CN101373836A

CN101373836A - 流道板

Info

Publication number: CN101373836A
Application number: CNA200710142675XA
Authority: CN
Inventors: 王正; 许年辉; 李璟柏; 黄金树
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2007-08-20
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2009-02-25

Abstract

本发明公开了一种流道板，适用于燃料电池。此流道板包括板体以及至少一组导流块。板体具有相对的第一侧壁与第二侧壁。第一侧壁具有至少一注入口，第二侧壁具有至少一输出口。这组导流块配置于板体内，且邻近第一侧壁，并包含多导流块。这些导流块其中之一为第一导流块，且第一导流块正对注入口。其余的导流块自邻近第一导流块起算在第一导流块与第二侧壁之间排成m列。第m列的导流块的数量N_m为多个，其中m为自然数，且N_m+1≥N_m。第一列的一端的导流块的几何中心与第一导流块的几何中心位于一直线上。此直线与第一侧壁之间形成夹角。

Description

流道板

技术领域

本发明涉及一种流道板，且特别涉及一种适用于燃料电池的流道板。

背景技术

燃料电池具有高效率、低噪音、无污染的优点，是符合时代趋势的能源技术。燃料电池区分为多种类型，常见的为质子交换膜型燃料电池(protonexchange membrane fuel cell，PEMFC)以及直接甲醇燃料电池(direct methanolfuel cell，DMFC)。

直接甲醇燃料电池是使用甲醇水溶液当作燃料供给来源，并经由甲醇、氧与水的相关电极反应来产生电流。直接甲醇燃料电池的反应式如下：

阳极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极：3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

总反应：CH₃OH+H₂O+3/2O₂→CO₂+3H₂O

直接甲醇燃料电池通常具有一阳极流道板，以输送用甲醇水溶液。进入阳极流道板的甲醇水溶液会与阳极催化剂反应。

请参照图1，已知一种阳极流道板100a具有蛇行流道110(serpentine flowchannel)，且蛇行流道110具有注入口112与输出口114。已知技术是通过泵浦(pump)将甲醇水溶液自注入口112通入蛇行流道110中。甲醇水溶液会沿着蛇行流道110流动，并从输出口112流出蛇行流道110。

由于蛇行流道110的长度较长，造成甲醇水溶液流动时的压降过大，需以能产生较大压力的泵浦方能驱动甲醇水溶液，所以较耗费能源。此外，在蛇行流道110上游的甲醇水溶液经反应后才流至蛇行流道110下游，导致下游的甲醇水溶液的浓度较上游的甲醇水溶液的浓度低。换言之，阳极流道板100a中的甲醇水溶液的浓度不均匀，此将导致反应效率不佳。

请参照图2，已知一种阳极流道板100b具有并联流道120，且并联流道120具有注入口122、输出口124以及多个流道126。由于并联流道120的流道数较多，所以可改善上述甲醇水溶液的浓度不均匀的问题。然而，由于并联流道120中的每个流道126的流量难以平均分配。当某一流道126中产生二氧化碳堆积时，会造成此流道126的流阻增大。此将导致甲醇水溶液较容易流向其他流阻较小的流道126，因此流道126中的二氧化碳不易排除。

发明内容

本发明提供一种流道板，以提高燃料电池的反应效率。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所披露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种流道板，其适用于燃料电池。此流道板包括板体以及至少一组导流块。板体具有相对的第一侧壁与第二侧壁。第一侧壁具有至少一注入口，第二侧壁具有至少一输出口。这组导流块配置于板体内，且邻近第一侧壁，并包含多导流块。这些导流块其中之一为第一导流块，且第一导流块正对注入口。其余的导流块自邻近第一导流块起算在第一导流块与第二侧壁之间排成m列，第m列的导流块的数量N_m为多个，其中m为自然数，且N_m+1≥N_m。第一列的一端的导流块的几何中心与第一导流块的几何中心位于一直线上，且此直线与第一侧壁之间形成一夹角。

流道板是通过导流块来导引流道板内的流体流动。当流道板作为燃料电池的阳极流道板时，导流块可使通入流道板中的燃料分布均匀。如此，可使燃料均匀流至阳极催化剂，以提高反应效率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1是已知一种具有蛇行流道的阳极流道板的示意图。

