一种燃料电池导流板制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池导流板，该导流板(1)上设有多条流体通道(3)，单个流体通道有分叉有汇合，有扩散有收敛，同一流体通道各截面的宽度和深度变化，调节流体流速和压力，改善流动品质并迫使流体在沿流体通道变速度流动的同时，能够进入扩散层，形成三维多层次流动。与现有技术相比，本发明专利技术通过改变流体通道内各位置点的流体流速和压力，更有效地传递反应介质并能更有效地排出生成水，具有提高电堆性能，改善反应效率，延长电堆寿命等优点。

A fuel cell deflector

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池导流板
本专利技术涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池导流板。
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通过改变流体通道内各位置点的流体流速和压力，迫使流体沿流体通道的同时，进入扩散层，形成三维流动，及时带走生成水，避免堵水，提高反应效率的燃料电池导流板。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池导流板，该导流板(1)上设有多条流体通道(3)，其特征在于，单个流体通道通过多次交替分叉汇合，形成波浪状的扩散和收敛的流道结构，使同一流体通道各截面的宽度和深度变化，调节流体流速、流向和压力，迫使流体在沿流体通道流动的同时，进入扩散层形成流动。形成包括扩散层多孔空间在内的多层次的三维流动。各流体通道(3)中间设有多个分流岛(7)，各个分流岛之间的间隔根据设计的不同，可以选择相同或不同，使流体通道在经过每个分流岛(7)时至少分成两个流道，并在经过分流岛(7)后合为一路，形成波浪状的扩张和收敛的流体通道。同一条流体通道(3)由多个连续的扩张收敛单元组成，每个扩张收敛单元包括扩张段(A)和收敛段(B)，在各扩张收敛单元前后的流体通道(3)为合并段通道，在扩张收敛单元处的流体通道为合并段分流成的至少两个流道的分流通道，流体在合并段通道截面(L、P)的流速SL和流速SP与在分流通道截面(N)的流速SN的关系为SL和SP小于或等于SN。通过控制流体通道(3)在合并段通道和分流通道的宽度和/或深度，来调整流体在流体通道(3)各位置处的流速和流向。例如，方案一：使流体通道(3)合并段通道的直径或宽度D大于或等于多条分流通道的直径或宽度之和，各条分流通道的直径或宽度根据需要设计成相同或不同，如图3所示。方案二：使流体通道(3)在合并段通道的深度与在多条分流通道的深度不同，如图11所示。所述的分流岛(7)为在流体通道(3)中间凸起的凸块，分流岛(7)侧面为流线型曲面，其前端的流线型曲面曲率半径R与后端流线型曲面曲率半径r根据具体流体流量不同可以设计得相同或不同。优选R≥r，如图4所示。所述的分流岛(7)内还设有多条辅助微流道(8)，多条辅助微流道(8)组成的流体通道包括弧形、工字型、Y型、T型等，如图2-图5所示所述的辅助微流道(8)的直径或宽度d小于流体通道合并段通道的直径或宽度D，也小于各分流通道的直径或宽度，优选d＝(1/5～1/10)D。所述的辅助微流道(8)的深度小于流体通道合并段通道的深度，也小于分流通道的深度，如图6所示。当流体在合并流道流出将迎面冲击分流岛(7)形成岛前端滞流区并将流体导入分流岛下方的流体扩散层，形成多层次三维流动，不仅改善了扩散层中反应介质的传递，还能有效排出扩散层的生成水。优选方案：所述的分流岛(7)的迎风面一侧接触流体扩散层的上端表面设有引流槽或引流斜面(14)，当流体在合并流道流出将迎面冲击分流岛(7)时，会通过引流槽或引流斜面(14)引入分流岛下的流体扩散层。该引流槽或引流斜面的结构可以根据需要设计各种形状，主要目的在于将迎面冲击而来的流体更好地导入流体扩散层，如引流槽可为多个表面微斜槽，也可以是但不限于截面呈三角状的斜面等。各流体通道的分流通道所在的区域为扩散区(A)，合并段通道所在的区域为收敛区(B)，一条流体通道(3)的扩散区(A)与相邻流通通道的收敛区(B)相邻，扩散区(A)的流体压力趋于增加与收敛区(B)流体压力趋于减少，这种压力变化会在相邻的扩散区和收敛区的侧壁两侧形成压差，该压差促使流体在侧壁下端的扩散层中扩散和流动，从压力高的一端穿过侧壁底部扩散层向相邻的压力低的流体通道流动，进入相邻流体通道，不仅改善了扩散层中反应介质的传递，还能有助于排出侧壁底部扩散层的生成水避免多孔扩散层在形成淤塞，如图7中的双箭头所示。图7中的双箭头还明确表示相邻流道间主流体间的总体压差由于流道布局的不同也可能不同于扩散收敛区间的局部压差，因此可能抵消，反向或扩大侧壁两侧的压差，流体的流动方向取决于上述两种压差的大小，完全抵消的可能性极小，根据设计不同，可以允许存在也可彻底避免，其余两者的哪一种，促使流体在侧壁下端的扩散层中扩散和流动，从压力高的一端穿过侧壁底部扩散层向相邻的压力低的流体通道流动，进入相邻流体通道，都会改善扩散层中反应介质的传递，并有助于排出侧壁底部扩散层的生成水避免多孔扩散层在形成淤塞。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池导流板，该导流板(1)上设有多条流体通道(3)，其特征在于，单个流体通道通过多次交替的分叉汇合，形成波浪状的扩散和收敛的流道结构，使同一流体通道各截面的宽度和深度变化，调节流体流速、流向和压力，迫使流体在沿流体通道流动的同时，进入扩散层形成流动，形成三维多层次流动。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池导流板，该导流板(1)上设有多条流体通道(3)，其特征在于，单个流体通道通过多次交替的分叉汇合，形成波浪状的扩散和收敛的流道结构，使同一流体通道各截面的宽度和深度变化，调节流体流速、流向和压力，迫使流体在沿流体通道流动的同时，进入扩散层形成流动，形成三维多层次流动。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池导流板，其特征在于，各流体通道(3)中间设有多个分流岛(7)，使流体通道在经过每个分流岛(7)时至少分成两个流道，并在经过分流岛(7)后合为一路，形成波浪状的扩张和收敛的流体通道。


3.根据权利要求2所述的一种燃料电池导流板，其特征在于，同一条流体通道(3)由多个交替的扩张收敛单元组成，每个扩张收敛单元包括扩张段(A)和收敛段(B)，在各扩张收敛单元前后的流体通道(3)为合并段通道，在扩张收敛单元处的流体通道为合并段分流成的至少两个流道的分流通道，流体在合并段通道截面(L、P)的流速SL和流速SP与在分流通道截面(N)的流速SN的关系为SL和SP小于或等于SN。


4.根据权利要求3所述的一种燃料电池导流板，其特征在于，流体通道(3)在合并段通道和分流通道的深度不同，来调整流体在流体通道(3)各位置处的流速。


5.根据权利要求3所述的一种燃料电池导流板，其特征在于，流体通道(3)合并段通道的直径或宽度D大于或等于多条分流通道的直径或宽度之和，各条分流通道的直径或宽度根据需要设计成相同或不同。


6.根据权利要求2所述的一种燃料电池导流板，其特征在于，所述的分流岛(7)为在流体通...

【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