一种圆形极板流道结构的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种圆形极板流道结构。


背景技术：

2.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。
3.双极板作为燃料电池的核心部件，在燃料电池中起到分配反应气体、收集并导出电流以及阻隔燃料和氧化剂等重要作用。极板的性能在很大程度上取决于流场结构，双极板流场对燃料电池性能有显著影响。目前，常用的平行流场结构具有较多的互相平行的流场通道，流场距离短，压降较小，但是，反应气体在流场中存留时间短，气体利用率低，易出现水淹现象。蛇形流场由于气路较长，容易导致压降过大，造成寄生能量损失。有的3d流场性能良好，但是结构复杂，制造成本高。而且，常规极板一般整体采用方形板设计，进出口之间的流道路径存在差异(例如走边线的流道路径和走对角线的流道路径存在差异)，从而导致极板局部性能差异，进而影响燃料电池的使用性能。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型实施例提供一种圆形极板流道结构，旨在解决现有的反应气体在极板流场中分布不均匀、极板的局部流道路径存在差异、极板散热慢以及能量损耗大等问题。本技术结构能够有效解决反应气体流动分配不均的问题，可调节性好(可以根据实际需要做成各种数量的划分区域)，并且结构简单，可加工性好，经济实用，拆装方便，具有较好的可靠性。
5.为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种圆形极板流道结构，适用于燃料电池极板，包括圆形板体，所述圆形板体的几何中心处设置有燃料进口；
6.所述圆形板体的一侧面上设置有多个扇形区域，每个所述扇形区域设置有蛇形流道，所述蛇形流道靠近所述燃料进口的一端与所述燃料进口连通设置；所述蛇形流道远离所述燃料进口的一端设置有燃料出口，所述燃料出口独立设置。
7.作为优选的实施方式，所述燃料进口为圆形燃料进口，且所述圆形燃料进口与所述圆形板体的圆心重叠设置。这样，使得本技术结构形成中心对称结构，能够保证气体等量、等速的从各个方向流入活性区，进而保证反应的均一性。
8.作为优选的实施方式，多个所述扇形区域均匀设置于所述圆形板体的侧面上；每个所述扇形区域设置有一根蛇形流道，所述蛇形流道均匀设置于所述扇形区域内。
9.作为优选的实施方式，每根所述蛇形流道具有相同的大小和形状，且每根所述蛇形流道独立设置。这样，能够很好的保证圆形板体上的每一个支流的流动形况完全相同，与传统的所有流道汇集到单个出气孔输出的结构不同。
10.作为优选的实施方式，所述蛇形流道为扇形蛇形流道。传统蛇形流道较长，流体压降大，能量损耗大；且一旦极板的板面大小固定，蛇形流道总长度基本无法改变。但圆形板体即使大小固定，也可以通过将圆形板体分成16份、32份甚至更多份的方式来减少单个蛇形流道的长度，从而找到一个既能保证压降、能量损失又小的划分方式。
11.作为优选的实施方式，所述扇形蛇形流道沿垂直所述圆形板体的半径方向弯曲、平行、且等距设置。实际上，该扇形蛇形流道为多个圆心角相等、半径等差递增的同心圆(以所述圆形板体的圆心为圆心)圆弧。
12.作为优选的实施方式，所述圆形板体的另一侧面上设置有多个阴极脊，多个所述阴极脊均匀设置于所述圆形板体的侧面上。在本技术中，阴极脊能够起到支撑和扰流的作用。
13.作为优选的实施方式，所述阴极脊为圆形凸起。
14.作为优选的实施方式，所述圆形板体一侧面的边缘周向设置有第一胶槽，所述侧面为所述扇形区域所在的侧面。通过设置第一胶槽，可以很好的密封圆形板体的阳极面。
15.作为优选的实施方式，所述燃料进口的外周设置有第二胶槽；所述燃料出口的外周设置有第三胶槽，所述第三胶槽与所述第一胶槽相适配设置。通过设置胶槽，能够很好的保证圆形板体的密封性。
16.作为优选的实施方式，所述圆形板体的边缘还设置有多个固定孔，多个所述固定孔均匀设置，且所述固定孔与所述扇形区域一一对应设置。圆形板体叠堆后整堆为圆柱体(每一层中间采用一个圆形的膜隔开阴阳极)，难以通过传统的轧带方式固定，一般通过固定孔采用固定柱夹紧进行固定。
17.作为优选的实施方式，所述圆形板体的中部相对所述圆形板体的边缘凸起设置。这样，可以使圆形板体的边缘用作阴阳极板气路面贴合的避空区域。
18.作为优选的实施方式，所述燃料电池极板为风冷堆极板。
19.本实用新型通过采用圆形板体，并在圆形板体上设置扇形蛇形流道，能够有效解决现有的反应气体在极板流场中分布不均匀、极板的局部流道路径存在差异、极板散热慢以及能量损耗大等问题。本技术结构可调节性好(可以根据实际需要做成各种数量的扇形区域)，并且结构简单，可加工性好，经济实用，拆装方便，具有较好的可靠性，可以在燃料电池系统中进行使用。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
21.图1为本实用新型一实施例的圆形极板流道结构的主视图；
22.图2为图1在a处的局部结构放大示意图；
23.图3为图1圆形极板流道结构的后视图；
24.图4为图1的圆形极板流道结构的立体结构示意图。
25.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
