【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种低氢压燃料电池电堆进气端板的配气结构。该结构引导低压力气体在电堆公用孔道中形成稳定均匀的气流，使反应气在燃料电池中分布更加均匀，并提高反应气利用率，优化了低氢压燃料电池的水管理。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)是一种能量转换效率高、功率密度高、启动速度快、低污染的电化学能量转化装置，在分布式发电、燃料电池车、航天及潜器动力电源等领域具有广泛应用前景。燃料电池电堆是燃料电池发电系统的核心模块，由膜电极(mea)、双极板及端板等部件组成。目前商业化燃料电池均为中高氢气压力条件，一般氢气和空气供气压力超过30kpa。对于入户式或处于人口密集区域的分布式发电或热电联供系统，低氢压燃料电池相比于中高压燃料电池具有更安全、气源要求低、寿命久、可靠性高等优点，越来越受到人们的关注。而相较于中高氢压燃料电池，低氢压燃料电池除了由于气压低本身引起的传质慢、电化学反应动力弱等问题，另外，还存在阴阳极生成水难排出，电堆供气不均匀造成电堆一致性差等问题。
2、燃料电池端板作为燃料电池电堆结构部件，主要起机械固定、电堆密封、流体分配等作用。端板上开设有氢气、空气及冷却液的进出口，在电堆运行时，给电堆提供气流通道，并将生成水排出。目前，燃料电池端板多采用板式结构，与集流板、绝缘板等部件共同组成燃料电池电堆外支撑骨架。对于中高气压的燃料电池电堆，其特点是电堆进出气口存在较大的压差，当通入过量的氢气和空气，在电堆内部实现均匀的气体分配和排水作用，已有较多研究。而低氢压燃料电池电堆，电
3、cn115548403a公开了一种燃料电池电堆的进气端板结构，其有益效果是通过在金属端板和绝缘板质检设置加强筋，增加了燃料电池端板结构强度，减小其变形量，使得电堆内部的双极板与膜电极接触压力分布均匀，但并未对端板的配气作用进行有效改进。cn113437324a公开了一种燃料电池电堆用端板，端板结构采用双层结构，利用绝缘材料的绝缘板和金属制备的固定板，提高电堆的绝缘性和结构强度，提升电堆极板的整体固定强度和绝缘性，保证电堆的抗震性和安全性，仍未对端板的配气作用进行优化。而且，目前存在的研究也集中中高气压的燃料电池电堆，对低氢压燃料电池电堆的研究极为缺乏。
4、目前，基于中高气压燃料电池电堆进气端板的结构设计，若引用到低氢压电堆，存在共性不足：(1)配气不均匀，由于低氢压电堆进出口压力很低，当气体通过端板给电堆供气时，微小的结构设计缺陷会造成气流扰动，造成电堆供气不足；(2)电堆排水困难，电堆运行操作气压低，无法形成电堆内部的“喷射”排水作用，因此造成膜电极水淹现象，电堆一致性下降。特别针对低氢压燃料电池电堆，由于氢压过低，阴极生成水会大量通过压差作用渗透到阳极，造成阳极生成水量大，仅靠过量不均匀气量的氢气吹扫作用难于实现排水。针对目前现有存在的一些不足，现开发一种能够实现高效排水、并配气均匀的低氢压燃料电池电堆端板配气结构。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有低氢压燃料电池电堆配气不均匀和排水困难的问题。提供了一种具有扩腔孔设计的低氢压燃料电池电堆进气端板配气结构。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种低氢压燃料电池电堆进气端板结构，设有氢气进气和出气口、空气进气和出气口、冷却液进液和出液口、螺杆孔、定位孔、加强筋镶嵌槽、密封槽等。
4、所述氢气进气和出气口，均设有扩腔孔，扩腔孔沿端板中心剖面呈镜面对称。
5、优选的，氢气进气和出气口，其外接口置于端板的长边侧面，通过端面或者螺纹对接电堆外接歧管件。
6、优选的，氢气扩腔孔，内部腔体深度不同，同一扩腔孔由于深度不同产生连通的腔体。垂直对应电堆内接口区域，其深度比非垂直对应区域深5-15mm。
