一种燃料电池径向流场结构的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池径向流场结构。


背景技术：

2.燃料电池的部件双极板上都会设置有流场结构，用于氢气和氧气的流通，使得氢气和氧气进入燃料电池内部并均匀分布，进而再催化膜的作用下反应产生电能。
3.公开号为cn111370726a的中国发明专利公布了一种燃料电池径向流场结构，促进反应气体在流场中的充分扩散，提高了反应气体的扩散传质效率，改善了电池的输出效率，同时反应气体通过流道孔向四周均匀扩散，保证了气体在流场中的均匀分布，避免了流道堵塞和水淹现象的发生。但是，该专利在使用时还存在以下不足之处：1、密封性差，该专利通过肋板和流道孔来形成流场，其结构过于复杂，当使用这样的结构组装成的燃料电池工作时，流场结构与催化膜之间无法很好的贴合，容易造成氧气、氢气乱流，使得分布和反应不均匀；2、不便生产，现有的双极板在生产时均采用冲压工艺生产，生产效率高，方便简单，但是上述专利的结构在生产时则无法如何快速的生产；3、使用效果不佳，上述专利的流场分布过于宽广，导致氢氧燃料反应生产的水无法及时被携带出去，进而造成淹水的情况发生，既会降低燃料电池的反应效率，也会降低燃料电池的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种端板受力可调节的燃料电池电堆，以解决现有技术中燃料电池中双极板之间各点受力大小不等，使用过程中无法对燃料电池内部装配力进行调节的技术问题。
5.本发明提供一种燃料电池径向流场结构，包括极板、进气口和环形流场，所述进气口位于极板的中部，所述环形流场设置在极板上且环形流场均匀的分布在进气口的周围，所述环形流场包括自内而外呈环形分布的多个流场区域，每个流场区域内均设有若干个等角度分布的径向流道，每个所述径向流道均沿极板径向方向延伸，每两个流场区域交界处均设有沿交接弧线延伸的分流流道，每个分流流道内侧的流场区域中均有一个对应的径向流道与其连通，且两者的连通点位于分流流道的中部，每个分流流道外侧的流场区域中均有多个对应的径向流道与其连通，且多个径向流道与分流流道的连通点沿分流流道的延伸方向均匀分布。
6.进一步，多个所述流场区域的宽度自内而外逐渐缩小。
7.进一步，所述径向流道的底部为波浪状。
8.进一步，内圈环形流场中的径向流道的深度小于外圈环形流场中的径向流道的深度。
9.进一步，内圈环形流场中的径向流道的波浪周期小于外圈环形流场中的径向流道的波浪周期。
10.进一步，最内圈的环形流场中的径向流道的一端均与进气口连通。
11.进一步，所述径向流道与分流流道连接处的拐角均为圆弧拐角。
12.与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：（1）本发明工作时，燃料电池所需的燃料气体从进气口进入，而后不断的通过径向流道和分流流道向整个环形流场扩散，由于环形结构从中间向外扩散时，面积增加速度越来越快，因此，采用上述不断分支的形式进行扩散，使得最终燃料气体能够均匀的分布于环形流场内，且能够避免进气口与出气口的压差过大，且本发明中环形流场的结构设计，依然能够采用冲压成型的工艺进行生产，便于加工生产，结构简便，而且也不会在装配给密封性带来影响。
13.（2）将径向流道设置为波浪状，燃料气体在经过波峰处时，会垂直径向流道的平面，以对流的方式进入催化层，进而提高燃料电池的工作效率，且在环形流场边缘处，由于远离进气口，在流动过程中燃料气体不断的反应，浓度也较低，此时通过这样的流道设计，也能够降低边缘处因燃料气体浓度减少而给反应带来的影响。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明的立体结构示意图；图2为图1中a处的放大图；图3为本发明中不同流场区域内径向流道的剖视对比图；图4为本发明的平面图。
16.附图标记：1、极板；2、进气口；3、环形流场；4、流场区域；5、径向流道；6、分流流道。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
19.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.下面结合图1至图4所示，本发明实施例提供了一种燃料电池径向流场结构，包括极板1、进气口2和环形流场3，所述进气口2位于极板1的中部，所述环形流场3设置在极板1上且环形流场3均匀的分布在进气口2的周围，所述环形流场3包括自内而外呈环形分布的多个流场区域4，每个流场区域4内均设有若干个等角度分布的径向流道5，每个所述径向流道5均沿极板1径向方向延伸，每两个流场区域4交界处均设有沿交接弧线延伸的分流流道6，每个分流流道6内侧的流场区域4中均有一个对应的径向流道5与其连通，且两者的连通点位于分流流道6的中部，每个分流流道6外侧的流场区域4中均有多个对应的径向流道5与其连通，且多个径向流道5与分流流道6的连通点沿分流流道6的延伸方向均匀分布；本发明工作时，燃料电池所需的燃料气体从进气口2进入，而后不断的通过径向流道5和分流流道6向整个环形流场3扩散，由于环形结构从中间向外扩散时，面积增加速度越来越快，因此，采用上述不断分支的形式进行扩散，使得最终燃料气体能够均匀的分布于环形流场3内，且能够避免进气口2与出气口的压差过大。
23.具体地，参照图3所示，多个所述流场区域4的宽度自内而外逐渐缩小，由于进气口2出气压较大，流通效果较好，因此，选择提前进行分支的形式加速气体的扩散效率，能够提高气体在环形流场3内分布的速度和均匀度，提高燃料电池的工作效率。
24.具体地，参照图3所示，所述径向流道5的底部为波浪状；将径向流道5设置为波浪状，燃料气体在经过波峰处时，会垂直径向流道5的平面，以对流的方式进入催化层，进而提高燃料电池的工作效率，且在环形流场3边缘处，由于远离进气口2，在流动过程中燃料气体不断的反应，浓度也较低，此时通过这样的流道设计，也能够降低边缘处因燃料气体浓度减少而给反应带来的影响。
25.具体地，参照图3所示，内圈环形流场3中的径向流道5的深度小于外圈环形流场3中的径向流道5的深度，这样的设计可以使得环形流场3边缘处平面方向和垂直于流道平面方向的气体速度更大，最终增强了电池的氧气传输和排水性能。
26.具体地，参照图3所示，内圈环形流场3中的径向流道5的波浪周期小于外圈环形流场3中的径向流道5的波浪周期，内圈的波浪周期小，能够更高频率的使得燃料气体垂直催化层移动，提高反应效率，外圈的长周期设置，是因为外圈燃料气体的密度和压力都降低了，如果采用高频波动会对气体的流动速度产生影响，从而对排水效果造成影响，且使得气体垂直向催化层流动的效果也降低。
27.具体地，最内圈的环形流场3中的径向流道5的一端均与进气口2连通。
28.具体地，所述径向流道5与分流流道6连接处的拐角均为圆弧拐角，便于气体的转弯流动。
29.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。