專利名稱：一種聯合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聯合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆，屬于燃料 電池技術領域。
背景技術：
如文獻Int. J. Hydrogen Energy 34 (2009) 6749-6764 所報道，質子交換膜燃料電 池堆是一種同時集傳質、傳電和傳熱一體的高度復雜的發(fā)電裝置。鑒于提高電池堆性能、提 高電池堆壽命和提高電池堆對嚴酷操作條件的適應能力等方面的要求，在整個電池堆的所 有單片電池的全部活性區(qū)內應盡可能同時做到物種濃度均勻分布、電流密度均勻分布、溫 度均勻分布和應力均勻分布等四類均勻分布。而要達到這四類均勻分布，必須要同時具備 適當的反應劑流場和適當的冷卻劑流場，而且，這兩種流場還應能高度地相互配合、相互支 持。傳統的反應劑流場和傳統的冷卻劑流場不能完成上述四類均勻分布的要求。傳 統的反應劑流場包括平直形、蛇形、交指形、孤島形和篩網形等五種基本構型及其他復合 變種或簡單變種，如 US Patent No. 4197178 (1980)、US Patent No. 4631239 (1986)、US Patent No. 5521018(1996)、US Patent No. 5108849 (1992)、US Patent No. 6686084(2004)、 CN Patent No. 02106202. 1 (2006)、CN Patent No. 200410067470. 6(2007)、CN Patent No.200310105202.4(2007)、CN Patent No.200510050225. 9 (2008)、CN Patent No.200410021596.X(2007)、CN Patent No.200380109382. 1 (2007)、CN Patent No. 200610118132. X(2008)、CN Patent No. 200710064362. 7 (2009)等中所報道。傳統的 冷卻劑流場的構型基本上沿用了反應劑流場的構型，如US Patent No. 5230966(1993)、 US Patent Pub. No. 20050266296_A1(2005)、US Patent Pub. No. 20080050628_A1 (2008)、 CN Patent Pub. No. 1650458A (2005)和 J. Power Sources 189(2009) 1100-1105 等中所 報道。傳統反應劑流場不能滿足要求的主要原因有三一是不能支持反應劑的板內逆流； 二是不能支持冷卻劑的板間逆流；三是反應劑流場和冷卻劑流場之間不能高度地相互配 合和相互支持。為此，文獻 Electrochem. Commun. 9 (2007) 497-503 和 J. Power Sources 109(2002)469-476曾提出了具有一定程度板內逆流性質的反應劑流場，但由于它們的逆流 程度不足從而仍不能有效地促進四個均勻分布的實現，并且其流道槽過長將引起的大的寄 生功率，從而使其不能適應擴大電池規(guī)模的要求。針對傳統流場的缺陷，本發(fā)明人近來分別公開了兩種逆流流場，即板內逆 流流場(CN Patent Pub. No. 200910083670. 3)和板間逆流流場(CN Patent Pub. No. 200910083976. 9)，因為它們可視為具有最恰當逆流性質的流場，如果將它們分別應用 于反應劑流場和冷卻劑流場，則是解決四類均勻分布問題的良好選擇。但是，盡管這兩種新 型的流場本身雖都已經具備了解決四類均勻分布問題的基本條件，但它們之間還必須做到 在結構上良好配合，以支持流體冷卻劑的逆流和反應劑的逆流，這就是本發(fā)明要解決的問 題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種聯合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆， 使得電池堆既能同時執(zhí)行反應劑板內逆流和冷卻劑板間逆流，并且又能保持兩種功能不發(fā) 生沖突，從而促進整個電池堆中四個均勻分布的同時實現。本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆，包括一個復 合陰極單極板、多個奇型雙極板、多個偶型雙極板、多個膜電極和一個復合陽極單極板，所 述的多個膜電極、多個奇數雙極板、多個偶數雙極板置于復合陰極單極板和復合陽極單極 板之間，多個奇型雙極板和多個偶型雙極板重復交替排列，由膜電極依次使復合陰極單極 板、多個奇型雙極板、多個偶型雙極板和陽極復合單極板相互連接；所述的奇型雙極板由一 個在前的奇型陽極單極板和一個在后的奇型陰極單極板背靠背疊合而成；所述的偶型雙極 板由一個在前的偶型陽極單極板和一個在后的偶型陰極單極板背靠背疊合而成；所述的復 合陰極單極板由一個在前的偶型陰極密封板和一個在后的偶型陰極單極板背靠背疊合而 成；所述的復合陽極單極板的結構，當最后一塊雙極板為偶型時，復合陽極單極板由一個在 前的奇型陽極單極板和一個在后的奇型陽極密封板背靠背疊合而成，當最后一塊雙極板為 奇型時，復合陽極單極板由一個在前偶型陽極單極板和一個在后的偶型陽極密封板背靠背 疊合而成。上述燃料電池堆中，所述的奇型陽極單極板的上方開有第二空氣進口和第一空氣 出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方的另一側開有第二燃料進口 和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口，下方的一側開有第一冷卻劑 進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第一燃料進口 ；奇型陽極單極 板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組燃料主流道槽和偶組燃料主流道槽，奇組燃料 主流道槽和偶組燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇組燃料主流道槽的進口端通過奇組 燃料進口分配槽和奇組燃料進口槽與上述第一燃料進口相連通，奇組燃料主流道槽的出口 端通過奇組燃料過孔、奇型陽極單極板的背面上的奇組燃料出口匯集槽和奇組燃料出口槽 與上述第一燃料出口相連通，在奇組燃料出口匯集槽和奇組燃料過孔的上方設有奇燃料蓋 板槽；所述的偶組燃料主流道槽的進口端通過偶組燃料進口分配槽和偶組燃料進口槽與上 述第二燃料進口相連通，偶組燃料主流道槽的出口端通過偶組燃料過孔、奇型陽極單極板 的背面上的偶組燃料出口匯集槽和偶組燃料出口槽與上述第二燃料出口相連通，在偶組燃 料出口匯集槽和偶組燃料過孔上方設有偶燃料蓋板槽；奇型陽極單極板的與膜電極相背對 的背面上，中部設有奇型冷卻劑主流道槽，奇型冷卻劑主流道槽的進口端通過奇型冷卻劑 進口分配槽和奇型冷卻劑進口槽與上述第一冷卻劑進口相連通，奇型冷卻劑主流道槽的出 口端通過奇型冷卻劑出口匯集槽和奇型冷卻劑出口槽與上述第一冷卻劑進口相連通。