[發明專利]一種帶有特斯拉閥結構的質子交換膜燃料電池流道

在審

• 申請號: 202111262213.8
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN113823810A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 韓青;劉學敏;李元宏;夏佃秀;殷子強;王紅巖
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01M8/0263
• 分類號: H01M8/0263;H01M8/026;H01M8/0265;H01M8/10
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• 代理人: 暫無信息

1.一種帶有特斯拉閥結構的質子交換膜燃料電池流道，其特征在于，包括位于基板（1）中心的圓形進氣口（2），與進氣口相連的射線形主流道（3），與主流道連接的特斯拉閥分支流道（4），以及匯集分支流道氣體的圓環外周流道（5）和基板（1）外徑端面的出氣口（6）；

質子交換膜燃料電池流道采用中心對稱結構，圓形進氣口（2）用于連通氣體輸送部分，氣體通過圓形進氣口（2）流入采用半圓形過流斷面的射線形主流道（3），半圓形過流斷面面積由圓形進氣口（2）到圓環外周流道（5）逐漸減小，然后氣體經特斯拉閥分支流道（4）流動，每條特斯拉閥分支流道都是由直線段（4-1）流道和圓弧段（4-2）流道排列而成，且相鄰兩條特斯拉閥分支流道（4）的兩個圓弧段（4-2）流道采用面對面交錯布置，特斯拉閥分支流道（4）與射線形主流道（3）和圓環外周流道（5）的連接處分別設置過渡直線段（4-3），最終，氣體匯集到圓環外周流道（5）內并通過出氣口（6）排出；其中，特斯拉閥分支流道（4）均布在射線形主流道（3）上，且沿正向流動，即氣體沿射線形主流道（3）先從過渡直線段（4-3）流道進入直線段（4-1）流道，然后進入圓弧段（4-2）流道，采用正向流動加速了氣體流動，提高了氣體循環速度，且因反向流動困難從而解決流體回流問題；同時，氣體流經射線形主流道（3）時，因射線形主流道（3）過流斷面面積逐漸減小，會提高氣體流速，有利于氣體的排出。

2.如權利要求1所述的質子交換膜燃料電池流道，其特征在于，質子交換膜燃料電池流道基板（1）形狀采用中心對稱結構，所述的質子交換膜燃料電池流道基板（1）面積取值范圍為2000mm2-3000mm2。

3.如權利要求1所述的質子交換膜燃料電池流道，其特征在于，圓形進氣口（2）面積取值范圍為50mm2-150 mm2。

4.如權利要求1所述的質子交換膜燃料電池流道，其特征在于，所述的射線形主流道（3）在基板（1）上呈中心對稱分布，數量為3個-8個；所述的每條射線形主流道（3）的過流斷面面積取值范圍為0.3mm2-3mm2。

5.如權利要求1所述的質子交換膜燃料電池流道，其特征在于，分布在射線形主流道（3）單側的特斯拉閥分支流道（4）總數量為4個-8個，特斯拉閥分支流道（4）關于射線形主流道（3）對稱，相鄰各特斯拉閥分支流道（4）的間距取值范圍為3mm-6mm，每條特斯拉閥分支流道（4）與射線形主流道（3）的夾角β取值范圍為30°-60°，相鄰特斯拉閥分支流道（4）的兩個圓弧段（4-2）流道采用面對面交錯布置。

6.如權利要求1所述的質子交換膜燃料電池流道，其特征在于，特斯拉閥分支流道（4）由重復的直線段（4-1）流道和圓弧段（4-2）流道構成，特斯拉閥分支流道（4）與射線形主流道（3）和圓環外周流道（5）的連接處分別設置過渡直線段（4-3）流道，單個特斯拉閥有一定的長度L，數量視分支流道長度而定，取特斯拉閥個數最大整數值，其余為過渡直線段（4-3）流道。

7.如權利要求6所述的特斯拉閥分支流道（4），其特征在于，圓弧段（4-2）流道為半圓，與兩個直線段（4-1）流道相切，圓弧段（4-2）半徑取值范圍為1mm-2.5mm。

8.如權利要求6所述的特斯拉閥分支流道（4），其特征在于，圓弧段（4-2）流道與直線段（4-1）流道相切時，兩段中間通過直線段過渡，各直線段（4-1）流道間的內角α為120°-150°，長度L₁取值范圍為0.5mm-2.5mm。

9.如權利要求6所述的特斯拉閥分支流道（4），其特征在于，特斯拉閥分支流道（4）截面形狀為半圓形，過流斷面面積為0.2 mm2-2 mm2。