图2是已知一种具有并联流道的阳极流道板的示意图。

图3是本发明一实施例的流道板的示意图。

图4是本发明另一实施例的流道板的示意图。

图5是本发明另一实施例的流道板的示意图。

图6是本发明另一实施例的流道板的示意图。

图7是本发明另一实施例的流道板的示意图。

附图标记说明

50：直线

100a、100b：阳极流道板

110：蛇行流道

112、122、212a：注入口

114、124、214a：输出口

120：并联流道

126：流道

200、200a、200b、200c：流道板

210：板体

212：第一侧壁

214：第二侧壁

220：导流块

222：第一导流块

230：条状导流片

240：分隔片

D11、D12、D2、D21、D22：距离

θ：夹角

具体实施方式

下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

请参照图3，本发明一实施例的流道板200适用于燃料电池，以作为燃料电池的阳极流道板。流道板200包括板体210以及至少一组导流块220。板体210具有相对的第一侧壁212与第二侧壁214。第一侧壁212具有注入口212a，第二侧壁214具有输出口214a。导流块220配置于板体210内，且邻近第一侧壁212。此外，第一侧壁212例如是平行第二侧壁214。注入口212a例如是位于第一侧壁212中央。

承上述，注入口212a例如是正对输出口214a，而导流块220其中之一为第一导流块222，且第一导流块222正对注入口212a。也就是说，第一导流块222、注入口212a与输出口214a例如是位于同一直线上。第一导流块222的尺寸例如是大于注入口212a的尺寸。此外，其余的导流块220在第一导流块222与第二侧壁214之间排成m列，且第一列邻近第一侧壁212。另外，第m列的导流块220的数量N_m为多个，其中m为自然数，且N_m+1≥N_m。

本实施例是以导流块220的数量等于五个为例，而第一导流块222以外的导流块220排成两列，且每一列的导流块220的数量为两个。另外，直线50通过在第一列的一端的导流块220的几何中心与第一导流块222的几何中心，且此直线50与第一侧壁212之间有夹角θ。

在第m列两端的导流块220之间的距离为D1_m，且D1_m+1≥D1_m。更详细地说，在第二列两端的导流块220之间的距离D1₂大于在第一列两端的导流块220之间的距离D1₁。此外，在第m列两端的导流块220是位于注入口212a两旁。另外，第一导流块220与第一侧壁之间的最短距离为D2，第m列的每一导流块与第一侧壁之间的最短距离为D2_m，且D2_m+1>D2_m>D2。更详细地说，在第一列的每一导流块220与第一侧壁212之间的最短距离为D2₁，在第二列的每一导流块220与第一侧壁212之间的最短距离为D2₂，且D2₂>D2₁>D2。

当流道板200作为燃料电池的阳极流道板时，注入口212a会有燃料注入，而在图3中是以实心箭号表示燃料的流动方向。当燃料从注入口212a注入板体210时，第一导流块222会将燃料分流。在第二列的导流块220则设置于燃料的分流路径上，以再将燃料分流。同样地，在第三列的导流块220亦设置于燃料的分流路径上，以再将燃料分流。如此，可使燃料在板体210内均匀地流动，并均匀分布于燃料电池的阳极催化剂，以提升反应效率。

此外，本实施例的流道板200的构造简单，易于制作，所以生产成本较低。另外，燃料在流道板200内流动时的压降小，因此能使用功率较小的泵浦，以节省能源。再者，流道板200的流阻小，所以阳极反应产物(如二氧化碳)较容易排除，如此能避免对反应效率造成不良影响。

值得一提的是，导流块220的形状除了可设计成圆柱形外，还可设计成如图4所示的泪滴形或其他流线形状，以减少导流块220与第二侧壁214之间的流场死区。如此，能增加燃料分布的均匀性，以提高反应效率。此外，输出口214a的数量可为两个以上(如图4所示)，以增加燃料分布的均匀性，并提高反应效率。另外，虽然上述实施例中，在每一列的导流块220的数量仅为两个，但在实际应用上，可视需求而增加每一列的导流块220的数量。

图5是本发明另一实施例的流道板的示意图。请参照图5，相较于图3的流道板200，流道板200a还包括多个条状导流片230。条状导流片230是配置于导流块220与第二侧壁214之间，且每一条状导流片230的长度方向是朝向第一侧壁212与第二侧壁214。更详细地说，条状导流片230例如是分别配置于每一导流块220与第二侧壁214之间。条状导流片230的设置可使燃料在导流块220与第二侧壁214之间的流动更为均匀，以增加燃料分布的均匀性，并提高反应效率。