上述燃料電池堆中，所述的偶型陽極單極板的上方開有第二空氣進口和第一空氣 出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方的另一側開有第二燃料進口 和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口，下方的一側開有第一冷卻劑 進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第一燃料進口 ；偶型陽極單極 板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組燃料主流道槽和偶組燃料主流道槽，奇組燃料 主流道槽和偶組燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇組燃料主流道槽的進口端通過奇組燃料進口分配槽和奇組燃料進口槽與上述第一燃料進口相連通，奇組燃料主流道槽的出口 端通過奇組燃料過孔、奇型陽極單極板背面上的奇組燃料出口匯集槽和奇組燃料出口槽與 第一燃料出口相連通，在奇組燃料出口匯集槽和奇組燃料過孔的上方設有奇燃料蓋板槽； 所述的偶組燃料主流道槽的進口端通過偶組燃料進口分配槽和偶組燃料進口槽與上述第 二燃料進口相連通，偶組燃料主流道槽的出口端通過偶組燃料過孔、奇型陽極單極板背面 上的偶組燃料出口匯集槽和偶組燃料出口槽與上述第二燃料出口相連通，在偶組燃料出口 匯集槽和偶組燃料過孔的上方設有偶燃料蓋板槽；偶型陽極單極板的背面上，中部設有偶 型冷卻劑主流道槽，偶型冷卻劑主流道槽的進口端通過偶型冷卻劑進口分配槽和偶型冷卻 劑進口槽與上述第二冷卻劑進口相連通，偶型冷卻劑主流道槽的出口端通過偶型冷卻劑出 口匯集槽和偶型冷卻劑出口槽與上述第二冷卻劑進口相連通。上述燃料電池堆中，所述的奇型陰極單極板的上方開有第二空氣進口和第一空氣 出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方的另一側開有第二燃料進口 和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口，下方的一側開有第一冷卻劑 進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第一燃料進口 ；奇型陰極單極 板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組空氣主流道槽和偶組空氣主流道槽，奇組空氣 主流道槽和偶組空氣主流道槽相互交替排列；所述的奇組空氣主流道槽的進口端通過奇組 空氣進口分配槽和奇組空氣進口槽與上述第一空氣進口相連通，奇組空氣主流道槽的出口 端通過奇組空氣過孔、奇型陰極單極板背面上的奇組空氣出口匯集槽和奇組空氣出口槽與 上述第一空氣出口相連通，在奇組空氣出口匯集槽和奇組空氣過孔的上方設有奇空氣蓋板 槽；所述的偶組空氣主流道槽的進口端通過偶組空氣進口分配槽和偶組空氣進口槽與上述 第二空氣進口相連通，偶組空氣主流道槽的出口端通過偶組空氣過孔、奇型陰極單極板背 面的偶組空氣出口匯集槽和偶組空氣出口槽與上述第二空氣出口相連通，在偶組空氣出口 匯集槽和偶組空氣過孔的上方設有偶空氣蓋板槽；上述的奇型陰極單極板的背面上，中部 設有奇型冷卻劑主流道槽，奇型冷卻劑主流道槽的進口端通過奇型冷卻劑進口分配槽和奇 型冷卻劑進口槽與上述第一冷卻劑進口相連通，奇型冷卻劑主流道槽的出口端通過奇型冷 卻劑出口匯集槽和奇型冷卻劑出口槽與上述第一冷卻劑進口相連通。上述燃料電池堆中，所述的偶型陰極單極板的上方開有第二空氣進口和第一空氣 出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方的另一側開有第二燃料進口 和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口，下方的一側開有第一冷卻劑 進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第一燃料進口 ；所述的偶型陰 極單極板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組空氣主流道槽和偶組空氣主流道槽，奇 組空氣主流道槽和偶組空氣主流道槽相互交替排列；所述的奇組空氣主流道槽的進口端通 過奇組空氣進口分配槽和奇組空氣進口槽與上述第一空氣進口相連通，奇組空氣主流道槽 的出口端通過奇組空氣過孔、偶型陰極單極板背面上的奇組空氣出口匯集槽和奇組空氣出 口槽與上述第一空氣出口相連通，在奇組空氣出口匯集槽和奇組空氣過孔的上方設有奇空 氣蓋板槽；所述的偶組空氣主流道槽的進口端通過偶組空氣進口分配槽和偶組空氣進口槽 與上述第二空氣進口相連通，偶組空氣主流道槽的出口端通過偶組空氣過孔、奇型陰極單 極板背面上的偶組空氣出口匯集槽和偶組空氣出口槽與上述第二空氣出口相連通，在偶組 空氣出口匯集槽和偶組空氣過孔上方設有偶空氣蓋板槽；所述的偶型陰極單極板的背面
