一种均衡流量分配的分支流道结构及其应用的制作方法

本发明涉及燃料电池，特别是涉及一种均衡流量分配的分支流道结构及其应用。

背景技术：

1、面对当今国内乃至全球日益严格的尾气排放标准及未来的能源危机，各大汽车厂商都在研发低排放的新能源技术，以适应这一发展趋势，其中燃料电池汽车是目前各大车企大力研发的领域之一。燃料电池具有清洁、高效等诸多优点，受到越来越多的人们的关注。

2、分支结构普遍应用于石油化工、火电、液化天然气等工业领域。质子交换膜燃料电池(pemfc)内部同样存在分支结构系统，最为典型的便是pemfc极板的流场结构。pemfc极板上布满尺寸微小、结构细长的流道。电池运行时，阴阳极的反应气均通过两边的极板入口(总管路)引入，在多根流道(分支结构)约束下分流至电池各区域。气体在电池内部充分流动、反应后通过流道合流，由极板出口引出。

3、在pemfc极板分支结构中，流体在分流与合流过程中常常出现脱流、涡流、脉动等现象，这些现象会造成管路系统流量分配不均和管路振动等问题，进而影响整个系统的能耗、性能、运行稳定性、安全性等。其次，对于非稳态的分支结构，其中一个或多个分支流量变化会影响整个管网的流量分配，如果总管和支管的管径、结构设计不合理，会导致近端流量少甚至无流量的情况，严重影响气体反应的正常进行。并且，近年来，pemfc正朝着高能量密度的方向发展，极板因此变得越来越轻薄化，极板上的流道尺寸更是缩减到1×10-1mm量级，这给分支结构的设计增大了难度，很难控制好单根支管(流道)内的流动参数。

技术实现思路

1、基于此，本发明实施例提供一种均衡流量分配的分支流道结构及其应用，旨在解决现有的燃料电池流道结构流量分配不均匀、很难控制好单根支管(流道)内的流动参数等问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供一种均衡流量分配的分支流道结构，适用于燃料电池，包括依次连接的母管和支管；

3、所述支管包括至少五个独立设置且管径相同的第一支管、第二支管、第三支管、第四支管和第五支管；所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管和所述第五支管分别与所述母管连通；

4、所述第一支管与所述第二支管之间、所述第二支管与所述第三支管之间，所述第三支管与所述第四支管之间、以及所述第四支管与所述第五支管之间均设置有分流机构；自所述第一支管至所述第五支管方向，多个所述分流机构呈自下向上设置的阶梯状分布。

5、作为优选的实施方式，自所述第一支管至所述第五支管方向，多个所述分流机构呈等间距设置的阶梯状分布。这样设置，使得流体流动所引起的压降减小，有利于促进流体的分流，使得各个支管的流量分配均匀，同时能够有效提高极板的利用率，进而有效提高气体反应的有效面积。

6、作为优选的实施方式，所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管、所述第五支管分别与相连接的所述分流机构连通设置。

7、作为优选的实施方式，多个所述分流机构相互平行设置；多个所述分流机构的长度相同。这样设置，有利于促进流体的分流，使得各个支管的流量分配均匀，同时也减少流体流动过程中湍动能的损失。

8、作为优选的实施方式，所述分流机构的宽度为所述支管管径的1倍～2倍。这样设置，有利于促进流体的分流，使得各个支管的流量分配均匀。

9、作为优选的实施方式，所述母管的管径大于所述支管的管径；所述分流机构的管径与所述支管的管径相同。

10、作为优选的实施方式，自所述第一支管至所述第五支管方向，多个所述分流机构依次相连形成连接直线；所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管、所述第五支管分别与所述连接直线相交形成的夹角的度数为30°～60°。即分流机构的坡度与各支管呈30°～60°设置，这样设置，有利于促进流体的分流，使得各个支管的流量分配更为均匀。

11、作为优选的实施方式，所述分流机构为分流管。

12、作为优选的实施方式，所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管和所述第五支管相互平行、且等距设置。这样设置，有利于促进流体的分流，使得各个支管的流量分配均匀。

13、作为优选的实施方式，所述第一支管入口的高度＝所述第二支管入口的高度＝所述第三支管入口的高度＝所述第四支管入口的高度＝所述第五支管入口的高度。

14、作为优选的实施方式，所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管和所述第五支管的长度均相同。

15、另一方面，本发明实施例还提供所述均衡流量分配的分支流道结构的应用，所述均衡流量分配的分支流道结构可以应用于燃料电池结构中。

16、本发明提出的一种均衡流量分配的分支流道结构，通过设置二级多分支分流结构和三级多个分流机构，可以解决单向多分支并联管路分配不均的问题，能够保证进入各个流道中的气体(流体)流量分配更均匀，有效降低系统的整体压降，没有出现管路振动、近端流量少甚至无流量等情况，能够较好的控制单根支管(流道)内的流量参数，使得整个系统性能稳定、运行稳定性和安全性均较好，而且结构简单、能耗较低，经济实用，安装方便，可加工性好，可以应用于燃料电池系统中进行使用。

技术特征：

1.一种均衡流量分配的分支流道结构，适用于燃料电池，其特征在于，包括依次连接的母管和支管；

2.根据权利要求1所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，自所述第一支管至所述第五支管方向，多个所述分流机构呈等间距设置的阶梯状分布。

3.根据权利要求1所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管、所述第五支管分别与相连接的所述分流机构连通设置。

4.根据权利要求1所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，多个所述分流机构相互平行设置；多个所述分流机构的长度相同。

5.根据权利要求1所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，所述分流机构的宽度为所述支管管径的1倍～2倍。

6.根据权利要求5所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，所述母管的管径大于所述支管的管径；所述分流机构的管径与所述支管的管径相同。

7.根据权利要求1所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，自所述第一支管至所述第五支管方向，多个所述分流机构依次相连形成连接直线；所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管、所述第五支管分别与所述连接直线相交形成的夹角的度数为30°～60°。

8.根据权利要求1所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，所述分流机构为分流管；

9.根据权利要求1所述的均衡流量分配的分支流道结构，其特征在于，所述第一支管入口的高度＝所述第二支管入口的高度＝所述第三支管入口的高度＝所述第四支管入口的高度＝所述第五支管入口的高度；

10.权利要求1至9任一项所述的均衡流量分配的分支流道结构的应用，其特征在于，所述均衡流量分配的分支流道结构应用于燃料电池结构中。

技术总结
本发明提供一种均衡流量分配的分支流道结构及其应用，该结构包括依次连接的母管和支管；所述支管包括至少五个独立设置且管径相同的第一支管、第二支管、第三支管、第四支管和第五支管；所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管和所述第五支管分别与所述母管连通；所述第一支管与所述第二支管之间、所述第二支管与所述第三支管之间，所述第三支管与所述第四支管之间、以及所述第四支管与所述第五支管之间均设置有分流机构；自所述第一支管至所述第五支管方向，多个所述分流机构呈自下向上设置的阶梯状分布。通过本申请，使得燃料电池系统流量分配均匀、性能稳定。本申请结构简单、能耗较低，经济实用，安装方便，可加工性好。

技术研发人员：甄灿燊,任宏亮,文峰
受保护的技术使用者：深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15