[发明专利]一种强化脊下对流的波浪形质子交换膜燃料电池流道

说明书

本发明设计了一种强化脊下对流的波浪形质子交换膜燃料电池流道。包括设置于流场板上的电池流道，所述电池流道呈蛇形分布；电池流道包括与外界环境接触的直流脊和与所述直流脊相邻的波浪形流脊，在气体入口处，波浪形流脊和直流脊在流场板中交替分布，直至气体出口处；所述波浪形流脊在转弯区域平直设置，在主流区域呈波浪形状。本发明能够促进波浪形流脊两侧的脊下对流，使气体均匀分布于流场；同时，流道内产生的压力变化，提高了区域流速，能够有效改善阴极的排水效果，重要地，扩散层、催化层在单位时间内的氧气传输都得到了明显提高。

技术领域

本发明涉及一种用于质子交换膜燃料电池的流道结构，具体涉及一种强化脊下对流的波浪形质子交换膜燃料电池流道。

背景技术

燃料电池的流道是用于输送反应气体，实现燃料电池内部水气传输的关键部件。通过合理设计流道结构，能够实现电池内部水气的均匀分布，提高电池的性能。目前，传统的蛇形流道结构(图1)在电池反应的过程中，容易导致水淹、气体分布不均匀等问题，会很大程度上影响燃料电池的运行，从而使性能下降。

发明内容

本发明设计了一种强化脊下对流的波浪形质子交换膜燃料电池流道，这种电池流道克服了传统蛇形流道存在的一系列不足，其不仅能够强化脊下对流，使得反应气体均匀分布，保证电池后端的氧气传输，同时，由于波浪形的流道导致压强的变化，还具有非常理想的排水作用，缓解水淹带来的电池性能下降。

根据本发明提供的一种强化脊下对流的波浪形质子交换膜燃料电池流道，包括设置于流场板上的电池流道，所述电池流道呈蛇形分布；

电池流道包括与外界环境接触的直流脊和与所述直流脊相邻的波浪形流脊，在气体入口处，波浪形流脊和直流脊在流场板中交替分布，直至气体出口处；

所述波浪形流脊在转弯区域平直设置，在主流区域呈波浪形状。

优选地，所述波浪形流脊的波浪形状的线型采用正弦函数设计。

优选地，波浪形流脊的波浪形状的线型设计所采用正弦函数为y＝1/2*sin(1/2*pi*x)。

优选地，相邻的波浪形流脊与直流脊在转弯区域的距离为1mm。

优选地，电池流道的流道宽度最大为1.4mm，最小为0.6mm，所述流道宽度为相邻的波浪形流脊与直流脊之间的距离。

优选地，所述电池流道包括7处转弯区域，转弯区域内的波浪形流脊与直流脊均为平直的，流道宽度为1mm。

优选地，所述直流脊的宽度为1mm，波浪形流脊在转弯区域的宽度为1mm。

优选地，波浪形流脊在主流区域的宽度为1mm。

优选地，在进出口处，流道宽度为1mm，波浪形流脊在进出口处平直设置，波浪形流脊的宽度为1mm。

优选地，所述电池流道在流场板上的布局为50*49mm的矩形。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

与传统的蛇形流道相比，在本发明中，波浪形流脊两侧形成的压强差能够强化脊下对流，促进反应气体的均匀分布，保证电池后端的氧气传输，在一定程度上缓解氧气消耗所引起的浓差极化；此外，波浪形流脊使得流道内部的压强延气程循环波动，不仅提高了流道的排水能力，也增强了流道下方扩散层内的气体传输，有效防止了水淹现象。本发明通过设计一种含有波浪形流脊的流道，增强了反应过程中的脊下对流和流道的排水能力，提高了气体传输和电流分布的均匀性，相应地，电池整体性能水平得到提高。

附图说明

通过以下附图详细描述，使得本发明的其它特征、优点、效果变得更加明显：

图1为传统的蛇形流道示意图；