一种质子交换膜燃料电池双极板分配头及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池双 极板分配头及其设计方法。
【背景技术】
[0002] 质子交换膜燃料电池（PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一 种适合人类发展和环境要求的理想电源。其中，双极板是PEMFC的重要部件，其两面都有加 工出的流道，起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的 作用。设计合理的双极板结构，可以提高流道内反应气分布的均匀性，使膜电极各处均能获 得充足的反应气，并且使产生的废热及时排出，保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。
[0003] 在现有的技术中，一般通过在双极板分配头内添加不同结构、不同布局的导流构 件，改变反应气的流动方向，使进入各个流道内的反应气分布更加均勾。另外，随着计算机 技术的发展，CFD技术也越来越多地应用到燃料电池中，通过流场分析来指导燃料电池双极 板结构的设计与优化。
[0004] 专利CN102013500A公开了一种质子交换膜燃料电池气体流场，其分配流场段的 底面上设有均匀分布的椭圆形分配头，改善了反应气体的传质过程。但是，由于气体进口尺 寸比较小，远离气体进口处的流道内气体分布的比较少，双极板上各流道内气体的均布性 难以得到保证。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种质子交换膜燃料电池双极板分配头及其设计方法，设计出 的质子交换膜燃料电池双极板分配头提高质子交换膜燃料电池各流道内气流分布均匀性。
[0006] 本发明实施例采用以下技术方案：
[0007] 第一方面，本技术方案提供一种质子交换膜燃料电池双极板分配头，包括进气口 和导流区，所述导流区的一端与所述进气口连接，所述导流区的另一端与双极板的流道连 接，所述导流区包括多条导流条，所述导流条呈"Z"字形排列，所述进气口的进气方向与所 述流道延伸方向一致。
[0008] 其进一步技术方案为，所述导流条包括第一导流条、第二导流条及第三导流条，所 述第一导流条、第二导流条及第三导流条从靠近所述进气口的位置从近到远依次排布，所 述第一导流条与所述进气口进气方向的夹角为第一夹角，所述第二导流条与所述进气口进 气方向的夹角为第二夹角，所述第二夹角小于所述第一夹角，所述第三导流条与所述进气 口进气方向垂直。
[0009] 其进一步技术方案为，所述第一导流条包括多个第一导流凸起，所述第二导流条 包括多个第二导流凸起，所述第三导流条包括多个第三导流凸起。
[0010] 其进一步技术方案为，所述第一导流凸起、所述第二导流凸起及所述第三导流凸 起均为长方体、长条形梯形体及长条形圆柱体中的一种。
[0011] 其进一步技术方案为，所述第一导流凸起的高度为0.05~0. 1mm，长度为0.8~ Imm;所述第二导流凸起的高度为〇. 05~0. 1mm，长度为1~I. 2mm;所述第三导流凸起的高 度为0. 05~0. 1mm,长度为1~I. 2mm。
[0012] 其进一步技术方案为，所述第一导流条上相邻两个第一导流凸起之间的距离随距 离所述进气口从近到远逐渐增大；所述第二导流条上相邻两个所述第二导流凸起之间的距 离随距离所述进气口从近到远逐渐增大；所述第三导流条上相邻两个所述第三导流凸起之 间的距离随距离所述进气口从近到远逐渐增大。
[0013] 其进一步技术方案为，所述流道相互平行，为直线型或波浪形。
[0014] 第二方面，本技术方案提供一种如上述所述的质子交换膜燃料电池双极板分配头 的设计方法，
[0015] 通过计算机绘图软件对所述质子交换膜燃料电池双极板分配头和所述流道建立 三维稳态数学模型；
[0016] 将所述数学模型导入CFD网格划分软件，对所述数学模型进行完善，确定网格尺 寸并完成网格的划分，保存为网格文件；
[0017] 将所述网格文件导入CFD软件进行求解，建立控制方程、定义计算模型的边界条 件、给定解控参数并完成计算迭代过程得到迭代计算结果；
[0018] 对所述迭代计算结果进行处理，优化所述质子交换膜燃料电池双极板分配头的所 述第一导流条、第二导流条及第三导流条与所述进气口进气方向的夹角和所述第一导流凸 起、第二导流凸起及第三导流凸起的长度及间距。
[0019] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果：
[0020] 本技术方案中，通过在质子交换膜燃料电池双极板分配头内嵌呈"Z"字形排列的 导流条，提高了质子交换膜燃料电池各沟道内气流分布均匀性，有利于提高质子交换膜燃 料电池的性能。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所 需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 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，还可以根据本发明实施 例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1是本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池双极板分配头的结构示意图。
[0023] 图2是本发明实施例提供的三种导流凸起相邻两个导流凸起之间的间距列表。
[0024] 图3是本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池双极板分配头的设计方法流程 图。
[0025] 图4是本发明实施例的结果示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面 将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅 是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在 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。
[0027] 图1是本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池双极板分配头的结构示意图。如 图1所示，该质子交换膜燃料电池双极板分配头包括进气口 10和导流区20,所述导流区20 的一端与所述进气口 10连接，所述导流区20的另一端与双极板的流道30连接，所述导流 区20包括多条导流条21，所述导流条21呈"Z"字形排列，所述进气口 10的进气方向与所 述流道30延伸方向一致。
[0028] 本发明实施例在质子交换膜燃料电池双极板分配头内嵌呈"Z"字形排列的导流条 21，气流经过导流区20的导流条21导流后，较为均匀的进入各个流道30中，最后从出气口 40排出，提高了质子交换膜燃料电池各沟道内气流分布均匀性，有利于提高质子交换膜燃 料电池的性能。
[0029] 优选地，所述导流条21包括第一导流条210、第二导流条211及第三导流条212， 所述第一导流条210、第二导流条211及第三导流条212从靠近所述进气口 10的位置从近 到远依次排布，所述第一导流条210与所述进气口 10进气方向的夹角为第一夹角a，所述 第二导流条211与所述进气口 10进气方向的夹角为第二夹角0，所述第二夹角0小于所 述第一夹角a，所述第三导流条212与所述进气口 10进气方向垂直。
[0030] 优选地，所述第一导流条210包括多个第一导流凸起2100,所述第二导流条211包 括多个第二导流凸起2110,所述第三导流条212包括多个第三导流凸起2120。所述第一导 流凸起2100、所述第二导流凸起2110及所述第三导流凸起2120均为长方体、长条形梯形体 及长条形圆柱体中的一种。所述第一导流凸起2100的高度为0. 05~0. 1mm，长度为0. 8~ Imm;所述第二导流凸起2110的高度为0. 05~0. 1mm，长度为1~I. 2mm;所述第三导流凸 起2120的高度为0. 05~0. 1mm，长度为1~I. 2mm。所述流道30相互平行，为直线型或波 浪形。
[0031] 所述第一导流条210上相邻两个第一导流凸起2100之间的距离随距离所述进气 口