一种质子交换膜燃料电池的双极板制造技术

本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池的双极板，所述双极板包括有冷却流场，所述冷却流场置于所述双极板上，所述双极板包括流场过渡区，所述流场过渡区包括若干凸起部件和若干喉管槽，所述凸起部件间隔形成所述喉管槽，所述喉管槽包括沿冷却液流动方向的入口段、收缩段和扩散段，所述收缩段内径小于所述入口段内径和扩散段内径；所述双极板包括均化区，所述流场过渡区与所述冷却流场间设置所述均化区，所述均化区包括导向点阵和均化点阵，所述导向点阵与所述喉管槽相连通，所述均化点阵设于所述冷却流场两端。本发明专利技术通过在流场过渡区设置喉管槽，起到加强冷却液紊流和均匀分配的作用，降低双极板受热的不均匀，提高双极板高效散热效果。散热效果。散热效果。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池的双极板


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种质子交换膜燃料电池的双极板。

技术介绍

[0002]燃料电池系统是将氢能转化为电能的装置，燃料电池系统主要包括电堆、空气供应子系统、冷却系统、控制系统等。电堆作为燃料电池系统的核心装置，主要由膜电极、双极板、密封件等组装而成。对于大功率电堆而言，热量越多，冷却的速度需越快。
[0003]质子交换膜燃料电池因其优异的低温、环保等性质成为理想的绿色能源。质子交换膜燃料电池的双极板中的流体包括氢气、空气和冷却液，现有质子交换膜燃料电池的双极板中的冷却流场主要采用直线型冷却流场，这使得冷却液流体分布不均匀，对整体反应造成不利影响，与此同时，双极板因热变形不均、进而导致其受力不均，从而出现翘曲、裂纹、氢脆加剧等现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术的质子交换膜燃料电池中的冷却液流体分布不均匀的缺陷，提供一种质子交换膜燃料电池的双极板。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]一种质子交换膜燃料电池的双极板，所述双极板包括有冷却流场，所述冷却流场置于所述双极板上；
[0007]所述双极板还包括流场过渡区，所述流场过渡区包括若干个凸起部件和若干个喉管槽，所述凸起部件间隔形成所述喉管槽，所述喉管槽包括沿冷却液流动方向的入口段、收缩段和扩散段，所述收缩段内径小于所述入口段内径和扩散段内径；
[0008]所述双极板还包括均化区，所述流场过渡区与所述冷却流场间设置所述均化区，所述均化区包括导向点阵和均化点阵，所述导向点阵与所述喉管槽相连通，所述均化点阵设于所述冷却流场两端。
[0009]在上述技术方案中，冷却流场的两端设置流场过渡区，冷却过渡区内的喉管槽使得流经此处的冷却液的流速增加，紊流加强；冷却流场的两端设置均化区，既可以起到水流导向的作用，也可以让冷却液的分布更均匀，保证双极板中的电化学反应区域受热均匀高效，从而提高燃料电池堆使用的安全性。
[0010]进一步地，所述凸起部件关于长中心线对称分布。
[0011]在上述技术方案中，相邻凸起部件之间形成喉管槽，使得此处流体速度增大，凸起部件关于长中心对称分布时，可以使得冷却液的流动速度分布趋于均匀化。
[0012]进一步地，所述凸起部件为四边形结构。
[0013]在上述技术方案中，凸起部件的侧面为四边形，四边形凸起的结构为两端小、中间大，相邻的四边形凸起形成的槽具有喉管作用，各槽内的液体互不干扰，槽内流速可大为提高，四边形凸起也易于对称布置与制作。
[0014]进一步地，所述喉管槽的深度与所述冷却流场的深度一致，所述凸起部件的最高处与所述双极板外边缘平齐。
[0015]在上述技术方案中，这些喉管槽的深度与冷却流场的深度一致有利于冷却液的流速的分布均化，凸起部件的最高处与双极板外边缘平齐可起到支撑双极板的作用，增加双极板强度。
[0016]进一步地，所述凸起部件的高度与所述导向点阵和所述均化点阵的高度一致。
[0017]在上述技术方案中，凸起部件和导向点阵与均化点阵的凸起不仅可以保证冷却液分散流入冷却流场，同时也起到支撑双极板强度的作用，保护双极板不受变形破裂。
[0018]进一步地，所述导向点阵由椭圆形凸起倾斜形成。
[0019]在上述技术方案中，导向点阵用于保证冷却水能够分散进入冷却流场，同时椭圆形倾斜凸起可以减少水流阻力。
[0020]进一步地，所述椭圆形凸起关于长中心线对称分布。
[0021]在上述技术方案中，对称的椭圆形凸起可以使得分散流入的液体流速进一步趋于均化。