7上，中部設有偶型冷卻劑主流道槽，偶型冷卻劑主流道槽的進口端通過偶型冷卻劑進口分 配槽和偶型冷卻劑進口槽與上述第二冷卻劑進口相連通，偶型冷卻劑主流道槽的出口端通 過偶型冷卻劑出口匯集槽和偶型冷卻劑出口槽與上述第二冷卻劑進口相連通。上述燃料電池堆中，所述的偶型陰極密封板的上方開有第二空氣進口和第一空氣 出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方的另一側開有第二燃料進口 和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口，下方的一側開有第一冷卻劑 進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第一燃料進口 ；所述的偶型陰 極密封板的與偶型陰極單極板相疊合的背面上，中部設有偶型冷卻劑主流道槽，偶型冷卻 劑主流道槽的進口端通過偶型冷卻劑進口分配槽、偶型冷卻劑進口槽與上述第二冷卻劑進 口相連通，偶型冷卻劑主流道槽的出口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽和偶型冷卻劑出口槽 與第二冷卻劑進口相連通。上述燃料電池堆中，所述的奇型陽極密封板的上方開有第二空氣進口和第一空氣 出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方的另一側開有第二燃料進口 和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口，下方的一側開有第一冷卻劑 進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第一燃料進口 ；所述的奇型陽 極密封板的與奇型陽極單極板相疊合的背面上，中部設有奇型冷卻劑主流道槽，奇型冷卻 劑主流道槽的進口端通過奇型冷卻劑進口分配槽和奇型冷卻劑進口槽與上述第一冷卻劑 進口相連通，奇型冷卻劑主流道槽的出口端通過奇型冷卻劑出口匯集槽和奇型冷卻劑出口 槽與上述第一冷卻劑進口相連通。上述燃料電池堆中，所述的偶型陽極密封板的上方開有第二空氣進口和第一空氣 出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方的另一側開有第二燃料進口 和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口，下方的一側開有第一冷卻劑 進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第一燃料進口 ；所述的偶型陽 極密封板的與偶型陽極單極板相疊合的背面上，中部設有偶型冷卻劑主流道槽；偶型冷卻 劑主流道槽；的進口端通過偶型冷卻劑進口分配槽和偶型冷卻劑進口槽與上述第二冷卻劑 進口相連通，偶型冷卻劑主流道槽的出口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽和偶型冷卻劑出口 槽與上述第二冷卻劑進口相連通。本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料電池 堆，其特點和優(yōu)點為1)任一膜電極的一側均為燃料板內逆流流場，奇偶兩組主流道槽內 燃料的溫度變化及濃度變化相互補償；2)任一膜電極的另一側均為空氣板內逆流流場，奇 偶兩組主流道槽內空氣的溫度變化及濃度變化相互補償；3)奇偶兩種冷卻劑流場在電池 堆內相間地分布，在任一膜電極的兩側，冷卻劑的溫度變化方向相反，使膜電極達到等溫或 近似等溫；4)相應各進出總口呈對角分布，流體流動方向相同，以使燃料、空氣和冷卻劑在 電池堆的各單片電池之間均保持相等的流量分配，燃料、空氣和冷卻劑在任一單片電池的 相關流場的各流道之間均保持相等的流量分配；5)各總管內的流體具有一定程度的溫度 補償；6)使溫度和物種濃度的均勻分布促進電流密度的均勻分布，使溫度變化的相互補償 促進電堆內部應力的相互抵消；由于冷卻劑的板間逆流和板內并流與反應劑的板間逆流和 板內逆流的功能不發(fā)生相互沖突和矛盾，由于各種進出料總管內的流體保持合理的流動， 電池堆內溫度分布的均勻性與物種濃度、電流密度分布的均勻性可相互支持和相互配合，并最終也使得電池堆內部張力由于相互補償而趨于均勻分布。


圖1是本發(fā)明提出的燃料電池堆的第一種結構，其中最后一塊雙極板的類型為偶型。圖2是本發(fā)明提出的燃料電池堆的第二種結構，其中最后一塊雙極板的類型為奇型。圖3是圖1和圖2中的奇型和偶型陽極單極板的右視圖，即其正面圖，該面面對膜 電極。圖4是圖1和圖2中的偶型陽極單極板的左視圖，即其背面圖，該面背對膜電極。圖5是圖1和圖2中的奇型陽極單極板的左視圖，即其背面圖，該面背對膜電極。圖6是圖1和圖2中的奇型和偶型陰極單極板的左視圖，即其正面圖，該面面對膜 電極。圖7是圖1和圖2中的偶型陰極單極板的右視圖，即其背面圖，該面背對膜電極。圖8是圖1和圖2中的奇型陰極單極板的右視圖，即其背面圖，該面背對膜電極。圖9是圖1和圖2中的偶型陰極密封板的右視圖，即其正面圖，該面與偶型陰極單 極板的背面不疊合。圖10是圖1和圖2中的偶型陰極密封板的左視圖，即背面圖，該面與偶型陰極單 極板的背面疊合。圖11是圖1和圖2中的奇型和偶型陽極密封板的左視圖，即正面圖，該面與奇型 和偶型陽極單極板的背面不疊合。圖12是圖2中的偶型陽極密封板的右視圖，即背面圖，該面與偶型陽極單極板的
背面疊合。圖13是圖1中的奇型陽極密封板的右視圖，即背面圖，該面與奇型陽極單極板的
疊合面。圖14是本發(fā)明的一個實施例中燃料電池堆總管內流體流動方向的右視圖。圖1-圖14中，0為復合陰極單極板，1為奇型雙極板，2為偶型雙極板，3為膜電 極，4為最后一塊雙極板，5為奇型復合陽極單極板，10為偶型陰極密封板，11為偶型陰極單 極板，12為奇型陽極單極板，13為奇型陰極單極板，14偶型陽極單極板，15為奇型陽極密封 板，16為偶型陽極密封板，41為第二冷卻劑進口，42為第一燃料出口，43為第二空氣進口， 44為第一空氣出口，45為第二燃料進口，46為第一冷卻劑出口，47為奇組燃料主流道槽，48 為第二冷卻劑出口，49為第一燃料進口，50為第二空氣出口，51為第一空氣進口，52為第二 燃料出口，53為第一冷卻劑進口，54為偶組燃料主流道槽，55為偶組燃料進口分配槽，56為 偶組燃料進口槽，57為奇組燃料過孔，58為奇組燃料進口槽，59為奇組燃料進口分配槽，60 為偶組燃料過孔，61為偶型冷卻劑主流道槽，62為偶型冷卻劑流場中的進口槽，63為奇組 燃料出口槽，64為奇組燃料出口匯集槽，65為奇燃料蓋板槽，66為偶型冷卻劑進口分配槽， 67為偶型冷卻劑出口槽，68為偶燃料蓋板槽，69為偶組燃料出口匯集槽，70為偶組燃料出 口槽，71為偶型冷卻劑出口分配槽，72為奇型冷卻劑主流道槽，73為奇型冷卻劑出口匯集 槽，74為奇型冷卻劑出口槽，75為奇型冷卻劑進口分配槽，76為奇型冷卻劑進口槽，77為奇組空氣主流道槽，78為奇組空氣過孔，79為偶組空氣進口槽，80為偶組空氣進口分配槽，81 為偶組空氣主流道槽，82為偶組空氣過孔，83為奇組空氣進口分配槽，84為奇組空氣進口 槽，85為奇組空氣出口匯集槽，86為奇組空氣出口槽，87為奇空氣蓋板槽，88偶組空氣出口 槽，89為偶組空氣出口匯集槽，90為偶空氣蓋板槽。在圖3-13中，箭頭代表由總口進入流場或由流場進入總口的流體流動方向。在圖 14中，叉圈和點圈代表建議的總管內的流體流動方向，其中叉圈代表流動方向垂直紙面向 里，點圈代表流動方向垂直紙面向外。
