一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆的制作方法

专利名称：一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆，属于燃料 电池技术领域。
背景技术：
如文献Int. J. Hydrogen Energy 34 (2009) 6749-6764 所报道，质子交换膜燃料电 池堆是一种同时集传质、传电和传热一体的高度复杂的发电装置。鉴于提高电池堆性能、提 高电池堆寿命和提高电池堆对严酷操作条件的适应能力等方面的要求，在整个电池堆的所 有单片电池的全部活性区内应尽可能同时做到物种浓度均勻分布、电流密度均勻分布、温 度均勻分布和应力均勻分布等四类均勻分布。而要达到这四类均勻分布，必须要同时具备 适当的反应剂流场和适当的冷却剂流场，而且，这两种流场还应能高度地相互配合、相互支 持。传统的反应剂流场和传统的冷却剂流场不能完成上述四类均勻分布的要求。传 统的反应剂流场包括平直形、蛇形、交指形、孤岛形和筛网形等五种基本构型及其他复合 变种或简单变种，如 US Patent No. 4197178 (1980)、US Patent No. 4631239 (1986)、US Patent No. 5521018(1996)、US Patent No. 5108849 (1992)、US Patent No. 6686084(2004)、 CN Patent No. 02106202. 1 (2006)、CN Patent No. 200410067470. 6(2007)、CN Patent No.200310105202.4(2007)、CN Patent No.200510050225. 9 (2008)、CN Patent No.200410021596.X(2007)、CN Patent No.200380109382. 1 (2007)、CN Patent No. 200610118132. X(2008)、CN Patent No. 200710064362. 7 (2009)等中所报道。传统的 冷却剂流场的构型基本上沿用了反应剂流场的构型，如US Patent No. 5230966(1993)、 US Patent Pub. No. 20050266296_A1(2005)、US Patent Pub. No. 20080050628_A1 (2008)、 CN Patent Pub. No. 1650458A (2005)和 J. Power Sources 189(2009) 1100-1105 等中所 报道。传统反应剂流场不能满足要求的主要原因有三一是不能支持反应剂的板内逆流； 二是不能支持冷却剂的板间逆流；三是反应剂流场和冷却剂流场之间不能高度地相互配 合和相互支持。为此，文献 Electrochem. Commun. 9 (2007) 497-503 和 J. Power Sources 109(2002)469-476曾提出了具有一定程度板内逆流性质的反应剂流场，但由于它们的逆流 程度不足从而仍不能有效地促进四个均勻分布的实现，并且其流道槽过长将引起的大的寄 生功率，从而使其不能适应扩大电池规模的要求。针对传统流场的缺陷，本发明人近来分别公开了两种逆流流场，即板内逆 流流场(CN Patent Pub. No. 200910083670. 3)和板间逆流流场(CN Patent Pub. No. 200910083976. 9)，因为它们可视为具有最恰当逆流性质的流场，如果将它们分别应用 于反应剂流场和冷却剂流场，则是解决四类均勻分布问题的良好选择。但是，尽管这两种新 型的流场本身虽都已经具备了解决四类均勻分布问题的基本条件，但它们之间还必须做到 在结构上良好配合，以支持流体冷却剂的逆流和反应剂的逆流，这就是本发明要解决的问 题。

发明内容
本发明的目的是提出一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆， 使得电池堆既能同时执行反应剂板内逆流和冷却剂板间逆流，并且又能保持两种功能不发 生冲突，从而促进整个电池堆中四个均勻分布的同时实现。本发明提出的联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆，包括一个复 合阴极单极板、多个奇型双极板、多个偶型双极板、多个膜电极和一个复合阳极单极板，所 述的多个膜电极、多个奇数双极板、多个偶数双极板置于复合阴极单极板和复合阳极单极 板之间，多个奇型双极板和多个偶型双极板重复交替排列，由膜电极依次使复合阴极单极 板、多个奇型双极板、多个偶型双极板和阳极复合单极板相互连接；所述的奇型双极板由一 个在前的奇型阳极单极板和一个在后的奇型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的偶型双极 板由一个在前的偶型阳极单极板和一个在后的偶型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的复 合阴极单极板由一个在前的偶型阴极密封板和一个在后的偶型阴极单极板背靠背叠合而 成；所述的复合阳极单极板的结构，当最后一块双极板为偶型时，复合阳极单极板由一个在 前的奇型阳极单极板和一个在后的奇型阳极密封板背靠背叠合而成，当最后一块双极板为 奇型时，复合阳极单极板由一个在前偶型阳极单极板和一个在后的偶型阳极密封板背靠背 叠合而成。上述燃料电池堆中，所述的奇型阳极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气 出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口 和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂 进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口 ；奇型阳极单极 板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽，奇组燃料 主流道槽和偶组燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇组燃料主流道槽的进口端通过奇组 燃料进口分配槽和奇组燃料进口槽与上述第一燃料进口相连通，奇组燃料主流道槽的出口 端通过奇组燃料过孔、奇型阳极单极板的背面上的奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料出口槽 与上述第一燃料出口相连通，在奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料过孔的上方设有奇燃料盖 板槽；所述的偶组燃料主流道槽的进口端通过偶组燃料进口分配槽和偶组燃料进口槽与上 述第二燃料进口相连通，偶组燃料主流道槽的出口端通过偶组燃料过孔、奇型阳极单极板 的背面上的偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料出口槽与上述第二燃料出口相连通，在偶组燃 料出口汇集槽和偶组燃料过孔上方设有偶燃料盖板槽；奇型阳极单极板的与膜电极相背对 的背面上，中部设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流道槽的进口端通过奇型冷却剂 进口分配槽和奇型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂进口相连通，奇型冷却剂主流道槽的出 口端通过奇型冷却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上述第一冷却剂进口相连通。