[发明专利]平行流场与蛇形流场自动切换的燃料电池液态水自适应流场板

说明书

本发明公开了一种平行流场与蛇形流场自动切换的燃料电池自适应流场板，流场板的结构包括：反应物进口和出口，进口总管和出口总管，流场板上设有若干条脊、流道和四周的流场板壁，总管两侧壁面上的凹槽以及布置的自适应结构。当总管中有积存的液态水时，流场中的自适应结构吸水膨胀，总管局部横截面积逐渐变小，甚至堵住总管，使流场板局部或全部从平行状流场变为蛇形流场；当总管中不再有积存的液态水时，在电池运行温度下受到气流吹扫，内部水分蒸发，自适应结构脱水收缩，变为平行流场。本发明能够根据总管中液态水含量发生自适应变化，适应不同的工况，加快液态水的移出，避免水淹现象，并减小泵功消耗，提升电池净功率的效果。

技术领域：

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池液态水自适应流场板结构。

背景技术：

能源发展的前景和趋势对国家的政策和企业的发展战略影响重大。能源技术的发展会影响到一个国家的国际地位。所以我国非常重视能源技术的发展。近几年，我国颁发了一系列政策推动氢燃料电池相关产业的发展，氢燃料电池相关的企业和公司也越来越多，氢燃料电池产业的发展迅速推进。

流场板的结构会影响燃料电池的性能。传统的流场板存在一些缺点，还有待改进。在平行流场中，反应物分布比较均匀，反应气体流动阻力较小，但容易发生水淹现象；而在蛇形流场中，两个相邻的流道由于压差较大能够产生肋下对流，强化传质，加快液态水排除，与此同时，流道内的压差较大，会造成泵功消耗增多。若能解决传统流场存在的问题，燃料电池的性能将有较大提升。

目前，研究人员已经从流道深度、宽度，脊的宽度等优化平行流场的尺寸，并在流道中添加挡块促进传质和加速液态水移除，但添加挡块会增大两相流动阻力；而对于蛇形流场的优化在于流道数量、拐角设计等方面进行优化，这些优化虽然提升了蛇形流场燃料电池的性能，但压降较大，泵功消耗增多的问题依然没有得到很好的解决。

发明内容：

本发明的目的在于，针对上述两种流场的不足，提供一种根据流道中的含水量变化不同流场类型相互切换，发挥二者优势的自适应流场板结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种平行流场与蛇形流场互相切换的燃料电池自适应流场板结构，其特征在于：反应物的进口和出口，进口总管和出口总管，流场板上设有若干条脊和流道，进口总管和出口总管两侧壁面上的凹槽以及布置的自适应结构。进口总管和出口总管分别为反应物从进口流入后，进入流道之前的区域和反应物从流道流出后，进入出口之前的区域。流场板壁为整个流场板四周的墙体。进口总管和出口总管的一侧为脊和流道，另一侧为流场板壁。

进一步，当进口总管和出口总管中有积存的液态水时，自适应结构吸水膨胀，使总管的横截面积逐渐变小，最终总管闭合使局部或全部流场从平行流场变为蛇形流场；当总管中不再有积存的液态水时，自适应结构能够在电池运行温度下加热或者反应气体吹扫的情况下脱水收缩，总管横截面积变大，使流场变回平行流场，从而实现不同液态水含量工况下平行流场与蛇形流场的自动切换。

进一步，脊的末端布置的自适应结构在流道平面上的投影为扇形、三角形或矩形；流场板壁面上布置的自适应结构在流道平面上的投影为矩形、扇形或三角形。

进一步，多条脊的末端间隔布置多个自适应结构，饱和吸水膨胀后脊末端的自适应结构与流场板壁上的一整条自适应结构接触，使平行流场变为蛇形流场。

进一步，脊的末端布置的自适应结构在吸水膨胀前高度为流道深度的1/2～3/4，长度为脊长度的1/2～3/4，宽度为总管宽度的1/5～2/5，流场板壁上布置的自适应结构在吸水膨胀前高度为流道深度的1/2～3/4，长度为脊长度的1/50～1，宽度为总管宽度的1/5～1/3。

进一步，自适应结构在饱和吸水膨胀后，高度与流道深度一致。

进一步，自适应结构在电池运行温度下不会溶解。