图6是本发明另一实施例的流道板的示意图。请参照图6，流道板200b与图5的流道板200a相似，差别处在于条状导流片230的设置方式。具体而言，在流道板200b中，任两相邻的条状导流片230之间形成一流道，且较接近第一导流块222的流道的宽度小于较远离第一导流块222的流道的宽度。

本发明的流道板的导流块220亦可为多组，且注入口212a及输出口214a的数量也可为多个。以下将以具有两组导流块220、两个注入口212a与两个输出口214a的流道板为例进行说明。

请参照图7，本本发明另一实施例的流道板200c包括两组导流块220。板体210的第一侧壁212具有两个注入口212a，且第二侧壁214具有两个输出口214a。每一注入口212a与一个输出口214a相对，且每一组导流块220的设置方式与图3的流道板200的该组导流块220的设置方式相同。此外，相邻两组导流块220之间可设置分隔片240，且分隔片240是连接于第一侧壁212与第二侧壁214之间。

由于流道板200c具有多组导流块220，所以可让板体210内的燃料流动更为均匀，进而提升反应效率。

综上所述，本发明的流道板至少具有下列优点:

1.本发明的流道板作为燃料电池的阳极流道板时，导流块能使通入流道板中的燃料分布均匀，以让燃料均匀流至阳极催化剂，进而提高反应效率。

2.本发明的流道板的构造简单，易于制作，所以生产成本较低。

3.流体在流道板内流动时的压降小，因此能使用功率较小的泵浦，以节省能源。

4.由于流道板的流阻小，当作为燃料电池的阳极流道板时，阳极反应产物(如二氧化碳)较容易排除，所以能避免对反应效率造成不良影响。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所披露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims

1.一种流道板，适用于燃料电池，该流道板包括:

板体，具有相对的第一侧壁与第二侧壁，该第一侧壁具有至少一注入口，该第二侧壁具有至少一输出口；以及

至少一组导流块，配置于该板体内，且邻近该第一侧壁，该组导流块包含多导流块，这些导流块其中之一为第一导流块，且该第一导流块正对该注入口，其余的这些导流块自邻近该第一导流块起算在该第一导流块与该第二侧壁之间排成m列，第m列的导流块的数量N_m为多个，m为自然数，且N_m+1≥N_m，其中该第一列的一端的该导流块的几何中心与该第一导流块的几何中心位于一直线上，该直线与该第一侧壁之间形成夹角。

2.如权利要求1所述的流道板，其中在第m列两端的该两导流块之间的距离为D1_m，且D1_m+1≥D1_m。

3.如权利要求1所述的流道板，其中该第一导流块、该注入口与该输出口是位于另一直线上。

4.如权利要求1所述的流道板，其中该注入口位于该第一侧壁中央。

5.如权利要求1所述的流道板，其中在第m列两端的该两导流块分别位于该注入口两旁。

6.如权利要求1所述的流道板，其中该第一导流块与该第一侧壁之间的最短距离为D2，在第m列的每一导流块与该第一侧壁之间的最短距离为D2_m，且D2_m+1>D2_m>D2。

7.如权利要求1所述的流道板，其中该第一导流块的尺寸大于该注入口的尺寸。

8.如权利要求1所述的流道板，其中这些导流块的数量为五个，且该第一导流块以外的这些导流块排成两列。

9.如权利要求8所述的流道板，还包括多个条状导流片，配置于这些导流块与该第二侧壁之间，且每一条状导流片的长度方向是朝向该第一侧壁与该第二侧壁。

10.权利要求9所述的流道板，其中这些条状导流片是各自配置于每一导流块与该第二侧壁之间。

11.权利要求9所述的流道板，其中该任两相邻的条状导流片之间形成一流道，且较接近该第一导流块的该流道的宽度小于较远离该第一导流块的该流道的宽度。

12.如权利要求1所述的流道板，包括多组导流块，该第一侧壁具有多个注入口，且该第二侧壁具有多个输出口。

13.如权利要求12所述的流道板，还包括至少一分隔片，连接该第一侧壁与该第二侧壁，且位于相邻两组导流块之间。

14.如权利要求1所述的流道板，其中该导流块为圆柱形、泪滴形及其他流线形状其中之一。