7、优选的，氢气扩腔孔，端板与接触集流板组合，形成一个仅有进气孔和出气孔的近封闭腔体，该腔体再端板配气过程中起到高速气流稳压和配气作用。
8、所述空气进气和出气口，均设有扩腔孔，扩腔孔沿端板法向中心垂线旋转对称。
9、优选的，空气进气和出气口，其外接口置于端板正面，通过端面或者螺纹对接电堆外接歧管件。
10、优选的，空气扩腔孔，内部腔体深度不同，同一扩腔孔由于深度不同产生台阶。
11、优选的，空气扩腔孔，外接口与电堆进口呈错位对置位置，即垂影不重叠。
12、优选的，空气扩腔孔，同氢气扩腔孔类似，端板与接触集流板组合，形成一个仅有进气孔和出气孔的近封闭腔体。
13、所述冷却液进液口和出液口，设有扩腔孔，扩腔孔沿端板法向中心垂线旋转对称。
14、优选的，冷却液进液口和出液口，其外接口置于端板的短边侧面，同空气外接口类似，通过端面或者螺纹对接电堆外接歧管件。
15、所述螺杆孔，分设于端板周围，其功能是电堆紧固螺杆的固定。
16、所述定位孔，置于端板面四个角，其功能是电堆组装过程中，端板与其他部件的定位组合。
17、所述加强筋镶嵌槽，其功能是将高强度加强肋条筋镶嵌到槽内，提高电堆端板的结构强度和整体固定强度，特别针对绝缘材质端板由于扩腔孔设计，易造成端板结构强度降低。
18、所述密封槽，其功能是将密封胶线置于槽内，实现与集流板及电堆其它部件的紧缩接触密封。
19、本专利技术具有如下优势：
20、有效解决低氢压燃料电池电堆反应气体配气不均匀和阴阳极生成水排出困难等问题，提高了低氢压燃料电池电堆运行的稳定性，避免“水淹”及燃料气体局部“饥饿”现象，有效提升燃料电池的工作效能，具体包括：
21、1.本专利技术实现电堆进气和出气口气压稳定性，给低流阻电堆提供稳定的供气条件，有助于引导低流阻流场中，气流均匀分配，同时稳定的气流速度能够将阴极和阳极生成水及时排出，从而对流道中液态水进行有效管理，提高低氢压燃料电池稳定性；
22、2.本专利技术设有端板加强筋，增加了燃料电池端板结构强度，减小由于端板扩腔孔的引入而造成强度欠缺。端板强度弱会导致较大变形量，使得电堆内部的双极板与膜电极接触压力分布不均匀。加强筋的引入有效提高电堆结构强度，提升电堆极板整体固定强度和内部接触压力分配。
23、综上所述，该技术专利技术能够实现低氢压燃料电池电堆多节配气均匀，并快速排出阴极和阳极的生成水，有效优化电堆生成水管理。使低氢压燃料电池的功率输出更加稳定性，以此提高电堆催化剂及膜电极寿命，在本领域具有很大的实用性。
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1.一种低氢压燃料电池电堆进气端板配气结构，其特征在于，
2.按权利要求1所述的氢气进气和出气口，其特征在于，
3.按权利要求1所述的氢气进气和出气口，其特征在于，
4.按权利要求1所述的空气进气和出气口，其特征在于，
5.按权利要求1所述的空气进气和出气口，其特征在于，
6.按权利要求1所述的冷却液进液和出液口，其特征在于，
7.按权利要求1所述的端板，其特征在于，
8.按权利要求1所述的加强筋，其特征在于，
9.按权利要求7所述的加强筋，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种低氢压燃料电池电堆进气端板配气结构，其特征在于，
2.按权利要求1所述的氢气进气和出气口，其特征在于，
3.按权利要求1所述的氢气进气和出气口，其特征在于，
4.按权利要求1所述的空气进气和出气口，其特征在于，
5.按权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓锦，苗纪远，刘敏敏，聂玉娟，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：
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