一种新型双极板的流场结构及双极板的制作方法

本发明涉及电解水制氢的，特别涉及一种新型双极板的流场结构及双极板。

背景技术：

1、pem电解水制氢技术相具有产氢纯度高、动态响应速度快、负荷范围广、输出氢气压力高以及结构紧凑等众多优点。

2、而双极板是pem电解水制氢系统中最重要的部分之一，因其是电解过程中反应物分配的第一阶段。双极板执行着许多基本功能，例如向催化剂层提供反应物、为膜电极组件提供机械支撑、为排水提供通道和保持反应物分离等。双极板上的流道的特定功能之一是产生均匀分布在催化层上的流场，流场的分布不均匀可能会导致珍贵的催化剂材料使用不平衡，且装置的整体产氢效率低于预期。因此流道形状必须进行正确的设计，以将反应物均匀分布在催化反应表面上。此外，当pem电解槽在高电流密度下运行时，水在反应区域生成大量的气体，长时间运行会导致pem电解槽的扩散层和流道内聚集着大量的气体，若不能将气体尽快排出，气泡将会堵塞作为多孔介质的扩散层的空隙，阻碍流道内的水穿过扩散层进入催化剂层发生反应，从而降低整个电解槽的效率。同时，电流做功会产生大量的热，大量氧气的聚集增加了电解槽内的传质阻力，会使局部产生过热现象，而膜电极的温度升高会影响其性能和使用寿命。因此，进行双极板的流道结构的优化设计是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种新型双极板的流场结构及双极板，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、为解决上述技术问题所采用的技术方案：

3、首先本发明提供一种新型双极板的流场结构，包括：流场面，流场面设有依次相连的入口区、反应区和出口区，所述反应区设有沿流动方向依次排列的多列分流组，所述分流组包括沿与所述流动方向垂直的宽度方向间隔排列的多个分流凸起，所述分流凸起包括沿所述流动方向依次连接的前分流部和后分流部；

4、所述前分流部的宽度沿所述流动方向逐渐增大，所述后分流部的宽度沿所述流动方向逐渐减小；

5、于相邻的两列所述分流组中，所述分流凸起呈交错布置。

6、本发明通过多列分流组对反应区中的流体进行分流，在前端相邻的两个前分流部之间形成沿流动方向逐渐缩小的汇流槽，流体流过分流凸起时，在相邻的两列分流组中处于上游的前分流部使得流体往两侧分流，上游相邻的两个前分流部将两股分流流体继续汇合，汇合后流至下游的前分流部进行分流，然后分流出的两股流体在上游相邻的两个后分流部导流下分别与旁侧另外的两股分流流体进入下一个汇流槽汇合，如此重复，使得流体从入口区一直分流-汇合-分流输送至出口区，后分流部的设置可消除了分流凸起后侧无流体流过的现象，使流速分布更加均匀，并且有效的降低了流场的压降。

7、作为上述技术方案的进一步改进，于相邻的两列所述分流组中，后列的所述前分流部往前伸至前列的相邻两个所述后分流部之间，所述前分流部的两侧与两个所述后分流部之间形成倾斜的分流槽。

8、汇流槽的流体通过下游的前分流部分离至两个分流槽，而相邻的两个分流槽中的流体在相邻的两个分流槽的末端进行汇合后再通过下游的前分流部进行分流，使得流体有序地进行分流汇合。

9、作为上述技术方案的进一步改进，所述前分流部和所述后分流部沿所述流动方向的中心线共线设置，所述前分流部和所述后分流部均为以所述中心线对称设置。这样可使得流体分流均匀，避免在宽度方向上出现压差而导致流体往其中一侧汇聚的现象。

10、作为上述技术方案的进一步改进，所述前分流部的前端和所述后分流部的后端均呈倒圆角状，这样可使得流体更符合自身的流动形式，降低流动的阻力。

11、作为上述技术方案的进一步改进，所述前分流部和所述后分流部之间连接处的两侧均呈倒圆角状。

12、作为上述技术方案的进一步改进，所述前分流部沿所述流动方向的长度小于所述后分流部沿所述流动方向的长度。

13、作为上述技术方案的进一步改进，所述前分流部与所述后分流部沿所述流动方向的长度的比例为2：3。

14、这样使得下游的前分流部的前端与上游的两个后分流部之间形成汇合区，上游的两个分流槽的流体可在汇合区进行汇合，然后再分流至下游的两个分流槽。

15、作为上述技术方案的进一步改进，所述入口区设有流体入口、连通于所述流体入口与所述反应区之间的多个入口导流槽。多个入口导流槽有利于流体更好的均匀地流入反应区。

16、作为上述技术方案的进一步改进，所述出口区设有流体出口、连通于所述流体出口与所述反应区之间的多个出口导流槽。多个出口导流槽有利于将流体聚集更顺畅地从流体出口流出。

17、此外本发明还提供一种双极板，所述双极板的至少一侧设有所述流场结构。

18、本发明的有益效果是：本发明优化了流场结构，第一该优化结构可改善现有技术中双极板上流体流动的不均匀性，使得流场流速分布更加均匀，反应物更加均匀地在反应区分布；第二该优化结构可显著的降低流场的压降，节省能耗降低氢气价格；第三由于流动更加均匀，可进一步提高电解槽的性能和使用寿命。

技术特征：

1.一种新型双极板的流场结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的流场结构，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的流场结构，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的流场结构，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的流场结构，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的流场结构，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的流场结构，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的流场结构，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的流场结构，其特征在于：

10.一种双极板，其特征在于：所述双极板的至少一侧设有如权利要求1至9任一项所述流场结构。

技术总结本发明公开了一种新型双极板的流场结构及双极板，包括：流场面，流场面设有依次相连的入口区、反应区和出口区，反应区设有沿流动方向依次排列的多列分流组，分流组包括沿与流动方向垂直的宽度方向间隔排列的多个分流凸起，分流凸起包括沿流动方向依次连接的前分流部和后分流部；前分流部的宽度沿流动方向逐渐增大，后分流部的宽度沿流动方向逐渐减小；于相邻的两列分流组中，分流凸起呈交错布置。本发明使得流体从入口区一直分流‑汇合‑分流输送至出口区，后分流部的设置可消除了分流凸起后侧无流体流过的现象，使流速分布更加均匀，并且有效的降低了流场的压降。技术研发人员：李鹏,晏应霜,罗葵,丁晨希,赵志勇,刘子龙,赵升勇,黄思源,张清杰受保护的技术使用者：佛山仙湖实验室技术研发日：技术公布日：2024/7/18