上述燃料电池堆中，所述的偶型阳极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气 出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口 和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂 进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口 ；偶型阳极单极 板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽，奇组燃料 主流道槽和偶组燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇组燃料主流道槽的进口端通过奇组燃料进口分配槽和奇组燃料进口槽与上述第一燃料进口相连通，奇组燃料主流道槽的出口 端通过奇组燃料过孔、奇型阳极单极板背面上的奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料出口槽与 第一燃料出口相连通，在奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料过孔的上方设有奇燃料盖板槽； 所述的偶组燃料主流道槽的进口端通过偶组燃料进口分配槽和偶组燃料进口槽与上述第 二燃料进口相连通，偶组燃料主流道槽的出口端通过偶组燃料过孔、奇型阳极单极板背面 上的偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料出口槽与上述第二燃料出口相连通，在偶组燃料出口 汇集槽和偶组燃料过孔的上方设有偶燃料盖板槽；偶型阳极单极板的背面上，中部设有偶 型冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽和偶型冷却 剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出 口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂进口相连通。上述燃料电池堆中，所述的奇型阴极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气 出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口 和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂 进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口 ；奇型阴极单极 板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽，奇组空气 主流道槽和偶组空气主流道槽相互交替排列；所述的奇组空气主流道槽的进口端通过奇组 空气进口分配槽和奇组空气进口槽与上述第一空气进口相连通，奇组空气主流道槽的出口 端通过奇组空气过孔、奇型阴极单极板背面上的奇组空气出口汇集槽和奇组空气出口槽与 上述第一空气出口相连通，在奇组空气出口汇集槽和奇组空气过孔的上方设有奇空气盖板 槽；所述的偶组空气主流道槽的进口端通过偶组空气进口分配槽和偶组空气进口槽与上述 第二空气进口相连通，偶组空气主流道槽的出口端通过偶组空气过孔、奇型阴极单极板背 面的偶组空气出口汇集槽和偶组空气出口槽与上述第二空气出口相连通，在偶组空气出口 汇集槽和偶组空气过孔的上方设有偶空气盖板槽；上述的奇型阴极单极板的背面上，中部 设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流道槽的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽和奇 型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂进口相连通，奇型冷却剂主流道槽的出口端通过奇型冷 却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上述第一冷却剂进口相连通。上述燃料电池堆中，所述的偶型阴极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气 出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口 和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂 进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口 ；所述的偶型阴 极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽，奇 组空气主流道槽和偶组空气主流道槽相互交替排列；所述的奇组空气主流道槽的进口端通 过奇组空气进口分配槽和奇组空气进口槽与上述第一空气进口相连通，奇组空气主流道槽 的出口端通过奇组空气过孔、偶型阴极单极板背面上的奇组空气出口汇集槽和奇组空气出 口槽与上述第一空气出口相连通，在奇组空气出口汇集槽和奇组空气过孔的上方设有奇空 气盖板槽；所述的偶组空气主流道槽的进口端通过偶组空气进口分配槽和偶组空气进口槽 与上述第二空气进口相连通，偶组空气主流道槽的出口端通过偶组空气过孔、奇型阴极单 极板背面上的偶组空气出口汇集槽和偶组空气出口槽与上述第二空气出口相连通，在偶组 空气出口汇集槽和偶组空气过孔上方设有偶空气盖板槽；所述的偶型阴极单极板的背面
