一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆

摘要

本发明涉及一种联合应用板内逆流场和板间逆流流场的燃料电池堆，属于燃料电池技术领域。本发明的电池堆中，任一膜电极两侧分别具有板内逆流空气流场和板内逆流燃料流场，任一膜电极的两侧有冷却剂流向恰好相反的两种冷却剂流场。空气流场和燃料流场跨越相关单极板的两面，两种冷却剂流场均嵌在两种反应剂流场的背面部分中间。板内逆流空气流场的两组流道、板内逆流燃料流场的两组流道、板间逆流的两种冷却剂流场分别与两对空气进出口、两对燃料进出口和两对冷却剂进出口相连通。六对进口均呈对角分布；在每种流体的两对进出口中，一对进出口的进口总与另一对的出口相邻。本发明的优点是同时实现温度、浓度、电流密度和应力等四种变量的均匀分布。

主权项

一种联合应用板内逆流流场和板间逆流流场的燃料电池堆，其特征在于该燃料电池包括一个复合阴极单极板、多个奇型双极板、多个偶型双极板、多个膜电极和一个复合阳极单极板，所述的多个膜电极、多个奇数双极板、多个偶数双极板置于复合阴极单极板和复合阳极单极板之间，多个奇型双极板和多个偶型双极板重复交替排列，由膜电极依次使复合阴极单极板、多个奇型双极板、多个偶型双极板和复合阳极单极板相互连接；所述的奇型双极板由一个在前的奇型阳极单极板和一个在后的奇型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的偶型双极板由一个在前的偶型阳极单极板和一个在后的偶型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的复合阴极单极板由一个在前的偶型阴极密封板和一个在后的偶型阴极单极板背靠背叠合而成；所述的复合阳极单极板的结构，当与复合阳极单极板相邻的双极板为偶型时，复合阳极单极板由一个在前的奇型阳极单极板和一个在后的奇型阳极密封板背靠背叠合而成，当与复合阳极单极板相邻的双极板为奇型时，复合阳极单极板由一个在前偶型阳极单极板和一个在后的偶型阳极密封板背靠背叠合而成；其中所述的奇型阳极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口；奇型阳极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽，奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇组燃料主流道槽的进口端通过奇组燃料进口分配槽和奇组燃料进口槽与上述第一燃料进口相连通，奇组燃料主流道槽的出口端通过奇组燃料过孔、奇型阳极单极板的背面上的奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料出口槽与上述第一燃料出口相连通，在奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料过孔的上方设有奇燃料盖板槽；所述的偶组燃料主流道槽的进口端通过偶组燃料进口分配槽和偶组燃料进口槽与上述第二燃料进口相连通，偶组燃料主流道槽的出口端通过偶组燃料过孔、奇型阳极单极板的背面上的偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料出口槽与上述第二燃料出口相连通，在偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料过孔上方设有偶燃料盖板槽；奇型阳极单极板的与膜电极相背对的背面上，中部设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流道槽的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽和奇型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂进口相连通，奇型冷却剂主流道槽的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上述第一冷却剂出口相连通；其中所述的偶型阳极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口；偶型阳极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽，奇组燃料主流道槽和偶组燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇组燃料主流道槽的进口端通过奇组燃料进口分配槽和 奇组燃料进口槽与上述第一燃料进口相连通，奇组燃料主流道槽的出口端通过奇组燃料过孔、偶型阳极单极板背面上的奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料出口槽与第一燃料出口相连通，在奇组燃料出口汇集槽和奇组燃料过孔的上方设有奇燃料盖板槽；所述的偶组燃料主流道槽的进口端通过偶组燃料进口分配槽和偶组燃料进口槽与上述第二燃料进口相连通，偶组燃料主流道槽的出口端通过偶组燃料过孔、偶型阳极单极板背面上的偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料出口槽与上述第二燃料出口相连通，在偶组燃料出口汇集槽和偶组燃料过孔的上方设有偶燃料盖板槽；偶型阳极单极板的背面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽和偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂出口相连通；其中所述的奇型阴极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口；奇型阴极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽，奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽相互交替排列；所述的奇组空气主流道槽的进口端通过奇组空气进口分配槽和奇组空气进口槽与上述第一空气进口相连通，奇组空气主流道槽的出口端通过奇组空气过孔、奇型阴极单极板背面上的奇组空气出口汇集槽和奇组空气出口槽与上述第一空气出口相连通，在奇组空气出口汇集槽和奇组空气过孔的上方设有奇空气盖板槽；所述的偶组空气主流道槽的进口端通过偶组空气进口分配槽和偶组空气进口槽与上述第二空气进口相连通，偶组空气主流道槽的出口端通过偶组空气过孔、奇型阴极单极板背面的偶组空气出口汇集槽和偶组空气出口槽与上述第二空气出口相连通，在偶组空气出口汇集槽和偶组空气过孔的上方设有偶空气盖板槽；上述的奇型阴极单极板的背面上，中部设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流道槽的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽和奇型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂进口相连通，奇型冷却剂主流道槽的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上述第一冷却剂出口相连通；其中所述的偶型阴极单极板的上方开有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口；所述的偶型阴极单极板的与膜电极相对的正面上，中部设有奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽，奇组空气主流道槽和偶组空气主流道槽相互交替排列；所述的奇组空气主流道槽的进口端通过奇组空气进口分配槽和奇组空气进口槽与上述第一空气进口相连通，奇组空气主流道槽的出口端通过奇组空气过孔、偶型阴极单极板背面上的奇组空气出口汇集槽和奇组空气出口槽与上述第一空气出口相连通，在奇组空气出口汇集槽和奇组空气过孔的上方设有奇空气盖板槽；所述的偶组空气主流道槽的进口端通过偶组空气进口分配槽和偶组空气进口槽与上述第二空气 进口相连通，偶组空气主流道槽的出口端通过偶组空气过孔、偶型阴极单极板背面上的偶组空气出口汇集槽和偶组空气出口槽与上述第二空气出口相连通，在偶组空气出口汇集槽和偶组空气过孔上方设有偶空气盖板槽；所述的偶型阴极单极板的背面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽和偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂出口相连通；其中所述的偶型阴极密封板的上方开有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口；所述的偶型阴极密封板的与偶型阴极单极板相叠合的面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽，偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽、偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与第二冷却剂出口相连通；其中所述的奇型阳极密封板的上方开有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口；所述的奇型阳极密封板的与奇型阳极单极板相叠合的面上，中部设有奇型冷却剂主流道槽，奇型冷却剂主流道槽的进口端通过奇型冷却剂进口分配槽和奇型冷却剂进口槽与上述第一冷却剂进口相连通，奇型冷却剂主流道槽的出口端通过奇型冷却剂出口汇集槽和奇型冷却剂出口槽与上述第一冷却剂出口相连通；其中所述的偶型阳极密封板的上方开有第二空气进口和第一空气出口，上方的一侧开有第一燃料出口和第二冷却剂进口，上方的另一侧开有第二燃料进口和第一冷却剂出口，下方开有第一空气进口和第二空气出口，下方的一侧开有第一冷却剂进口和第二燃料出口，下方的另一侧开有第二冷却剂出口和第一燃料进口；所述的偶型阳极密封板的与偶型阳极单极板相叠合的面上，中部设有偶型冷却剂主流道槽；偶型冷却剂主流道槽的进口端通过偶型冷却剂进口分配槽和偶型冷却剂进口槽与上述第二冷却剂进口相连通，偶型冷却剂主流道槽的出口端通过偶型冷却剂出口汇集槽和偶型冷却剂出口槽与上述第二冷却剂出口相连通。