[0022]进一步地，所述均化点阵由多排的圆点阵组成，所述圆点阵的密度从靠近所述流场过渡区的一侧至靠近所述冷却流场的一侧逐渐减小。
[0023]在上述技术方案中，采用圆点阵可以减小液体流动阻力；圆点阵的密度从靠近流场过渡区的一侧至靠近冷却流场的一侧逐渐减小，可以打破流体边界层，减小固相和液相之间的温差，显著提高散热效率；圆点阵的密度大时，冷却液的冷却流场密集，流体得到进一步紊流和分布。
[0024]进一步地，所述均化点阵为均匀分布。
[0025]在上述技术方案中，冷却液得到进一步均匀分配，可以实现散热效能分布均匀，使燃料电池单电池内部温度分布更均匀。
[0026]进一步地，所述双极板包括阴极板和阳极板，所述阴极板与所述阳极板包括正面的气体流场和背面的单极冷却流场，所述正面的气体流场与所述背面的单极冷却流场宽度、深度相匹配，所述背面的单极冷却流场宽度为0.3～1.2mm，所述背面的单极冷却流场深度为0.2～0.9mm。
[0027]在上述技术方案中，可以有效减少冷却水道进出口的压力差，减轻对冷却水泵的性能要求，有效提升了燃料电池电堆的使用性能。
[0028]本专利技术的积极进步效果在于：质子交换膜燃料电池的双极板中，通过设置喉管，加强冷却液的紊流，并通过设置均化区增强液体的分配，从而降低双极板受热的不均匀，提高双极板高效散热的效果。
附图说明
[0029]图1为本专利技术一实施例的质子交换膜燃料电池的双极板的结构示意图。
[0030]图2为本专利技术一实施例的质子交换膜燃料电池的双极板的局部结构示意图。
[0031]附图标记说明：
[0032]空气入口1
[0033]冷却液入口2
[0034]氢气出口3
[0035]空气出口4
[0036]冷却液出口5
[0037]氢气入口6
[0038]冷却流场9
[0039]双极板外边缘10
[0040]凸起部件7
‑1[0041]喉管槽7
‑2[0042]导向点阵8
‑1[0043]第一排均化点阵8
‑2[0044]第二排均化点阵8
‑3[0045]平行直冷却流场91
具体实施方式
[0046]下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本专利技术，但不因此将本专利技术限制在实施例范围之中。
[0047]本专利技术实施例提供了一种质子交换膜燃料电池的双极板，如图1
‑
图2所示，包括有冷却流场9，冷却流场9的一端设置有空气入口1、冷却液入口2和氢气出口3，另一端设置有氢气入口6、冷却液出口5与空气出口4，冷却流场9位于双极板中段；冷却液入口2位于空气入口1和氢气出口3之间，冷却液出口5位于氢气入口6和空气出口4之间；双极板还包括流场过渡区，流场过渡区包括若干个凸起部件7
‑
1和若干个喉管槽7
‑
2，凸起部件7
‑
1间隔形成喉管槽7
‑
2，喉管槽7
‑
2包括沿冷却液流动方向的入口段、收缩段和扩散段，收缩段内径小于入口段内径和扩散段内径。
[0048]双极板还包括均化区，均化区连接冷却液入口2/冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池的双极板，所述双极板包括有冷却流场，所述冷却流场置于所述双极板上，其特征在于，所述双极板还包括流场过渡区，所述流场过渡区包括若干个凸起部件和若干个喉管槽，所述凸起部件间隔形成所述喉管槽，所述喉管槽包括沿冷却液流动方向的入口段、收缩段和扩散段，所述收缩段内径小于所述入口段内径和扩散段内径；所述双极板还包括均化区，所述流场过渡区与所述冷却流场间设置所述均化区，所述均化区包括导向点阵和均化点阵，所述导向点阵与所述喉管槽相连通，所述均化点阵设于所述冷却流场两端。2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的双极板，其特征在于，所述凸起部件关于长中心线对称分布。3.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的双极板，其特征在于，所述凸起部件为四边形结构。4.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的双极板，其特征在于，所述喉管槽的深度与所述冷却流场的深度一致，所述凸起部件的最高处与所述双极板外边缘平齐。5.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池的双...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙荣江，鞠强健，骆炎，屈钰琦，李海千，尹源，徐潘安，于颖，贺文博，
申请(专利权)人：上海岚泽能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：