7上，中部设有偶型冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分 配槽和偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通 过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂进口相连通。上述燃料电池堆中，所述的偶型阴极密封板的上方开有第二空气进口和第一空气 出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口 和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂 进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口 ；所述的偶型阴 极密封板的与偶型阴极单极板相叠合的背面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽，偶型冷却 剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽、偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进 口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽 与第二冷却剂进口相连通。上述燃料电池堆中，所述的奇型阳极密封板的上方开有第二空气进口和第一空气 出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口 和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂 进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口 ；所述的奇型阳 极密封板的与奇型阳极单极板相叠合的背面上，中部设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却 剂主流道槽的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽和奇型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂 进口相连通，奇型冷却剂主流道槽的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口 槽与上述第一冷却剂进口相连通。上述燃料电池堆中，所述的偶型阳极密封板的上方开有第二空气进口和第一空气 出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口 和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂 进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口 ；所述的偶型阳 极密封板的与偶型阳极单极板相叠合的背面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽；偶型冷却 剂主流道槽；的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽和偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂 进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口 槽与上述第二冷却剂进口相连通。本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料电池 堆，其特点和优点为1)任一膜电极的一侧均为燃料板内逆流流场，奇偶两组主流道槽内 燃料的温度变化及浓度变化相互补偿；2)任一膜电极的另一侧均为空气板内逆流流场，奇 偶两组主流道槽内空气的温度变化及浓度变化相互补偿；3)奇偶两种冷却剂流场在电池 堆内相间地分布，在任一膜电极的两侧，冷却剂的温度变化方向相反，使膜电极达到等温或 近似等温；4)相应各进出总口呈对角分布，流体流动方向相同，以使燃料、空气和冷却剂在 电池堆的各单片电池之间均保持相等的流量分配，燃料、空气和冷却剂在任一单片电池的 相关流场的各流道之间均保持相等的流量分配；5)各总管内的流体具有一定程度的温度 补偿；6)使温度和物种浓度的均勻分布促进电流密度的均勻分布，使温度变化的相互补偿 促进电堆内部应力的相互抵消；由于冷却剂的板间逆流和板内并流与反应剂的板间逆流和 板内逆流的功能不发生相互冲突和矛盾，由于各种进出料总管内的流体保持合理的流动， 电池堆内温度分布的均勻性与物种浓度、电流密度分布的均勻性可相互支持和相互配合，并最终也使得电池堆内部张力由于相互补偿而趋于均勻分布。


图1是本发明提出的燃料电池堆的第一种结构，其中最后一块双极板的类型为偶型。图2是本发明提出的燃料电池堆的第二种结构，其中最后一块双极板的类型为奇型。图3是图1和图2中的奇型和偶型阳极单极板的右视图，即其正面图，该面面对膜 电极。图4是图1和图2中的偶型阳极单极板的左视图，即其背面图，该面背对膜电极。图5是图1和图2中的奇型阳极单极板的左视图，即其背面图，该面背对膜电极。图6是图1和图2中的奇型和偶型阴极单极板的左视图，即其正面图，该面面对膜 电极。图7是图1和图2中的偶型阴极单极板的右视图，即其背面图，该面背对膜电极。图8是图1和图2中的奇型阴极单极板的右视图，即其背面图，该面背对膜电极。图9是图1和图2中的偶型阴极密封板的右视图，即其正面图，该面与偶型阴极单 极板的背面不叠合。图10是图1和图2中的偶型阴极密封板的左视图，即背面图，该面与偶型阴极单 极板的背面叠合。图11是图1和图2中的奇型和偶型阳极密封板的左视图，即正面图，该面与奇型 和偶型阳极单极板的背面不叠合。图12是图2中的偶型阳极密封板的右视图，即背面图，该面与偶型阳极单极板的
背面叠合。图13是图1中的奇型阳极密封板的右视图，即背面图，该面与奇型阳极单极板的