30.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
31.目前，现有的极板多为方形结构，每根流道的路径都是完全不同的，整个极板呈旋转对称结构，流体在板面上很难做到均匀分布。并且，方形结构的极板大多设置有过渡区，通过过渡区分配流体，使得空间利用率降低；进出口在方形极板上很难设置为圆形，这样在连接电堆外部的气管时需要另外涉及对接口。堆叠后的方形极板整体为长方体结构，与外界接触面小，不利于散热。基于此，本实用新型提出了一种圆形极板流道结构。
32.本技术的圆形极板流道结构(圆形的中心对称特性)不需要设置过渡区，既节约空间，又能够很均匀的分配流体；进出口可以设置为圆形孔，光滑、流阻小，能量损耗低；而且，圆形极板堆叠后为圆柱体结构，同等体积(相对于长方体)的圆柱体与外界接触面积更大，散热效果更好。
33.具体的，如图1至图4所示，本实用新型一实施例提供一种圆形极板流道结构，适用于燃料电池极板，包括圆形板体10，所述圆形板体10的几何中心处设置有燃料进口11；
34.所述圆形板体10的一侧面上设置有多个扇形区域12，每个所述扇形区域12设置有蛇形流道121，所述蛇形流道121靠近所述燃料进口11的一端与所述燃料进口11连通设置；所述蛇形流道121远离所述燃料进口11的一端设置有燃料出口13，所述燃料出口13独立设置。
35.这样，燃料自圆形板体10的中心输入蛇形流道，通过蛇形流道流经扇形区域后从
圆形板体边缘的燃料出口处流出。
36.请再次参见图1和图3，在本技术实施例中，所述燃料进口11为圆形燃料进口，且所述圆形燃料进口与所述圆形板体10的圆心重叠设置。这样，使得本技术结构形成中心对称结构，能够保证气体等量、等速的从各个方向流入活性区，进而保证反应的均一性。
37.如图1所示，在本技术实施例中，多个所述扇形区域12均匀设置于所述圆形板体10的侧面上；每个所述扇形区域12设置有一根蛇形流道121，所述蛇形流道121均匀设置于所述扇形区域12内。
38.具体的，在本技术实施例中，每根所述蛇形流道121具有相同的大小和形状，且每根所述蛇形流道121独立设置。这样，能够很好的保证圆形板体10上的每一个支流的流动形况完全相同，与传统的所有流道汇集到单个出气孔输出的结构不同。
39.在本技术实施例中，所述蛇形流道121为扇形蛇形流道。传统蛇形流道较长，流体压降大，能量损耗大；且一旦极板的板面大小固定，蛇形流道总长度基本无法改变。但圆形板体即使大小固定，也可以通过将圆形板体分成16份、32份甚至更多份的方式来减少单个蛇形流道的长度，从而找到一个既能保证压降、能量损失又小的划分方式。
40.作为优选的实施方式，所述扇形蛇形流道沿垂直所述圆形板体10的半径方向弯曲、平行、且等距设置。实际上，该扇形蛇形流道为多个圆心角相等、半径等差递增的同心圆(以所述圆形板体的圆心为圆心)圆弧，即，扇形蛇形流道由多段相互平行、且等距设置的圆弧连通得到，每段圆弧沿垂直所述圆形板体10的半径方向弯曲，每段圆弧均为以所述圆形板体的圆心为圆心形成的同心圆的圆弧。
41.作为优选的实施方式，所述圆形板体10的另一侧面上设置有多个阴极脊14，多个所述阴极脊14均匀设置于所述圆形板体10的侧面上。在本技术实施例中，所述燃料电池极板为风冷堆极板(阴极开放式)，这样，阴极脊所在的侧面呈开放式，可以流通空气，使得空气既作冷却气体又作氧化剂；在本技术中，阴极脊14能够起到支撑和扰流的作用。
42.作为优选的实施方式，所述阴极脊14为圆形凸起；所述圆形凸起的高度可以根据实际使用需要设置，只要能够满足支撑和扰流作用即可。这样，能够很好的保证阴极脊14起到支撑和扰流的作用。
43.作为优选的实施方式，所述圆形板体10一侧面的边缘周向设置有第一胶槽15，所述侧面为所述扇形区域12所在的侧面。通过设置第一胶槽15，可以很好的密封圆形板体10的阳极面。
44.作为优选的实施方式，所述燃料进口11的外周设置有第二胶槽111；所述燃料出口13的外周设置有第三胶槽131，所述第三胶槽131与所述第一胶槽15相适配设置。通过设置胶槽，能够很好的保证圆形板体10的密封性。
45.作为优选的实施方式，所述圆形板体10的边缘还设置有多个固定孔16，多个所述固定孔16均匀设置，且所述固定孔16与所述扇形区域12一一对应设置。圆形板体10叠堆后整堆为圆柱体(每一层中间采用一个圆形的膜隔开阴阳极)，难以通过传统的轧带方式固定，一般通过固定孔16采用固定柱夹紧进行固定。
46.作为优选的实施方式，所述圆形板体10的中部相对所述圆形板体10的边缘凸起设置。这样，可以使圆形板体10的边缘用作阴阳极板气路面贴合的避空区域。
47.作为优选的实施方式，所述燃料电池极板为风冷堆极板。
48.本实用新型通过采用圆形板体，并在圆形板体上设置扇形蛇形流道，能够有效解决解决现有的反应气体在极板流场中分布不均匀、极板的局部流道路径存在差异、极板散热慢以及能量损耗大等问题。本技术结构可调节性好(可以根据实际需要做成各种数量的扇形区域)，并且结构简单，可加工性好，经济实用，拆装方便，具有较好的可靠性，可以在燃料电池系统中进行使用。
49.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。