一种排水及时方便的燃料电池导流双极板及燃料电池系统技术方案

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，涉及一种排水及时方便的燃料电池导流双极板及燃料电池系统，该导流双极板上设有氧化剂进出口，燃料进出口和冷却流体进出口，以及连接各流体进出口的导流槽，在导流板的至少一个面上多处设有独立分体的排水通道，该排水通道连通该面对应的导流槽，使导流槽内反应物流体流经的各个区域积累的生成水能及时通过所述的排水通道及时排出。与现有技术相比，本发明专利技术的导流板排水方式更及时，生成水在极板流道中流动距离更短，更加流畅，效率更高，有效消除积水和堵水现象。

A drain and convenient fuel cell bipolar plate and fuel cell system

The invention belongs to the technical field of fuel cells, and relates to a fuel cell bipolar plate and fuel cell system with timely and convenient drainage. The bipolar plate is provided with an oxidizer inlet and outlet, a fuel inlet and outlet, a cooling fluid inlet and outlet, and a diversion groove connecting the inlet and outlet of each fluid, which is more than one surface of the diversion plate. A separate drainage channel is arranged at the place, and the drainage channel is connected with the corresponding diversion trough on the face, so that the generated water accumulated in the diversion trough reflecting the flow of the logistics body through each area can be discharged in time through the drainage channel. Compared with the prior art, the drainage method of the diversion plate of the invention is more timely, the flow distance of the generated water in the plate channel is shorter, the flow is more smooth, the efficiency is higher, and the phenomenon of water accumulation and water plugging is effectively eliminated.

【技术实现步骤摘要】
一种排水及时方便的燃料电池导流双极板及燃料电池系统
本专利技术属于燃料电池
，具体地说是提出了一种新的排水及时方便的燃料电池导流双极板及燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电极之间形成电位差，并且因此产生电能。为了给每个电极供给反应物，使用通常称为“双极板”并且设置在每个单个电池的两侧的特定界面元件。这些双极板通常是邻近阳极或阴极支撑体放置的单个元件的形式。双极板是燃料电池组的重要元件。燃料电池堆在运行过程中，双极板执行如下功能以维持燃料电池堆的最佳工作状态以及使用寿命：(1)电池导电体，极板两侧分别形成阴极阳极，将一个个电池单元串联以组成燃料电池堆；(2)通过流道向电极提供反应气(传质)；(3)协调水与热的管理，防止冷却介质及反应气体外漏；(4)向膜电极组件(MEA)提供结构强度支持。“双极板”的结构一般为设置在极板两端的流体进出口，以及连接流体进出口的流道，每种流体从流体进口流进，一般需要沿着多于一条的导流槽弯弯曲曲绕遍整个导流场，各条导流槽合并后从流体出口流出。由于多于一条的导流槽弯曲性很大，而且导流槽长度较长，燃料电池生成的产物水很容易在电极阴极侧出现而将空气导流槽堵塞，而且燃料电池生成的产物水也很容易通过反渗透在电极阳极侧出现，将氢气导流槽堵塞。特别是燃料电池作为车、船动力系统或可移式发电装置应用时，由于动力系统的工况变化很大，燃料电池的输出功率也变化很大，这样燃料电池生成的水更容易将空气、氢气导流槽堵塞。中国专利CN200610027547.6公开了一种不易堵水的燃料电池导流极板，该导流极板为导流双极板，所述的导流双极板由正面导空气流槽板、反面导氢气流槽板、中间导冷却流体夹层组成，所述的进出空气或进出氢气的流体孔为单孔进、双孔或多孔出，该进出空气或氢气流体孔之间的设有导流槽及连接导流槽的连接槽，导流槽和连接槽均设计成直流槽或近直流槽；所述的进出冷却流体的流体孔为单孔或双孔或多孔进、双孔或多孔出，该进出冷却流体的流体孔之间的设有导流槽及连接导流槽的连接槽，导流槽和连接槽均设计成直流槽或近直流槽。这种设计是通过多设置几个流体进出口，将导流槽尽可能设计成直流槽或近直流槽，相比于传统的蛇形流道，的确降低了堵水的情况，但是，由于导流极板的大小的限制，这种直流道的设计使氢气和空气来不及反应就被排出了电堆，大量的空气被浪费或过量的氢气被循环输送，必然造成输送空气或循环氢气的机械功耗增加，从而降低了燃料电池系统效率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种排水及时方便的燃料电池导流板及燃料电池系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种排水及时方便的燃料电池导流双极板，该导流双极板上设有氧化剂进出口，燃料进出口和冷却流体进出口，以及连接各流体进出口的导流槽，其特征在于：在导流双极板的至少一个面上设有一个或多个独立排水通道，该排水通道连通该面对应的导流槽，使导流槽内的生成水通过所述的排水通道及时排出。进一步地，所述的排水通道设置在导流双极板上设有反应物流体导流槽的一面，反应物流体导流槽一端连接反应物流体进口，另一端连接反应物流体出口，该排水通道的分布是一个或多个，覆盖在整个燃料电池反应区域内。进一步地，所述的排水通道包括一条直流槽和其一侧或两侧设置的一个或多个支流槽，所述的直流槽设置在反应物流体导流槽两侧或中间，并通过多条支流槽连通反应物流体导流槽。进一步地，所述的反应物流体导流槽内的生成水从氧化剂进口到氧化剂出口依次增加，所述的直流槽上端靠近反应物流体进口，下端靠近反应物流体出口，直流槽两侧的多个支流槽的直径从上端到下端逐渐增大，和/或，支流槽的数量从上端到下端逐渐增多。进一步地，所述的排水通道的直流槽长度比反应物流体导流槽形成的流道长度短，构成其中流体压差低于反应物流体导流槽内的压差。。进一步地，所述的排水通道的直流槽宽度为所述反应物流体导流槽的宽度的1/10～1/2，支流槽宽度为所述反应物流体导流槽的宽度的1/20～1/3。进一步地，所述的排水通道的直流槽底部连接一排水管，该排水管上设有间歇性排水阀。进一步地，反应物流体伴随生成水进入所述的排水通道，由于该排水通道的流通量设计可控，而且是间歇性排水时间可控，因此反应物流出量可控。进一步地，所述的反应物流体导流槽包括入口处的引流槽，中间并排设置的两组弯曲的蛇形流道，底部出口处的汇流槽，所述的排水通道中直流槽设置在两组弯曲的蛇形流道中间，蛇形流道靠近所述的直流槽处通过多条支流槽连通。进一步地，所述的导流双极板的正面设有氧化剂导流槽，反面设有燃料导流槽，所述的排水通道设置在正面，反面也可以设置排水通道。一种燃料电池系统，包括燃料电池堆，氧化剂主压缩机，燃料泵、冷却流体泵，其特征在于：还包括排水管和排水阀，所述的燃料电池堆采用的导流板为权利要求1～9中任一所述的导流板，所述的排水管连通燃料电池的各导流板的排水通道，并通过排水阀控制排水管排水。与现有技术相比，本专利技术优点在于：1.本专利技术在燃料电池导流板上导空气的一面增设了一个排水通道，该排水通道包括一个直流槽和多个支流槽，使燃料电池运行过程中产生的水可以及时通过多个支流槽导入直流槽，最终流出导流板，不会在导空气的氧化剂导流槽中堆积造成堵水现象。2.本专利技术设置的排水通道中直流槽设置在导流板上流场的下部分(即氧化剂出口一侧)，因为燃料电池流场中越靠近下部分，生成的水越多，在燃料电池导流板上部分生成的水不多的情况下，一般不会堵水，而下部分生成的水多，同时空气从氧化剂入口流入沿着弯曲的氧化剂流道流动，越到后面流动越困难，因此，本专利技术在流场下部分设置排水通道，同时越靠近底部，设置的支流槽越多，或者支流槽的面积越到，从而使每条氧化剂导流槽主流道中的水都能通过排水通道排出。从原理上来说，排水通道中无论直流槽还是直流槽的宽度均小于氧化剂导流槽的宽度，因此大量的空气还是从氧化剂导流槽主流道中流动，而氧化剂导流槽中一旦生成水堆积必定会产生一定的压力，本专利技术就是在这些易堵塞之处开设一些支流槽，将堆积水通过路径短且容易导通的排水通道排出，最终使整个导流板上的生成水都能及时快速排出，尽管排水通道可能会有氧化剂流体一同排出，但由于该排水通道细微，且出口处有截止阀根据需要开关，因此氧化剂流体的损失可控。3.本专利技术在排水通道端部通过排水管设置一个控制排水的排水阀，关闭排水阀，整个燃料电池堆就与传统的燃料电池功能相同了，一旦产生堵水现象就可以间隙排水，提高整个燃料电池堆的寿命和效率。4.本专利技术导流板上的各传统导流槽可以为所有公开的导流槽结构，包括蛇形槽、直行槽或其他形式的导流槽，使用范围广。5.本专利技术还可以在导流板上导氢气的一面增设排水通道，将反渗透到导氢气一面的水及时排出。附图说明图1为本专利技术导流板的结构示意图；图2位本专利技术燃料电池系统的结构示意图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术做进一步说明。实施例1如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种排水及时方便的燃料电池导流双极板，该导流双极板上设有氧化剂进出口，燃料进出口和冷却流体进出口，以及连接各流体进出口的导流槽，其特征在于：在导流双极板的至少一个面上设有一个或多个独立排水通道，该排水通道连通该面对应的导流槽，使导流槽内的生成水通过所述的排水通道及时排出。