叠合面。图14是本发明的一个实施例中燃料电池堆总管内流体流动方向的右视图。图1-图14中，0为复合阴极单极板，1为奇型双极板，2为偶型双极板，3为膜电 极，4为最后一块双极板，5为奇型复合阳极单极板，10为偶型阴极密封板，11为偶型阴极单 极板，12为奇型阳极单极板，13为奇型阴极单极板，14偶型阳极单极板，15为奇型阳极密封 板，16为偶型阳极密封板，41为第二冷却剂进口，42为第一燃料出口，43为第二空气进口， 44为第一空气出口，45为第二燃料进口，46为第一冷却剂出口，47为奇组燃料主流道槽，48 为第二冷却剂出口，49为第一燃料进口，50为第二空气出口，51为第一空气进口，52为第二 燃料出口，53为第一冷却剂进口，54为偶组燃料主流道槽，55为偶组燃料进口分配槽，56为 偶组燃料进口槽，57为奇组燃料过孔，58为奇组燃料进口槽，59为奇组燃料进口分配槽，60 为偶组燃料过孔，61为偶型冷却剂主流道槽，62为偶型冷却剂流场中的进口槽，63为奇组 燃料出口槽，64为奇组燃料出口汇集槽，65为奇燃料盖板槽，66为偶型冷却剂进口分配槽， 67为偶型冷却剂出口槽，68为偶燃料盖板槽，69为偶组燃料出口汇集槽，70为偶组燃料出 口槽，71为偶型冷却剂出口分配槽，72为奇型冷却剂主流道槽，73为奇型冷却剂出口汇集 槽，74为奇型冷却剂出口槽，75为奇型冷却剂进口分配槽，76为奇型冷却剂进口槽，77为奇组空气主流道槽，78为奇组空气过孔，79为偶组空气进口槽，80为偶组空气进口分配槽，81 为偶组空气主流道槽，82为偶组空气过孔，83为奇组空气进口分配槽，84为奇组空气进口 槽，85为奇组空气出口汇集槽，86为奇组空气出口槽，87为奇空气盖板槽，88偶组空气出口 槽，89为偶组空气出口汇集槽，90为偶空气盖板槽。在图3-13中，箭头代表由总口进入流场或由流场进入总口的流体流动方向。在图 14中，叉圈和点圈代表建议的总管内的流体流动方向，其中叉圈代表流动方向垂直纸面向 里，点圈代表流动方向垂直纸面向外。
具体实施例方式本发明提出的一种联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料 电池堆，如图1和图2所示，包括一个复合阴极单极板0、多个奇型双极板1、多个偶型双极 板2、多个膜电极3和一个复合阳极单极板5。所述的多个膜电极3、多个奇型双极板1和多 个偶型双极2板置于复合阴极单极板0和复合阳极单极板5之间，两种双极板重复交替排 列，并由膜电极逐一将复合阴极单极板、多个奇型双极板、多个偶型双极板和阳极复合单极 板连接起来。重复交替排列的两种双极板，规定分别以复合阴极单极板端0和复合阳极单 极板端5作为起始端和终止端，并规定以偶型双极板为起点。所述的奇型双极板1由一个 在前的奇型阳极单极板12和一个在后的奇型阴极单极板13背靠背叠合而成；所述的偶型 双极板2由一个在前的偶型阳极单极板14和一个在后的偶型阴极单极板11背靠背叠合而 成；根据规定，所述的复合阴极单极板0由一个在前的偶型阴极密封板10和一个在后的偶 型阴极单极板11背靠背叠合而成；根据规定，所述的复合阳极单极板5可有两种组成当 最后一块双极板4为偶型时，复合阳极单极板5由一个在前的奇型阳极单极板12和一个在 后的奇型阳极密封板15背靠背叠合而成，当最后一块双极板4为奇型时，复合阳极单极板 5由一个在前偶型阳极单极板14和一个在后的偶型阳极密封板16背靠背叠合而成。如图3和图5所示，上述的奇型阳极单极板12的上方开有第二空气进口 43和第 一空气出口 44，上方的一侧开有第一燃料出口 42和第二冷却剂进口 41，上方的另一侧开有 第二燃料进口 45和第一冷却剂出口 46，下方开有第一空气进口 51和第二空气出口 50，下 方的一侧开有第一冷却剂进口 53和第二燃料出口 52，下方的另一侧开有第二冷却剂出口 48和第一燃料进口 49。奇型阳极单极板12的正面(与膜电极正对的面)上，中部设有奇 组燃料主流道槽47和偶组燃料主流道槽54，奇组燃料主流道槽47和偶组燃料主流道槽54 相互交替排列；奇组燃料主流道槽47的进口端通过奇组燃料进口分配槽59和奇组燃料进 口槽58与第一燃料进口 49相连通，奇组燃料主流道槽47的出口端通过奇组燃料过孔57、 奇型阳极单极板背面12上的奇组燃料出口汇集槽64、奇组燃料出口槽63与第一燃料出口 42相连通，在奇组燃料出口汇集槽64和奇组燃料过孔57上方设有奇燃料盖板槽65 (用于 容纳额外的奇燃料盖板将奇组燃料出口汇集槽64和奇组燃料过孔57密封)；偶组燃料主 流道槽54的进口端通过偶组燃料进口分配槽55和偶组燃料进口槽56与第二燃料进口 45 相连通，偶组燃料主流道槽54的出口端通过偶组燃料过孔60、奇型阳极单极板背面12上的 偶组燃料出口汇集槽69、偶组燃料出口槽70与第二燃料出口 52相连通，在偶组燃料出口汇 集槽69和偶组燃料过孔60上方设有偶燃料盖板槽68 (用于容纳额外的偶燃料盖板将偶组 燃料出口汇集槽69和偶组燃料过孔60密封)。奇型阳极单极板12的背面(与膜电极背对
10的面)上，中部设有奇型冷却剂主流道槽72，奇型冷却剂主流道槽72的进口端通过奇型冷 却剂进口分配槽75、奇型冷却剂进口槽76与第一冷却剂进口 53相连通，奇型冷却剂主流道 槽72的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽73、奇型冷却剂出口槽74与第一冷却剂进口 46 相连通。如图3和图4所示，上述的偶型阳极单极板14的上方开有第二空气进口 43和第 一空气出口 44，上方的一侧开有第一燃料出口 42和第二冷却剂进口 41，上方的另一侧开有 第二燃料进口 45和第一冷却剂出口 46，下方开有第一空气进口 51和第二空气出口 50，下 方的一侧开有第一冷却剂进口 53和第二燃料出口 52，下方的另一侧开有第二冷却剂出口 48和第一燃料进口 49。偶型阳极单极板14的正面(与膜电极正对的面)上，中部设有奇 组燃料主流道槽47和偶组燃料主流道槽54，奇组燃料主流道槽47和偶组燃料主流道槽54 相互交替排列；奇组燃料主流道槽47的进口端通过奇组燃料进口分配槽59和奇组燃料进 口槽58与第一燃料进口 49相连通，奇组燃料主流道槽47的出口端通过奇组燃料过孔57、 奇型阳极单极板背面12上的奇组燃料出口汇集槽64、奇组燃料出口槽63与第一燃料出口 42相连通，在奇组燃料出口汇集槽64和奇组燃料过孔57上方设有奇燃料盖板槽65 (用于 容纳额外的奇燃料盖板将奇组燃料出口汇集槽64和奇组燃料过孔57密封)；偶组燃料主 流道槽54的进口端通过偶组燃料进口分配槽55和偶组燃料进口槽56与第二燃料进口 45 相连通，偶组燃料主流道槽54的出口端通过偶组燃料过孔60、奇型阳极单极板背面12上的 偶组燃料出口汇集槽69、偶组燃料出口槽70与第二燃料出口 52相连通，在偶组燃料出口汇 集槽69和偶组燃料过孔60上方设有偶燃料盖板槽68 (用于容纳额外的偶燃料盖板将偶组 燃料出口汇集槽69和偶组燃料过孔60密封)。偶型阳极单极板14的背面(与膜电极背对 的面)上，中部设有偶型冷却剂主流道槽61，偶型冷却剂主流道槽61的进口端通过偶型冷 却剂进口分配槽66、偶型冷却剂进口槽62与第二冷却剂进口 41相连通，偶型冷却剂主流道 槽61的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽71、偶型冷却剂出口槽67与第二冷却剂进口 48 相连通。如图6和图8所示，上述的奇型阴极单极板13的上方开有第二空气进口 43和第 一空气出口 44，上方的一侧开有第一燃料出口 42和第二冷却剂进口 41，上方的另一侧开有 第二燃料进口 45和第一冷却剂出口 46，下方开有第一空气进口 51和第二空气出口 50，下 方的一侧开有第一冷却剂进口 53和第二燃料出口 52，下方的另一侧开有第二冷却剂出口 48和第一燃料进口 49。