具體實施例方式本發(fā)明提出的一種聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料 電池堆，如圖1和圖2所示，包括一個復合陰極單極板0、多個奇型雙極板1、多個偶型雙極 板2、多個膜電極3和一個復合陽極單極板5。所述的多個膜電極3、多個奇型雙極板1和多 個偶型雙極2板置于復合陰極單極板0和復合陽極單極板5之間，兩種雙極板重復交替排 列，并由膜電極逐一將復合陰極單極板、多個奇型雙極板、多個偶型雙極板和陽極復合單極 板連接起來。重復交替排列的兩種雙極板，規(guī)定分別以復合陰極單極板端0和復合陽極單 極板端5作為起始端和終止端，并規(guī)定以偶型雙極板為起點。所述的奇型雙極板1由一個 在前的奇型陽極單極板12和一個在后的奇型陰極單極板13背靠背疊合而成；所述的偶型 雙極板2由一個在前的偶型陽極單極板14和一個在后的偶型陰極單極板11背靠背疊合而 成；根據規(guī)定，所述的復合陰極單極板0由一個在前的偶型陰極密封板10和一個在后的偶 型陰極單極板11背靠背疊合而成；根據規(guī)定，所述的復合陽極單極板5可有兩種組成當 最后一塊雙極板4為偶型時，復合陽極單極板5由一個在前的奇型陽極單極板12和一個在 后的奇型陽極密封板15背靠背疊合而成，當最后一塊雙極板4為奇型時，復合陽極單極板 5由一個在前偶型陽極單極板14和一個在后的偶型陽極密封板16背靠背疊合而成。如圖3和圖5所示，上述的奇型陽極單極板12的上方開有第二空氣進口 43和第 一空氣出口 44，上方的一側開有第一燃料出口 42和第二冷卻劑進口 41，上方的另一側開有 第二燃料進口 45和第一冷卻劑出口 46，下方開有第一空氣進口 51和第二空氣出口 50，下 方的一側開有第一冷卻劑進口 53和第二燃料出口 52，下方的另一側開有第二冷卻劑出口 48和第一燃料進口 49。奇型陽極單極板12的正面(與膜電極正對的面)上，中部設有奇 組燃料主流道槽47和偶組燃料主流道槽54，奇組燃料主流道槽47和偶組燃料主流道槽54 相互交替排列；奇組燃料主流道槽47的進口端通過奇組燃料進口分配槽59和奇組燃料進 口槽58與第一燃料進口 49相連通，奇組燃料主流道槽47的出口端通過奇組燃料過孔57、 奇型陽極單極板背面12上的奇組燃料出口匯集槽64、奇組燃料出口槽63與第一燃料出口 42相連通，在奇組燃料出口匯集槽64和奇組燃料過孔57上方設有奇燃料蓋板槽65 (用于 容納額外的奇燃料蓋板將奇組燃料出口匯集槽64和奇組燃料過孔57密封)；偶組燃料主 流道槽54的進口端通過偶組燃料進口分配槽55和偶組燃料進口槽56與第二燃料進口 45 相連通，偶組燃料主流道槽54的出口端通過偶組燃料過孔60、奇型陽極單極板背面12上的 偶組燃料出口匯集槽69、偶組燃料出口槽70與第二燃料出口 52相連通，在偶組燃料出口匯 集槽69和偶組燃料過孔60上方設有偶燃料蓋板槽68 (用于容納額外的偶燃料蓋板將偶組 燃料出口匯集槽69和偶組燃料過孔60密封)。奇型陽極單極板12的背面(與膜電極背對
10的面)上，中部設有奇型冷卻劑主流道槽72，奇型冷卻劑主流道槽72的進口端通過奇型冷 卻劑進口分配槽75、奇型冷卻劑進口槽76與第一冷卻劑進口 53相連通，奇型冷卻劑主流道 槽72的出口端通過奇型冷卻劑出口匯集槽73、奇型冷卻劑出口槽74與第一冷卻劑進口 46 相連通。如圖3和圖4所示，上述的偶型陽極單極板14的上方開有第二空氣進口 43和第 一空氣出口 44，上方的一側開有第一燃料出口 42和第二冷卻劑進口 41，上方的另一側開有 第二燃料進口 45和第一冷卻劑出口 46，下方開有第一空氣進口 51和第二空氣出口 50，下 方的一側開有第一冷卻劑進口 53和第二燃料出口 52，下方的另一側開有第二冷卻劑出口 48和第一燃料進口 49。偶型陽極單極板14的正面(與膜電極正對的面)上，中部設有奇 組燃料主流道槽47和偶組燃料主流道槽54，奇組燃料主流道槽47和偶組燃料主流道槽54 相互交替排列；奇組燃料主流道槽47的進口端通過奇組燃料進口分配槽59和奇組燃料進 口槽58與第一燃料進口 49相連通，奇組燃料主流道槽47的出口端通過奇組燃料過孔57、 奇型陽極單極板背面12上的奇組燃料出口匯集槽64、奇組燃料出口槽63與第一燃料出口 42相連通，在奇組燃料出口匯集槽64和奇組燃料過孔57上方設有奇燃料蓋板槽65 (用于 容納額外的奇燃料蓋板將奇組燃料出口匯集槽64和奇組燃料過孔57密封)；偶組燃料主 流道槽54的進口端通過偶組燃料進口分配槽55和偶組燃料進口槽56與第二燃料進口 45 相連通，偶組燃料主流道槽54的出口端通過偶組燃料過孔60、奇型陽極單極板背面12上的 偶組燃料出口匯集槽69、偶組燃料出口槽70與第二燃料出口 52相連通，在偶組燃料出口匯 集槽69和偶組燃料過孔60上方設有偶燃料蓋板槽68 (用于容納額外的偶燃料蓋板將偶組 燃料出口匯集槽69和偶組燃料過孔60密封)。偶型陽極單極板14的背面(與膜電極背對 的面)上，中部設有偶型冷卻劑主流道槽61，偶型冷卻劑主流道槽61的進口端通過偶型冷 卻劑進口分配槽66、偶型冷卻劑進口槽62與第二冷卻劑進口 41相連通，偶型冷卻劑主流道 槽61的出口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽71、偶型冷卻劑出口槽67與第二冷卻劑進口 48 相連通。如圖6和圖8所示，上述的奇型陰極單極板13的上方開有第二空氣進口 43和第 一空氣出口 44，上方的一側開有第一燃料出口 42和第二冷卻劑進口 41，上方的另一側開有 第二燃料進口 45和第一冷卻劑出口 46，下方開有第一空氣進口 51和第二空氣出口 50，下 方的一側開有第一冷卻劑進口 53和第二燃料出口 52，下方的另一側開有第二冷卻劑出口 48和第一燃料進口 49。