【技术特征摘要】
1.一种排水及时方便的燃料电池导流双极板，该导流双极板上设有氧化剂进出口，燃料进出口和冷却流体进出口，以及连接各流体进出口的导流槽，其特征在于：在导流双极板的至少一个面上设有一个或多个独立排水通道，该排水通道连通该面对应的导流槽，使导流槽内的生成水通过所述的排水通道及时排出。2.如权利要求1所述的一种排水及时方便的燃料电池导流双极板，其特征在于：所述的排水通道设置在导流双极板上设有反应物流体导流槽的一面，反应物流体导流槽一端连接反应物流体进口，另一端连接反应物流体出口，该排水通道的分布是一个或多个，覆盖在整个燃料电池反应区域内。3.如权利要求2所述的一种排水及时方便的燃料电池导流双极板，其特征在于：所述的排水通道包括一条直流槽和其一侧或两侧设置的一个或多个支流槽，所述的直流槽设置在反应物流体导流槽两侧或中间，并通过多条支流槽连通反应物流体导流槽。4.如权利要求2或3所述的一种排水及时方便的燃料电池导流双极板，其特征在于：所述的反应物流体导流槽内的生成水从氧化剂进口到氧化剂出口依次增加，所述的直流槽上端靠近反应物流体进口，下端靠近反应物流体出口，直流槽两侧的多个支流槽的直径从上端到下端逐渐增大，和/或，支流槽的数量从上端到下端逐渐增多。5.如权利要求4所述的一种排水及时方便的燃料电池导流板，其特征在于：所述的排水通道的直流槽长度比反应物流体导流槽形成的流道长度短，构成其中流体压差低于反应物流体导流槽内的压差。。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：高勇，
申请(专利权)人：上海恒劲动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31