奇型阴极单极板13的正面(与膜电极正对的面)上，中部设有奇 组空气主流道槽77和偶组空气主流道槽81，奇组空气主流道槽77和偶组空气主流道槽81 相互交替排列；奇组空气主流道槽77的进口端通过奇组空气进口分配槽83和奇组空气进 口槽84与第一空气进口 51相连通，奇组空气主流道槽77的出口端通过奇组空气过孔78、 奇型阴极单极板背面13上的奇组空气出口汇集槽85、奇组空气出口槽86与第一空气出口 44相连通，在奇组空气出口汇集槽85和奇组空气过孔78上方设有奇空气盖板槽87(用于 容纳额外的奇空气盖板将奇组空气出口汇集槽85和奇组空气过孔78密封)；偶组空气主 流道槽81的进口端通过偶组空气进口分配槽80和偶组空气进口槽79与第二空气进口 43 相连通，偶组空气主流道槽81的出口端通过偶组空气过孔82、奇型阴极单极板背面13上的 偶组空气出口汇集槽89、偶组空气出口槽88与第二空气出口 50相连通，在偶组空气出口汇 集槽89和偶组空气过孔82上方设有偶空气盖板槽90 (用于容纳额外的偶空气盖板将偶组空气出口汇集槽89和偶组空气过孔82密封)。奇型阴极单极板13的背面(与膜电极背对 的面)上，中部设有奇型冷却剂主流道槽72，奇型冷却剂主流道槽72的进口端通过奇型冷 却剂进口分配槽75、奇型冷却剂进口槽76与第一冷却剂进口 53相连通，奇型冷却剂主流道槽72的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽73、奇型冷却剂出口槽74与第一冷却剂进口 46 相连通。如图6和图7所示，上述的偶型阴极单极板11的上方开有第二空气进口 43和第 一空气出口 44，上方的一侧开有第一燃料出口 42和第二冷却剂进口 41，上方的另一侧开有 第二燃料进口 45和第一冷却剂出口 46，下方开有第一空气进口 51和第二空气出口 50，下 方的一侧开有第一冷却剂进口 53和第二燃料出口 52，下方的另一侧开有第二冷却剂出口 48和第一燃料进口 49。偶型阴极单极板11的正面(与膜电极正对的面)上，中部设有奇 组空气主流道槽77和偶组空气主流道槽81，奇组空气主流道槽77和偶组空气主流道槽81 相互交替排列；奇组空气主流道槽77的进口端通过奇组空气进口分配槽83和奇组空气进 口槽84与第一空气进口 51相连通，奇组空气主流道槽77的出口端通过奇组空气过孔78、 偶型阴极单极板背面11上的奇组空气出口汇集槽85、奇组空气出口槽86与第一空气出口 44相连通，在奇组空气出口汇集槽85和奇组空气过孔78上方设有奇空气盖板槽87(用于 容纳额外的奇空气盖板将奇组空气出口汇集槽85和奇组空气过孔78密封)；偶组空气主 流道槽81的进口端通过偶组空气进口分配槽80和偶组空气进口槽79与第二空气进口 43 相连通，偶组空气主流道槽81的出口端通过偶组空气过孔82、奇型阴极单极板背面13上的 偶组空气出口汇集槽89、偶组空气出口槽88与第二空气出口 50相连通，在偶组空气出口汇 集槽89和偶组空气过孔82上方设有偶空气盖板槽90 (用于容纳额外的偶空气盖板将偶组 空气出口汇集槽89和偶组空气过孔82密封)。偶型阴极单极板11的背面(与膜电极背对 的面)上，中部设有偶型冷却剂主流道槽61，偶型冷却剂主流道槽61的进口端通过偶型冷 却剂进口分配槽66、偶型冷却剂进口槽62与第二冷却剂进口 41相连通，偶型冷却剂主流道 槽61的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽71、偶型冷却剂出口槽67与第二冷却剂进口 48 相连通。如图9和图10所示，上述的偶型阴极密封板10的上方开有第二空气进口 43和第 一空气出口 44，上方的一侧开有第一燃料出口 42和第二冷却剂进口 41，上方的另一侧开有 第二燃料进口 45和第一冷却剂出口 46，下方开有第一空气进口 51和第二空气出口 50，下 方的一侧开有第一冷却剂进口 53和第二燃料出口 52，下方的另一侧开有第二冷却剂出口 48和第一燃料进口 49。偶型阴极密封板10的背面(与偶型阴极单极板相叠合的面)上， 中部设有偶型冷却剂主流道槽61，偶型冷却剂主流道槽61的进口端通过偶型冷却剂进口 分配槽66、偶型冷却剂进口槽62与第二冷却剂进口 41相连通，偶型冷却剂主流道槽61的 出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽71、偶型冷却剂出口槽67与第二冷却剂进口 48相连通。如图11和图13所示，上述的奇型阳极密封板15的上方开有第二空气进口 43和 第一空气出口 44，上方的一侧开有第一燃料出口 42和第二冷却剂进口 41，上方的另一侧开 有第二燃料进口 45和第一冷却剂出口 46，下方开有第一空气进口 51和第二空气出口 50， 下方的一侧开有第一冷却剂进口 53和第二燃料出口 52，下方的另一侧开有第二冷却剂出 口 48和第一燃料进口 49。奇型阳极密封板15的背面(与奇型阳极单极板相叠合的面) 上，中部设有奇型冷却剂主流道槽72，奇型冷却剂主流道槽72的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽75、奇型冷却剂进口槽76与第一冷却剂进口 53相连通，奇型冷却剂主流道槽72 的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽73、奇型冷却剂出口槽74与第一冷却剂进口 46相连
ο如图11和图12所示，上 述的偶型阳极密封板16的上方开有第二空气进口 43和 第一空气出口 44，上方的一侧开有第一燃料出口 42和第二冷却剂进口 41，上方的另一侧开 有第二燃料进口 45和第一冷却剂出口 46，下方开有第一空气进口 51和第二空气出口 50， 下方的一侧开有第一冷却剂进口 53和第二燃料出口 52，下方的另一侧开有第二冷却剂出 口 48和第一燃料进口 49。偶型阳极密封板的背面(与偶型阳极单极板相叠合的面)上，中 部设有偶型冷却剂主流道槽61，偶型冷却剂主流道槽61的进口端通过偶型冷却剂进口分 配槽66、偶型冷却剂进口槽62与第二冷却剂进口 41相连通，偶型冷却剂主流道槽61的出 口端通过偶型冷却剂出口汇集槽71、偶型冷却剂出口槽67与第二冷却剂进口 48相连通。本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料电池 堆含有十二个总口，其布局原则为1)同一流体、同一序号的进口和出口在矩形单极板、密 封板上总保持对角分布；2)四个燃料进出口在单极板、密封板的四角，四个空气进出口在 矩形单极板、密封板的两端(短边)，四个冷却剂进出口在矩形单极板、密封板的两侧(长 边)并靠近单极板的四角；3)相同序号的空气进口和冷却剂进口与不同序号的燃料出口相 邻，相同序号的空气出口和冷却剂出口与不同序号的燃料进口相邻。