奇型陰極單極板13的正面(與膜電極正對的面)上，中部設有奇 組空氣主流道槽77和偶組空氣主流道槽81，奇組空氣主流道槽77和偶組空氣主流道槽81 相互交替排列；奇組空氣主流道槽77的進口端通過奇組空氣進口分配槽83和奇組空氣進 口槽84與第一空氣進口 51相連通，奇組空氣主流道槽77的出口端通過奇組空氣過孔78、 奇型陰極單極板背面13上的奇組空氣出口匯集槽85、奇組空氣出口槽86與第一空氣出口 44相連通，在奇組空氣出口匯集槽85和奇組空氣過孔78上方設有奇空氣蓋板槽87(用于 容納額外的奇空氣蓋板將奇組空氣出口匯集槽85和奇組空氣過孔78密封)；偶組空氣主 流道槽81的進口端通過偶組空氣進口分配槽80和偶組空氣進口槽79與第二空氣進口 43 相連通，偶組空氣主流道槽81的出口端通過偶組空氣過孔82、奇型陰極單極板背面13上的 偶組空氣出口匯集槽89、偶組空氣出口槽88與第二空氣出口 50相連通，在偶組空氣出口匯 集槽89和偶組空氣過孔82上方設有偶空氣蓋板槽90 (用于容納額外的偶空氣蓋板將偶組空氣出口匯集槽89和偶組空氣過孔82密封)。奇型陰極單極板13的背面(與膜電極背對 的面)上，中部設有奇型冷卻劑主流道槽72，奇型冷卻劑主流道槽72的進口端通過奇型冷 卻劑進口分配槽75、奇型冷卻劑進口槽76與第一冷卻劑進口 53相連通，奇型冷卻劑主流道槽72的出口端通過奇型冷卻劑出口匯集槽73、奇型冷卻劑出口槽74與第一冷卻劑進口 46 相連通。如圖6和圖7所示，上述的偶型陰極單極板11的上方開有第二空氣進口 43和第 一空氣出口 44，上方的一側開有第一燃料出口 42和第二冷卻劑進口 41，上方的另一側開有 第二燃料進口 45和第一冷卻劑出口 46，下方開有第一空氣進口 51和第二空氣出口 50，下 方的一側開有第一冷卻劑進口 53和第二燃料出口 52，下方的另一側開有第二冷卻劑出口 48和第一燃料進口 49。偶型陰極單極板11的正面(與膜電極正對的面)上，中部設有奇 組空氣主流道槽77和偶組空氣主流道槽81，奇組空氣主流道槽77和偶組空氣主流道槽81 相互交替排列；奇組空氣主流道槽77的進口端通過奇組空氣進口分配槽83和奇組空氣進 口槽84與第一空氣進口 51相連通，奇組空氣主流道槽77的出口端通過奇組空氣過孔78、 偶型陰極單極板背面11上的奇組空氣出口匯集槽85、奇組空氣出口槽86與第一空氣出口 44相連通，在奇組空氣出口匯集槽85和奇組空氣過孔78上方設有奇空氣蓋板槽87(用于 容納額外的奇空氣蓋板將奇組空氣出口匯集槽85和奇組空氣過孔78密封)；偶組空氣主 流道槽81的進口端通過偶組空氣進口分配槽80和偶組空氣進口槽79與第二空氣進口 43 相連通，偶組空氣主流道槽81的出口端通過偶組空氣過孔82、奇型陰極單極板背面13上的 偶組空氣出口匯集槽89、偶組空氣出口槽88與第二空氣出口 50相連通，在偶組空氣出口匯 集槽89和偶組空氣過孔82上方設有偶空氣蓋板槽90 (用于容納額外的偶空氣蓋板將偶組 空氣出口匯集槽89和偶組空氣過孔82密封)。偶型陰極單極板11的背面(與膜電極背對 的面)上，中部設有偶型冷卻劑主流道槽61，偶型冷卻劑主流道槽61的進口端通過偶型冷 卻劑進口分配槽66、偶型冷卻劑進口槽62與第二冷卻劑進口 41相連通，偶型冷卻劑主流道 槽61的出口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽71、偶型冷卻劑出口槽67與第二冷卻劑進口 48 相連通。如圖9和圖10所示，上述的偶型陰極密封板10的上方開有第二空氣進口 43和第 一空氣出口 44，上方的一側開有第一燃料出口 42和第二冷卻劑進口 41，上方的另一側開有 第二燃料進口 45和第一冷卻劑出口 46，下方開有第一空氣進口 51和第二空氣出口 50，下 方的一側開有第一冷卻劑進口 53和第二燃料出口 52，下方的另一側開有第二冷卻劑出口 48和第一燃料進口 49。偶型陰極密封板10的背面(與偶型陰極單極板相疊合的面)上， 中部設有偶型冷卻劑主流道槽61，偶型冷卻劑主流道槽61的進口端通過偶型冷卻劑進口 分配槽66、偶型冷卻劑進口槽62與第二冷卻劑進口 41相連通，偶型冷卻劑主流道槽61的 出口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽71、偶型冷卻劑出口槽67與第二冷卻劑進口 48相連通。如圖11和圖13所示，上述的奇型陽極密封板15的上方開有第二空氣進口 43和 第一空氣出口 44，上方的一側開有第一燃料出口 42和第二冷卻劑進口 41，上方的另一側開 有第二燃料進口 45和第一冷卻劑出口 46，下方開有第一空氣進口 51和第二空氣出口 50， 下方的一側開有第一冷卻劑進口 53和第二燃料出口 52，下方的另一側開有第二冷卻劑出 口 48和第一燃料進口 49。奇型陽極密封板15的背面(與奇型陽極單極板相疊合的面) 上，中部設有奇型冷卻劑主流道槽72，奇型冷卻劑主流道槽72的進口端通過奇型冷卻劑進口分配槽75、奇型冷卻劑進口槽76與第一冷卻劑進口 53相連通，奇型冷卻劑主流道槽72 的出口端通過奇型冷卻劑出口匯集槽73、奇型冷卻劑出口槽74與第一冷卻劑進口 46相連
ο如圖11和圖12所示，上 述的偶型陽極密封板16的上方開有第二空氣進口 43和 第一空氣出口 44，上方的一側開有第一燃料出口 42和第二冷卻劑進口 41，上方的另一側開 有第二燃料進口 45和第一冷卻劑出口 46，下方開有第一空氣進口 51和第二空氣出口 50， 下方的一側開有第一冷卻劑進口 53和第二燃料出口 52，下方的另一側開有第二冷卻劑出 口 48和第一燃料進口 49。偶型陽極密封板的背面(與偶型陽極單極板相疊合的面)上，中 部設有偶型冷卻劑主流道槽61，偶型冷卻劑主流道槽61的進口端通過偶型冷卻劑進口分 配槽66、偶型冷卻劑進口槽62與第二冷卻劑進口 41相連通，偶型冷卻劑主流道槽61的出 口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽71、偶型冷卻劑出口槽67與第二冷卻劑進口 48相連通。