3．1．2 JP2020047440A（JP2020047441A、JP2020047442A）——一種改善排水性能的隔板

圖3－4 現(xiàn)有技術(shù)隔板結(jié)構(gòu)示意圖

燃料電池隔板一側(cè)形成有供反應(yīng)氣體流過(guò)的氣體流路4A、4B，當(dāng)發(fā)電產(chǎn)生的水留在氣體流路中時(shí)，可能會(huì)降低反應(yīng)氣體的擴(kuò)散性，使燃料電池的發(fā)電性能下降。為此，現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在氣體流路的槽壁表面設(shè)置多個(gè)細(xì)槽6，細(xì)槽與氣體擴(kuò)散層接觸，使得液態(tài)水能夠迅速與氣體擴(kuò)散層分離并沿著細(xì)槽進(jìn)行流動(dòng)以排出。

為了進(jìn)一步優(yōu)化燃料電池發(fā)電性能，JP2020047440A（JP2020047441A、JP2020047442A）提出了對(duì)排水槽設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，具體如下：

燃料電池單電池立體分解圖與局部截面圖如圖3－5所示，包括陽(yáng)極隔板20、陰極隔板40，膜電極組件10；膜電極組件10包括質(zhì)子交換膜12，催化電極層14a、14c，氣體擴(kuò)散層16a、16c，支撐框架18；隔板包括氣流流動(dòng)通道20A、40A，冷卻劑流動(dòng)通道20B、40B；冷卻劑入口歧管為a2、s2、c2，冷卻劑出口歧管為a5、s5、c5，陽(yáng)極入口歧管為a6、s6、c6，陽(yáng)極出口歧管a1、s1、c1，陰極入口歧管為a3、s3、c3，陰極出口歧管a4、s4、c4。由局部截面圖所示，當(dāng)從Y方向上觀察時(shí)，氣體流動(dòng)通道和冷卻劑流動(dòng)通道均具有波浪形的橫截面形狀；且氣體流動(dòng)通道和冷卻劑流動(dòng)通道在X方向上有連續(xù)肋部21、41，并與氣體擴(kuò)散層接觸。

圖3－5 （a）單電池立體分解圖；（b）單電池局部截面圖

圖3－6為氣流流動(dòng)通道部分透視圖，在陰極隔板40的表面上形成有排水槽43g、47g和引導(dǎo)槽41g；排水槽43g、47g位于側(cè)部43、47中央部位上，并向兩端延伸；從圖3－7（a）流路局部截面圖可看出，排水槽43g、47g在延伸方向的截面呈V形；引導(dǎo)槽41g形成在肋部41，并以一定間距排列，其兩端分別與排水槽43g、47g連接。

圖3－6 氣流流動(dòng)通道的部分透視圖

圖3－7 （a）流路局部截面圖；（b）毛管力－水力直徑關(guān)系圖；（c）排水槽放大圖；（d）排水槽局部放大圖

為了更大程度地捕獲反應(yīng)生成水以及確保毛管力，排水槽43g的水力直徑可設(shè)置為5μm～150μm（水力直徑引入是為了給非圓管流動(dòng)取一個(gè)合適的特征長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算其雷諾數(shù)，雷諾數(shù)的大小可用來(lái)確定物體在流體中流動(dòng)所受到的阻力）。因此，當(dāng)燃料電池發(fā)電時(shí)，在氣體擴(kuò)散層中的生成水可經(jīng)表面431a流動(dòng)至排水槽43g或者經(jīng)引導(dǎo)槽41g流動(dòng)至排水槽43g內(nèi)（47g側(cè)同理）。通過(guò)排水槽43g、47g和引導(dǎo)槽41g有效改善了燃料電池的排水性能。

此外，由于表面433a向陰極氣體流路突出，為了避免陰極氣體壓力損失增加，表面433a的長(zhǎng)度L應(yīng)短于表面431a和432a的長(zhǎng)度（參見(jiàn)圖3－7，d），可設(shè)置在0．2mm以下。另一方面，由于對(duì)置部43h與排水槽43g的內(nèi)表面為互補(bǔ)形狀，對(duì)置部43h與冷卻劑通道直接接觸，因此確保對(duì)置部43h的表面積可使排水槽43g的內(nèi)表面更易被冷卻，促進(jìn)水蒸氣的冷凝，改善排水性能。另外，還可對(duì)排水槽進(jìn)行親水性處理，提高排水性能。

在專(zhuān)利JP2020047440A（JP2020047441A、JP2020047442A）實(shí)施例中，還列舉了以下四種不同形狀的排水槽，具體見(jiàn)圖3－8。

圖3－8 不同槽形狀的排水槽

需要指出是，專(zhuān)利JP2020047440A保護(hù)了隔板排水槽設(shè)置及水力直徑的數(shù)值范圍；專(zhuān)利JP2020047441A在專(zhuān)利JP2020047440A的基礎(chǔ)上進(jìn)一步保護(hù)了排水槽對(duì)置部朝向冷卻劑通道的方位關(guān)系；專(zhuān)利JP2020047441A保護(hù)了具有該排水槽的隔板的制造方法。