十二个总口形成了贯 通电堆内部的十二个总管，在这十二个总管中的流体可有各种各样的流动方向，但为了达 到四类均勻分布，本发明的一个实施例中同时采用以下流动方向组合，如图14所不1)空 气、燃料和冷却剂的任一对进出总管中的流体保持相同的流动方向；2)空气、燃料和冷却 剂的一对进出总管中的流体与另一对进出总管中的流体保持相反的流动方向；3)在相邻 且分属三种流体的三个总管之间，空气和冷却剂的流动方向相同，但与燃料的流动方向相 反。根据这种流动方向组合，就总体来看，空气、燃料和冷却剂在整个电池堆内均保持X型 流动，且在任两个相邻的总管内流体均保持逆流。在本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料电 池堆中，复合阴极单极板、偶型双极板和偶型复合阳极单极板(由偶型阳极单极板和偶型 阳极密封板叠合而成的复合阳极单极板)中具有相同的偶型冷却剂流场，这个偶型冷却剂 流场由偶型冷却剂主流道槽、偶型冷却剂进口分配槽、偶型冷却剂进口槽、偶型冷却剂出口 汇集槽、偶型冷却剂出口槽构成，并同时开在偶型阴极密封板、偶型阴极单极板、偶型阳极 单极板和偶型阳极密封板的背面；在本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆 流冷却剂流场的燃料电池堆中，奇型双极板和奇型复合阳极单极板(由奇型阳极单极板和 奇型阳极密封板叠合而成的复合阳极单极板)中具有相同的奇型冷却剂流场，这个奇型冷 却剂流场由奇型冷却剂主流道槽、奇型冷却剂进口分配槽、奇型冷却剂进口槽、奇型冷却剂 出口汇集槽、奇型冷却剂出口槽构成，并同时开在奇型阴极单极板、奇型阳极单极板和奇型 阳极密封板的背面；由于冷却剂流场的叠合形成机制，可以同时将偶型阴极密封板、偶型阳 极单极板、奇型阳极单极板上的冷却剂流场去除，或者同时将偶型阴极单极板、奇型阴极单 极板、奇型或偶型阴阳极密封板上的冷却剂流场去除。在本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料电 池堆中，奇型阳极单极板和偶型阳极单极板上燃料流场均为板内逆流流场，并完全相同，这个燃料板内逆流流场由奇偶两组燃料主流道槽、奇偶两组燃料进口分配槽、奇偶两组进口 槽、奇偶两组燃料过孔、奇偶两组燃料出口汇集槽和奇偶两组燃料出口槽构成，并分布两种 阳极单极板的正面及背面的两端。在本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆 流冷却剂流场的燃料电池堆中，奇型阴极单极板和偶型阴极单极板上空气流场均为板内逆 流流场，并完全相同，这个空气板内逆流流场由奇偶两组空气主流道槽、奇偶两组空气进口 分配槽、奇偶两组空气进口槽、奇偶两组空气过孔、奇偶两组空气出口汇集槽和奇偶两组空 气出口槽构成，并分布在两种阴极单极板的正面及背面的两端。本发明中所述的偶型阴极密封板、偶型阴极单极板、奇型阴极单极板、偶型阳极单 极板、奇型阳极单极板、偶型阳极密封板、奇型阳极密封板在结构上存在着紧密的联系。将 偶型阳极单极板中的偶型冷却剂流场改为奇型冷却剂流场，则就转化为奇型阳极单极板； 将偶型阴极单极板中的偶型冷却剂流场改为奇型冷却剂流场，则就转化为奇型阴极单极 板；将偶型阳极单极板中的燃料板内逆流流场去除，则就转化为偶型阴极密封板；将奇型 阴极单极板上的空气板内逆流流场去除，则就转化为奇型阳极密封板。含有奇型冷却剂流 场是命名奇型阳极单极板、奇型阳极密封板、奇型双极板的依据，含有偶型冷却剂流场是命 名偶型阴极单极板、偶型阳极单极板、偶型阳极密封板和偶型双极板的依据。本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料电池 堆，若最后一块双极板为偶型，则电池堆含奇数个单片电池，若最后一块双极板为奇型，则 电池堆含奇数个单片电池。本发明提出的电池堆中若没有双极板或仅有一块双极板，则或 者转化为一个简单单片电池，或者转化为一个仅含两个单片电池的简单电池堆。本发明对提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料电 池堆的描述是建立在两个规定之上的重复交替排列的两种双极板分别以复合阴极单极板 端和复合阳极单极板端作为起始端和终止端，重复交替排列的两种双极板以偶型双极板为 起点。这两个规定是为了表述方便而提出的，改变这两个规定中的任一个或同时改变两个 规定，对最终形成的电池的结构没有影响，因为对奇型和偶型的区分是相对的。两种冷却剂 流场具有结构对称性和功能对等性，其中的任一个均可称为奇型或偶型，但一种称为奇型 或偶型后，另一种则只能称为偶型或奇型。本发明提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料电池 堆，为了简化描述，省略了电池堆夹板、集流板、绝缘板、密封件、紧固件等电池堆元件。电池 堆夹板、集流板、绝缘板及膜电极上的各种进口应能与各种单极板和密封板上的进出口相 叠合。对电池堆中各类进口总管的末端及各类出口总管的首端可进行封闭。如要执行更多 的流动方向组合，可做相应的封闭。本发明的提出的联合应用板内逆流反应剂流场和板间 逆流冷却剂流场的燃料电池堆，可支持多种多样的反应剂和冷却剂流动组合，可支持各种 各样的总管内流动方向组合。各种不同于本发明中的所描述的流动方式的采用，以及各种 各样的关于十二个总管的选择性封闭方式和总管内流动方向组合的采用，仍视为本发明的 精神 本发明对复合阴极单极板和复合阳极单极板中的冷却剂流场采用了与对双极板 相似的处理，鉴于复合阴极单极板和复合阳极单极板在电池堆中位置的特殊性，可对它们 的冷却剂流场进行更多的特殊处理。另外，为了使双极板和单极板适应多种需要，可对各流 场及其总管的形状、尺寸、材料等执行各种各样的改变。有时为了某些目的，也可将各种总管置于电池堆的外部。各种处理若对电池堆的设计思想没有实质性的改进，仍视为本发明的精神。 本发明提出的上述联合应用板内逆流反应剂流场和板间逆流冷却剂流场的燃料 电池堆，也可以应用于任何其他类型的燃料电池和非燃料电池。
权利要求
一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆，其特征在于该燃料电池包括一个复合阴极单极板、多个奇型双极板、多个偶型双极板、多个膜电极和一个复合阳极单极板，所述的多个膜电极、多个奇数双极板、多个偶数双极板置于复合阴极单极板和复合阳极单极板之间，多个奇型双极板和多个偶型双极板重复交替排列，由膜电极依次使复合阴极单极板、多个奇型双极板、多个偶型双极板和阳极复合单极板相互连接；所述的奇型双极板由一个在前的奇型阳极单极板和一个在后的奇型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的偶型双极板由一个在前的偶型阳极单极板和一个在后的偶型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的复合阴极单极板由一个在前的偶型阴极密封板和一个在后的偶型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的复合阳极单极板的结构，当最后一块双极板为偶型时，复合阳极单极板由一个在前的奇型阳极单极板和一个在后的奇型阳极密封板背靠背叠合而成，当最后一块双极板为奇型时，复合阳极单极板由一个在前偶型阳极单极板和一个在后的偶型阳极密封板背靠背叠合而成。