本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料電池 堆含有十二個總口，其布局原則為1)同一流體、同一序號的進口和出口在矩形單極板、密 封板上總保持對角分布；2)四個燃料進出口在單極板、密封板的四角，四個空氣進出口在 矩形單極板、密封板的兩端(短邊)，四個冷卻劑進出口在矩形單極板、密封板的兩側(長 邊)并靠近單極板的四角；3)相同序號的空氣進口和冷卻劑進口與不同序號的燃料出口相 鄰，相同序號的空氣出口和冷卻劑出口與不同序號的燃料進口相鄰。十二個總口形成了貫 通電堆內部的十二個總管，在這十二個總管中的流體可有各種各樣的流動方向，但為了達 到四類均勻分布，本發(fā)明的一個實施例中同時采用以下流動方向組合，如圖14所不1)空 氣、燃料和冷卻劑的任一對進出總管中的流體保持相同的流動方向；2)空氣、燃料和冷卻 劑的一對進出總管中的流體與另一對進出總管中的流體保持相反的流動方向；3)在相鄰 且分屬三種流體的三個總管之間，空氣和冷卻劑的流動方向相同，但與燃料的流動方向相 反。根據這種流動方向組合，就總體來看，空氣、燃料和冷卻劑在整個電池堆內均保持X型 流動，且在任兩個相鄰的總管內流體均保持逆流。在本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料電 池堆中，復合陰極單極板、偶型雙極板和偶型復合陽極單極板(由偶型陽極單極板和偶型 陽極密封板疊合而成的復合陽極單極板)中具有相同的偶型冷卻劑流場，這個偶型冷卻劑 流場由偶型冷卻劑主流道槽、偶型冷卻劑進口分配槽、偶型冷卻劑進口槽、偶型冷卻劑出口 匯集槽、偶型冷卻劑出口槽構成，并同時開在偶型陰極密封板、偶型陰極單極板、偶型陽極 單極板和偶型陽極密封板的背面；在本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆 流冷卻劑流場的燃料電池堆中，奇型雙極板和奇型復合陽極單極板(由奇型陽極單極板和 奇型陽極密封板疊合而成的復合陽極單極板)中具有相同的奇型冷卻劑流場，這個奇型冷 卻劑流場由奇型冷卻劑主流道槽、奇型冷卻劑進口分配槽、奇型冷卻劑進口槽、奇型冷卻劑 出口匯集槽、奇型冷卻劑出口槽構成，并同時開在奇型陰極單極板、奇型陽極單極板和奇型 陽極密封板的背面；由于冷卻劑流場的疊合形成機制，可以同時將偶型陰極密封板、偶型陽 極單極板、奇型陽極單極板上的冷卻劑流場去除，或者同時將偶型陰極單極板、奇型陰極單 極板、奇型或偶型陰陽極密封板上的冷卻劑流場去除。在本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料電 池堆中，奇型陽極單極板和偶型陽極單極板上燃料流場均為板內逆流流場，并完全相同，這個燃料板內逆流流場由奇偶兩組燃料主流道槽、奇偶兩組燃料進口分配槽、奇偶兩組進口 槽、奇偶兩組燃料過孔、奇偶兩組燃料出口匯集槽和奇偶兩組燃料出口槽構成，并分布兩種 陽極單極板的正面及背面的兩端。在本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆 流冷卻劑流場的燃料電池堆中，奇型陰極單極板和偶型陰極單極板上空氣流場均為板內逆 流流場，并完全相同，這個空氣板內逆流流場由奇偶兩組空氣主流道槽、奇偶兩組空氣進口 分配槽、奇偶兩組空氣進口槽、奇偶兩組空氣過孔、奇偶兩組空氣出口匯集槽和奇偶兩組空 氣出口槽構成，并分布在兩種陰極單極板的正面及背面的兩端。本發(fā)明中所述的偶型陰極密封板、偶型陰極單極板、奇型陰極單極板、偶型陽極單 極板、奇型陽極單極板、偶型陽極密封板、奇型陽極密封板在結構上存在著緊密的聯系。將 偶型陽極單極板中的偶型冷卻劑流場改為奇型冷卻劑流場，則就轉化為奇型陽極單極板； 將偶型陰極單極板中的偶型冷卻劑流場改為奇型冷卻劑流場，則就轉化為奇型陰極單極 板；將偶型陽極單極板中的燃料板內逆流流場去除，則就轉化為偶型陰極密封板；將奇型 陰極單極板上的空氣板內逆流流場去除，則就轉化為奇型陽極密封板。含有奇型冷卻劑流 場是命名奇型陽極單極板、奇型陽極密封板、奇型雙極板的依據，含有偶型冷卻劑流場是命 名偶型陰極單極板、偶型陽極單極板、偶型陽極密封板和偶型雙極板的依據。本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料電池 堆，若最后一塊雙極板為偶型，則電池堆含奇數個單片電池，若最后一塊雙極板為奇型，則 電池堆含奇數個單片電池。本發(fā)明提出的電池堆中若沒有雙極板或僅有一塊雙極板，則或 者轉化為一個簡單單片電池，或者轉化為一個僅含兩個單片電池的簡單電池堆。本發(fā)明對提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料電 池堆的描述是建立在兩個規(guī)定之上的重復交替排列的兩種雙極板分別以復合陰極單極板 端和復合陽極單極板端作為起始端和終止端，重復交替排列的兩種雙極板以偶型雙極板為 起點。這兩個規(guī)定是為了表述方便而提出的，改變這兩個規(guī)定中的任一個或同時改變兩個 規(guī)定，對最終形成的電池的結構沒有影響，因為對奇型和偶型的區(qū)分是相對的。兩種冷卻劑 流場具有結構對稱性和功能對等性，其中的任一個均可稱為奇型或偶型，但一種稱為奇型 或偶型后，另一種則只能稱為偶型或奇型。本發(fā)明提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料電池 堆，為了簡化描述，省略了電池堆夾板、集流板、絕緣板、密封件、緊固件等電池堆元件。電池 堆夾板、集流板、絕緣板及膜電極上的各種進口應能與各種單極板和密封板上的進出口相 疊合。對電池堆中各類進口總管的末端及各類出口總管的首端可進行封閉。如要執(zhí)行更多 的流動方向組合，可做相應的封閉。本發(fā)明的提出的聯合應用板內逆流反應劑流場和板間 逆流冷卻劑流場的燃料電池堆，可支持多種多樣的反應劑和冷卻劑流動組合，可支持各種 各樣的總管內流動方向組合。各種不同于本發(fā)明中的所描述的流動方式的采用，以及各種 各樣的關于十二個總管的選擇性封閉方式和總管內流動方向組合的采用，仍視為本發(fā)明的 精神 本發(fā)明對復合陰極單極板和復合陽極單極板中的冷卻劑流場采用了與對雙極板 相似的處理，鑒于復合陰極單極板和復合陽極單極板在電池堆中位置的特殊性，可對它們 的冷卻劑流場進行更多的特殊處理。另外，為了使雙極板和單極板適應多種需要，可對各流 場及其總管的形狀、尺寸、材料等執(zhí)行各種各樣的改變。有時為了某些目的，也可將各種總管置于電池堆的外部。各種處理若對電池堆的設計思想沒有實質性的改進，仍視為本發(fā)明的精神。 本發(fā)明提出的上述聯合應用板內逆流反應劑流場和板間逆流冷卻劑流場的燃料 電池堆，也可以應用于任何其他類型的燃料電池和非燃料電池。
