結構的雙極板

無效

• 申請號: 201120012657.1
• 申請日: 2011-01-17
• 公開（公告）號: CN201956422U
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 魯聰達;文東輝;姜少飛;王晶晶;柴國鐘
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本實用新型涉及質子交換膜燃料電池技術領域，尤其是一種雙極板流場結構。

背景技術

燃料電池在材料性質與化學反應方面的研究，已經投入了一段相當長的時間，當然也找出一些較佳的材料。如今研究的重點，在于燃料電池內的燃料分配(輸入空氣量、輸入氫氣量)、水管理(有效的移開水)與熱管理方面。由這些管理來改善反應及溫度的均勻分布，并使得電阻損失及壓力降等最小，進而得到較佳的能量轉換效率，而這些都與流道的設計有關。Watkins?DS等指出，只要流場分布適當，可增加百分之五十以上的輸出功率密度。

直通型流場的優點是流道較短，氣體進口壓力較小。但它的缺點是當燃料由流道入口端進入各平行流道時，會因為各反應流道距燃料入口端遠近的關系造成燃料流量不平均進而造成濃度分布亦不平均，并且當燃料電池運轉到達輸出的電流密度最高時，由于反應大量發生導致濃度急劇下降，同時水容易聚集而堵塞流道，而且一個流道中的一個障礙將導致剩余流道中氣體流量的重新分配。

蛇形流場的一個突出優點是能迅速排出燃料電池生成的水，不會出現水堵塞流道的情況。但對于大面積的極板則會造成流道過長從而引起壓降較大和電流密度分布不均勻的情況。

發明內容

為了克服已有雙極板流場結構的不能兼顧反應氣體利用率和輸出性能的穩定性的不足，本實用新型提供一種具有較高反應氣體利用率的同時保證輸出能的穩定性的復合型流場結構的雙極板。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種復合型流場結構的雙極板，包括雙極板本體，所述雙極板本體設有反應氣體進口和反應氣體出口，所述雙極板本體上設有直通型流道和蛇形流道，所述直通型流道的進口與反應氣體進口連通，所述直通型流道的出口與所述蛇形流道的進口連通，所述蛇形流道的出口與所述反應氣體出口連通，所述直通型流道有多個并排布置的直通型流道單元，所述蛇形流道有多個并排布置的蛇形流道單元。

作為優選的一種方案：所述直通型流道的進口與入口端連通，所述入口端以所述反應氣體進口為中心對稱設置，單側入口端呈下凹形，兩側高，中間低。

進一步，所述至少兩個直通型流道單元的出口并聯后與單個蛇形流道單元的進口連通。

更進一步，所述蛇形流道單元的拐角處呈倒圓角結構。

所述反應氣體進口和反應氣體出口位于所述雙極板本體的中部，所述直通型流道單元和蛇形流道單元左右兩側對稱布置。

本實用新型的技術構思為：針對直通型流場與蛇形流場本身分別進行改良，再在結合兩者的優點的基礎上提出一種復合型流場結構。該流場分布結構氣流暢通，分布更均勻，氣體進口壓力降較小，并且能提高反應氣體的利用率，同時迅速排出流場中反應生成的水，不會出現“水淹”的情況，易于實現水平衡管理，使電池的輸出性能更加穩定。

對于直通型流場，通過反應氣體入口端的幾何設計來改善氣體進入各平行流道間流量分布不均勻的問題，其目的在於利用幾何形狀的改變，以獲得燃料在進入各反應流道時，能夠將流量均勻地分布在各反應流道中，使得在各流道中燃料濃度得以平均分配。臺灣國立大學林宴正對此作了詳細的研究。

對于蛇形流場，通過各流道之間逐級并接的設計來解決在低流速的時候，在接近出口的地方氧氣已經消耗完畢而造成反應氣體分布不均勻的問題，其特點是逐漸減小流體流道的橫截面積，使流速不斷增大，彌補了反應物濃度隨流動降低的缺點，目的是提高氣體的利用率。

本實用新型的有益效果主要表現在：靠近反應氣體入口端的流場結構采用直通型流場，靠近反應氣體出口端的流場結構采用蛇形流場，結合了兩種流場的優點，并且蛇形流場的拐角部分采用倒圓角的方式，減少水分的滯留。流道逐級并聯的實施，使得電極表面各處均可得到足夠的氣體供應，并促進了反應氣的充分利用，減少了尾氣排放，節約了反應氣體的供應，提高了反應氣體的利用率。此外，還采用軸對稱結構形式，使得雙極板左右兩端的反應更加均勻，從而最大限度地提高電池輸出性能的穩定性。

附圖說明

圖1為本專利幾何設計結構的主視圖；

圖2為圖1的局部放大圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。

參照圖1和圖2，一種復合型流場結構的雙極板，包括雙極板本體1，所述雙極板本體1設有反應氣體進口4和反應氣體出口5，所述雙極板本體上設有直通型流道2和蛇形流道3，所述直通型流道的進口與反應氣體進口連通，所述直通型流道的出口與所述蛇形流道的進口連通，所述蛇形流道的出口與所述反應氣體出口連通，所述直通型流道有多個并排布置的直通型流道單元，所述蛇形流道有多個并排布置的蛇形流道單元。