2.如权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于其中所述的奇型阳极单极板的上方开 有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方 的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口， 下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第 一燃料进口 ；奇型阳极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组燃料主流道槽和偶 组燃料主流道槽，奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇组燃料 主流道槽的进口端通过奇组燃料进口分配槽和奇组燃料进口槽与上述第一燃料进口相连 通，奇组燃料主流道槽的出口端通过奇组燃料过孔、奇型阳极单极板的背面上的奇组燃料 出口汇集槽和奇组燃料出口槽与上述第一燃料出口相连通，在奇组燃料出口汇集槽和奇组 燃料过孔的上方设有奇燃料盖板槽；所述的偶组燃料主流道槽的进口端通过偶组燃料进口 分配槽和偶组燃料进口槽与上述第二燃料进口相连通，偶组燃料主流道槽的出口端通过偶 组燃料过孔、奇型阳极单极板的背面上的偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料出口槽与上述第 二燃料出口相连通，在偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料过孔上方设有偶燃料盖板槽；奇型 阳极单极板的与膜电极相背对的背面上，中部设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流 道槽的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽和奇型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂进口相 连通，奇型冷却剂主流道槽的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上 述第一冷却剂进口相连通。
3.如权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于其中所述的偶型阳极单极板的上方开 有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方 的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口， 下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第 一燃料进口 ；偶型阳极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组燃料主流道槽和偶 组燃料主流道槽，奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇组燃料 主流道槽的进口端通过奇组燃料进口分配槽和奇组燃料进口槽与上述第一燃料进口相连 通，奇组燃料主流道槽的出口端通过奇组燃料过孔、奇型阳极单极板背面上的奇组燃料出 口汇集槽和奇组燃料出口槽与第一燃料出口相连通，在奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料过 孔的上方设有奇燃料盖板槽；所述的偶组燃料主流道槽的进口端通过偶组燃料进口分配槽和偶组燃料进口槽与上述第二燃料进口相连通，偶组燃料主流道槽的出口端通过偶组燃料 过孔、奇型阳极单极板背面上的偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料出口槽与上述第二燃料出 口相连通，在偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料过孔的上方设有偶燃料盖板槽；偶型阳极单 极板的背面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷 却剂进口分配槽和偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽 的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂进口相连通。
4.如权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于其中所述的奇型阴极单极板的上方开 有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方 的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口， 下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第 一燃料进口 ；奇型阴极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组空气主流道槽和偶 组空气主流道槽，奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽相互交替排列；所述的奇组空气 主流道槽的进口端通过奇组空气进口分配槽和奇组空气进口槽与上述第一空气进口相连 通，奇组空气主流道槽的出口端通过奇组空气过孔、奇型阴极单极板背面上的奇组空气出 口汇集槽和奇组空气出口槽与上述第一空气出口相连通，在奇组空气出口汇集槽和奇组空 气过孔的上方设有奇空气盖板槽；所述的偶组空气主流道槽的进口端通过偶组空气进口分 配槽和偶组空气进口槽与上述第二空气进口相连通，偶组空气主流道槽的出口端通过偶组 空气过孔、奇型阴极单极板背面的偶组空气出口汇集槽和偶组空气出口槽与上述第二空气 出口相连通，在偶组空气出口汇集槽和偶组空气过孔的上方设有偶空气盖板槽；上述的奇 型阴极单极板的背面上，中部设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流道槽的进口端通 过奇型冷却剂进口分配槽和奇型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂进口相连通，奇型冷却剂 主流道槽的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上述第一冷却剂进 口相连通。