權利要求
一種聯合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆，其特征在于該燃料電池包括一個復合陰極單極板、多個奇型雙極板、多個偶型雙極板、多個膜電極和一個復合陽極單極板，所述的多個膜電極、多個奇數雙極板、多個偶數雙極板置于復合陰極單極板和復合陽極單極板之間，多個奇型雙極板和多個偶型雙極板重復交替排列，由膜電極依次使復合陰極單極板、多個奇型雙極板、多個偶型雙極板和陽極復合單極板相互連接；所述的奇型雙極板由一個在前的奇型陽極單極板和一個在后的奇型陰極單極板背靠背疊合而成；所述的偶型雙極板由一個在前的偶型陽極單極板和一個在后的偶型陰極單極板背靠背疊合而成；所述的復合陰極單極板由一個在前的偶型陰極密封板和一個在后的偶型陰極單極板背靠背疊合而成；所述的復合陽極單極板的結構，當最后一塊雙極板為偶型時，復合陽極單極板由一個在前的奇型陽極單極板和一個在后的奇型陽極密封板背靠背疊合而成，當最后一塊雙極板為奇型時，復合陽極單極板由一個在前偶型陽極單極板和一個在后的偶型陽極密封板背靠背疊合而成。
2.如權利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于其中所述的奇型陽極單極板的上方開 有第二空氣進口和第一空氣出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方 的另一側開有第二燃料進口和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口， 下方的一側開有第一冷卻劑進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第 一燃料進口 ；奇型陽極單極板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組燃料主流道槽和偶 組燃料主流道槽，奇組燃料主流道槽和偶組燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇組燃料 主流道槽的進口端通過奇組燃料進口分配槽和奇組燃料進口槽與上述第一燃料進口相連 通，奇組燃料主流道槽的出口端通過奇組燃料過孔、奇型陽極單極板的背面上的奇組燃料 出口匯集槽和奇組燃料出口槽與上述第一燃料出口相連通，在奇組燃料出口匯集槽和奇組 燃料過孔的上方設有奇燃料蓋板槽；所述的偶組燃料主流道槽的進口端通過偶組燃料進口 分配槽和偶組燃料進口槽與上述第二燃料進口相連通，偶組燃料主流道槽的出口端通過偶 組燃料過孔、奇型陽極單極板的背面上的偶組燃料出口匯集槽和偶組燃料出口槽與上述第 二燃料出口相連通，在偶組燃料出口匯集槽和偶組燃料過孔上方設有偶燃料蓋板槽；奇型 陽極單極板的與膜電極相背對的背面上，中部設有奇型冷卻劑主流道槽，奇型冷卻劑主流 道槽的進口端通過奇型冷卻劑進口分配槽和奇型冷卻劑進口槽與上述第一冷卻劑進口相 連通，奇型冷卻劑主流道槽的出口端通過奇型冷卻劑出口匯集槽和奇型冷卻劑出口槽與上 述第一冷卻劑進口相連通。
3.如權利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于其中所述的偶型陽極單極板的上方開 有第二空氣進口和第一空氣出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方 的另一側開有第二燃料進口和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口， 下方的一側開有第一冷卻劑進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第 一燃料進口 ；偶型陽極單極板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組燃料主流道槽和偶 組燃料主流道槽，奇組燃料主流道槽和偶組燃料主流道槽相互交替排列；所述的奇組燃料 主流道槽的進口端通過奇組燃料進口分配槽和奇組燃料進口槽與上述第一燃料進口相連 通，奇組燃料主流道槽的出口端通過奇組燃料過孔、奇型陽極單極板背面上的奇組燃料出 口匯集槽和奇組燃料出口槽與第一燃料出口相連通，在奇組燃料出口匯集槽和奇組燃料過 孔的上方設有奇燃料蓋板槽；所述的偶組燃料主流道槽的進口端通過偶組燃料進口分配槽和偶組燃料進口槽與上述第二燃料進口相連通，偶組燃料主流道槽的出口端通過偶組燃料 過孔、奇型陽極單極板背面上的偶組燃料出口匯集槽和偶組燃料出口槽與上述第二燃料出 口相連通，在偶組燃料出口匯集槽和偶組燃料過孔的上方設有偶燃料蓋板槽；偶型陽極單 極板的背面上，中部設有偶型冷卻劑主流道槽，偶型冷卻劑主流道槽的進口端通過偶型冷 卻劑進口分配槽和偶型冷卻劑進口槽與上述第二冷卻劑進口相連通，偶型冷卻劑主流道槽 的出口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽和偶型冷卻劑出口槽與上述第二冷卻劑進口相連通。
4.如權利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于其中所述的奇型陰極單極板的上方開 有第二空氣進口和第一空氣出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方 的另一側開有第二燃料進口和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口， 下方的一側開有第一冷卻劑進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第 一燃料進口 ；奇型陰極單極板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組空氣主流道槽和偶 組空氣主流道槽，奇組空氣主流道槽和偶組空氣主流道槽相互交替排列；所述的奇組空氣 主流道槽的進口端通過奇組空氣進口分配槽和奇組空氣進口槽與上述第一空氣進口相連 通，奇組空氣主流道槽的出口端通過奇組空氣過孔、奇型陰極單極板背面上的奇組空氣出 口匯集槽和奇組空氣出口槽與上述第一空氣出口相連通，在奇組空氣出口匯集槽和奇組空 氣過孔的上方設有奇空氣蓋板槽；所述的偶組空氣主流道槽的進口端通過偶組空氣進口分 配槽和偶組空氣進口槽與上述第二空氣進口相連通，偶組空氣主流道槽的出口端通過偶組 空氣過孔、奇型陰極單極板背面的偶組空氣出口匯集槽和偶組空氣出口槽與上述第二空氣 出口相連通，在偶組空氣出口匯集槽和偶組空氣過孔的上方設有偶空氣蓋板槽；上述的奇 型陰極單極板的背面上，中部設有奇型冷卻劑主流道槽，奇型冷卻劑主流道槽的進口端通 過奇型冷卻劑進口分配槽和奇型冷卻劑進口槽與上述第一冷卻劑進口相連通，奇型冷卻劑 主流道槽的出口端通過奇型冷卻劑出口匯集槽和奇型冷卻劑出口槽與上述第一冷卻劑進 口相連通。
5.如權利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于其中所述的偶型陰極單極板的上方開 有第二空氣進口和第一空氣出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方 的另一側開有第二燃料進口和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口， 下方的一側開有第一冷卻劑進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第 一燃料進口 ；所述的偶型陰極單極板的與膜電極相對的正面上，中部設有奇組空氣主流道 槽和偶組空氣主流道槽，奇組空氣主流道槽和偶組空氣主流道槽相互交替排列；所述的奇 組空氣主流道槽的進口端通過奇組空氣進口分配槽和奇組空氣進口槽與上述第一空氣進 口相連通，奇組空氣主流道槽的出口端通過奇組空氣過孔、偶型陰極單極板背面上的奇組 空氣出口匯集槽和奇組空氣出口槽與上述第一空氣出口相連通，在奇組空氣出口匯集槽和 奇組空氣過孔的上方設有奇空氣蓋板槽；所述的偶組空氣主流道槽的進口端通過偶組空氣 進口分配槽和偶組空氣進口槽與上述第二空氣進口相連通，偶組空氣主流道槽的出口端通 過偶組空氣過孔、奇型陰極單極板背面上的偶組空氣出口匯集槽和偶組空氣出口槽與上述 第二空氣出口相連通，在偶組空氣出口匯集槽和偶組空氣過孔上方設有偶空氣蓋板槽；所 述的偶型陰極單極板的背面上，中部設有偶型冷卻劑主流道槽，偶型冷卻劑主流道槽的進 口端通過偶型冷卻劑進口分配槽和偶型冷卻劑進口槽與上述第二冷卻劑進口相連通，偶型 冷卻劑主流道槽的出口端通過偶型冷卻劑出口匯集槽和偶型冷卻劑出口槽與上述第二冷卻劑進口相連通。
6.如權利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于其中所述的偶型陰極密封板的上方開 有第二空氣進口和第一空氣出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方 的另一側開有第二燃料進口和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口， 下方的一側開有第一冷卻劑進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第 一燃料進口 ；所述的偶型陰極密封板的與偶型陰極單極板相疊合的背面上，中部設有偶型 冷卻劑主流道槽，偶型冷卻劑主流道槽的進口端通過偶型冷卻劑進口分配槽、偶型冷卻劑 進口槽與上述第二冷卻劑進口相連通，偶型冷卻劑主流道槽的出口端通過偶型冷卻劑出口 匯集槽和偶型冷卻劑出口槽與第二冷卻劑進口相連通。
7.如權利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于其中所述的奇型陽極密封板的上方開 有第二空氣進口和第一空氣出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方 的另一側開有第二燃料進口和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口， 下方的一側開有第一冷卻劑進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第 一燃料進口 ；所述的奇型陽極密封板的與奇型陽極單極板相疊合的背面上，中部設有奇型 冷卻劑主流道槽，奇型冷卻劑主流道槽的進口端通過奇型冷卻劑進口分配槽和奇型冷卻劑 進口槽與上述第一冷卻劑進口相連通，奇型冷卻劑主流道槽的出口端通過奇型冷卻劑出口 匯集槽和奇型冷卻劑出口槽與上述第一冷卻劑進口相連通。
8.如權利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于其中所述的偶型陽極密封板的上方開 有第二空氣進口和第一空氣出口，上方的一側開有第一燃料出口和第二冷卻劑進口，上方 的另一側開有第二燃料進口和第一冷卻劑出口，下方開有第一空氣進口和第二空氣出口， 下方的一側開有第一冷卻劑進口和第二燃料出口，下方的另一側開有第二冷卻劑出口和第 一燃料進口 ；所述的偶型陽極密封板的與偶型陽極單極板相疊合的背面上，中部設有偶型 冷卻劑主流道槽；偶型冷卻劑主流道槽；的進口端通過偶型冷卻劑進口分配槽和偶型冷卻 劑進口槽與上述第二冷卻劑進口相連通，偶型冷卻劑主流道槽的出口端通過偶型冷卻劑出 口匯集槽和偶型冷卻劑出口槽與上述第二冷卻劑進口相連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聯合應用板內逆流流場和板間逆流流場的燃料電池堆，屬于燃料電池技術領域。本發(fā)明的電池堆中，任一膜電極兩側分別具有板內逆流空氣流場和板內逆流燃料流場，任一膜電極的兩側有冷卻劑流向恰好相反的兩種冷卻劑流場?？諝饬鲌龊腿剂狭鲌隹缭较嚓P單極板的兩面，兩種冷卻劑流場均嵌在兩種反應劑流場的背面部分中間。板內逆流空氣流場的兩組流道、板內逆流燃料流場的兩組流道、板間逆流的兩種冷卻劑流場分別與兩對空氣進出口、兩對燃料進出口和兩對冷卻劑進出口相連通。六對進口均呈對角分布；在每種流體的兩對進出口中，一對進出口的進口總與另一對的出口相鄰。本發(fā)明的優(yōu)點是同時實現溫度、濃度、電流密度和應力等四種變量的均勻分布。
文檔編號H01M8/10GK101867053SQ20101021033
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2010年6月25日
發(fā)明者張大鵬, 張紅飛, 裴普成 申請人:清華大學