5.如权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于其中所述的偶型阴极单极板的上方开 有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方 的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口， 下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第 一燃料进口 ；所述的偶型阴极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组空气主流道 槽和偶组空气主流道槽，奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽相互交替排列；所述的奇 组空气主流道槽的进口端通过奇组空气进口分配槽和奇组空气进口槽与上述第一空气进 口相连通，奇组空气主流道槽的出口端通过奇组空气过孔、偶型阴极单极板背面上的奇组 空气出口汇集槽和奇组空气出口槽与上述第一空气出口相连通，在奇组空气出口汇集槽和 奇组空气过孔的上方设有奇空气盖板槽；所述的偶组空气主流道槽的进口端通过偶组空气 进口分配槽和偶组空气进口槽与上述第二空气进口相连通，偶组空气主流道槽的出口端通 过偶组空气过孔、奇型阴极单极板背面上的偶组空气出口汇集槽和偶组空气出口槽与上述 第二空气出口相连通，在偶组空气出口汇集槽和偶组空气过孔上方设有偶空气盖板槽；所 述的偶型阴极单极板的背面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进 口端通过偶型冷却剂进口分配槽和偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型 冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂进口相连通。
6.如权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于其中所述的偶型阴极密封板的上方开 有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方 的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口， 下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第 一燃料进口 ；所述的偶型阴极密封板的与偶型阴极单极板相叠合的背面上，中部设有偶型 冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽、偶型冷却剂 进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口 汇集槽和偶型冷却剂出口槽与第二冷却剂进口相连通。
7.如权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于其中所述的奇型阳极密封板的上方开 有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方 的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口， 下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第 一燃料进口 ；所述的奇型阳极密封板的与奇型阳极单极板相叠合的背面上，中部设有奇型 冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流道槽的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽和奇型冷却剂 进口槽与上述第一冷却剂进口相连通，奇型冷却剂主流道槽的出口端通过奇型冷却剂出口 汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上述第一冷却剂进口相连通。
8.如权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于其中所述的偶型阳极密封板的上方开 有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方 的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口， 下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第 一燃料进口 ；所述的偶型阳极密封板的与偶型阳极单极板相叠合的背面上，中部设有偶型 冷却剂主流道槽；偶型冷却剂主流道槽；的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽和偶型冷却 剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出 口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂进口相连通。
全文摘要
本发明涉及一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆，属于燃料电池技术领域。本发明的电池堆中，任一膜电极两侧分别具有板内逆流空气流场和板内逆流燃料流场，任一膜电极的两侧有冷却剂流向恰好相反的两种冷却剂流场。空气流场和燃料流场跨越相关单极板的两面，两种冷却剂流场均嵌在两种反应剂流场的背面部分中间。板内逆流空气流场的两组流道、板内逆流燃料流场的两组流道、板间逆流的两种冷却剂流场分别与两对空气进出口、两对燃料进出口和两对冷却剂进出口相连通。六对进口均呈对角分布；在每种流体的两对进出口中，一对进出口的进口总与另一对的出口相邻。本发明的优点是同时实现温度、浓度、电流密度和应力等四种变量的均匀分布。
文档编号H01M8/10GK101867053SQ20101021033
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者张大鹏, 张红飞, 裴普成 申请人:清华大学