TWI446619B - 用於燃料電池裝置之流場板組件 - Google Patents

Description

用於燃料電池裝置之流場板組件

本發明主要關於一種流場板組件以及具有流場板組件之燃料電池裝置。

流場板為流體相關應用之結構，例如，用於承載、運送(delivering)、分流(dividing)、及/或分佈(distributing)一種或是多種流體。"流體"於此之廣義解釋為可由一處流動至另一處的任何物質。例如，一流體可包括空氣、氣體、流體、或是黏性液體等，其具有流動或是移動其本身或是其本身之一部份由一處至另一處的能力。

舉例來說，流場板之眾多應用之一是應用於燃料電池裝置，流場板於燃料電池裝置中可輸送、引導、及/或分佈一或多種"燃料"。"燃料"可為液體或是氣體的形式，用以產生電力。第1圖為習知燃料電池裝置之剖視圖。請參考第1圖，燃料電池裝置400可為一質子交換膜燃料電池(PEMFC)。燃料電池裝置400可包括一膜電極組410、兩個氣體擴散層405、406、以及兩個流場板401、402。如圖所示，氣體擴散層405、406夾持膜電極組410，流場板401、402可夾持膜電極組410以及氣體擴散層405、406。流場板401、402可分別提供一或多個流道，例如流道403、404。一反應流體(reactant fluid)可流經每一流道403、404。例如，膜電極組410包括一質子交換膜409、一陽極觸媒 層407、以及一陰極觸媒層408。陽極和陰極觸媒層407、408可分別包括鉑或鉑合金，其可為一觸媒並可促進燃料電池裝置400之電化學反應。

為了促進效率、使流體分佈或是流體分佈於一對應之元件(例如一燃料電池)更為容易，因此需要提供一種流場板，其可增加流體移動或是分佈的容易度、降低流阻、簡化系統或是元件設計、或是提供不同流體流動特徵。

於符合已揭露實施例中，用於燃料電池裝置之流場板可包括一第一表面和一第二表面。第一表面具有一用以接收一第一流體之第一流體注入孔、複數個大致沿第一方向輸送第一流體之第一流道、以及一用以排出第一流體之第一流體排出孔。第二表面具有一用以接收一第二流體之第二流體注入孔、複數個大致沿第一方向輸送第二流體之第二流道、以及一用以排出第二流體之第二流體排出孔。第一流體注入孔和第二流體排出孔鄰近位於流場板之一第一側邊，以及第一流體排出孔和第二流體注入孔鄰近地位於流場板之一第二側邊，以及流場板之第二側邊相對於第一側邊。每一第一流道和每一第二流道具有大致相等之長度。

另外，於符合已揭露實施例中，燃料電池裝置可包括一膜電極組、一第一流場板、以及一第二流場板。第一流場板可包括一第一表面和一第二表面。第一表面具有一用以接收一第一流體之第一流體注入孔、複數個大致沿第一 方向輸送第一流體之第一流道、以及一用以排出第一流體之第一流體排出孔。第二表面具有一用以接收一第二流體之第二流體注入孔、複數個大致沿第一方向輸送第二流體之第二流道、以及一用以排出第二流體之第二流體排出孔。第二流場板可包括一第三表面和一第四表面。第三表面可包括一用以接受第三流體之第三流體注入孔、複數個大致沿一第二方向輸送第三流體之第三流道、以及一用以排出第三流體之第三流體排出孔。第四表面具有一用以接收第四流體之第四流體注入孔、複數個大致沿第二方向輸送第四流體之第四流道、以及一用以排出第四流體之第四流體排出孔。每一第一流道、每一第二流道、每一第三流道、以及每一第四流道具有大致相等之長度。

於符合已揭露實施例中，揭露了一種用於一燃料電池裝置之一流場板組件。流場板組件包括一第一流場板和一第二流場板。第一流場板可更包括一第一表面和一第二表面。第一表面，具有一用以接收一第一流體之第一流體注入孔、複數個大致沿第一方向輸送第一流體之第一流道、以及一用以排出第一流體之第一流體排出孔。第二表面具有一用以接收一第二流體之第二流體注入孔、複數個大致沿第一方向輸送第二流體之第二流道、以及一用以排出第二流體之第二流體排出孔。第二流場板可包括一第三表面和一第四表面。第三表面可包括一用以接受第三流體之第三流體注入孔、複數個大致沿一第二方向輸送第三流體之第三流道、以及一用以排出第三流體之第三流體排出孔。 第四表面具有一用以接收第四流體之第四流體注入孔、複數個大致沿第二方向輸送第四流體之第四流道、以及一用以排出第四流體之第四流體排出孔。上述之每一第一流道、每一第二流道、每一第三流道、以及每一第四流道具有大致相等之長度。

於符合已揭露實施例中，上述第一流道以及上述第二流道由鄰近於上述第一側邊延伸至鄰近於上述第二側邊。上述第一流道以及第二流道大致沿第一方向線性延伸。上述第三流道以及第四流道大致沿第二方向線性延伸。此外，上述第二方向大致垂直於上述第一方向。

可以瞭解的是，前述的一般描述以及後述的詳細描述僅為範例和解說並不會限定本發明的範圍。

燃料電池裝置可為一電化學能轉換裝置，其可轉換化學能為電能。燃料電池裝置相較於一般傳統之內燃機能可將燃料更有效率地轉換為電力。舉例而言，燃料電池裝置可使用氫氣作為燃料以及氧氣作為氧化劑來產生電力以及水和熱等副產品。當與其他大部分之電力來源作比較，燃料電池裝置之燃料(氫氣)、氧化劑(氧氣)、以及副產品(水和熱)僅產生少量污染(如果有的話)。假使電力、混合、或是其他種類之車輛利用這種燃料電池裝置來驅動，將可大量的減少溫室氣體之產生與氣體的消耗(gas consumption)。因此，燃料電池裝置可視為一種“綠色能 源”，相較於其他傳統之電力來源而言，燃料電池科技可說是一種“綠色科技”。

第2圖為本發明之一實施例之燃料電池裝置的立體圖。燃料電池裝置2可包括一電池核心21、二電極22、23、以及二保護蓋24、25。於本實施例中，電極22、23可分別設置於電池核心21之兩相反側。每一電極22、23耦接於燃料電池裝置2之一或多個陰極或是一或多個陽極。保護蓋24、25可分別設置於電池核心21之兩相反外側，以保護和固定電池核心21和電極22、23。

第3圖為前述燃料電池裝置2之一燃料電池的部份爆炸圖。前述電池核心21可包括多個燃料電池，例如10至20個或是更多個的燃料電池。每一燃料電池可具有和燃料電池50相同或是相似的設計。於一實施例中，燃料電池50可包括一第一流場板100、一第二流場板200和一膜電極組300。第一流場板100、第二流場板200和膜電極組300可相互平行或疊置放置。膜電極組300可為一板狀結構，並具有一質子交換膜、一陽極觸媒層(catalyst layer)和一陰極觸媒層。

於一實施例中，第一流場板100和第二流場板200可為金屬板，其可以沖壓(stamping)、加壓(pressing)或是其他成型技術製作。第一流場板100和第二流場板200可分別排列於膜電極組300之兩相反側以形成一燃料電池50。電池核心21可經由疊置複數個燃料電池50而形成。

流場板100、200形成燃料電池50之一部分以提供利 用於燃料電池50之流體和冷卻劑之“流場”。詳細說明如下，於已揭露的實施例中，流場板100、200可包括複數個流體流道(如第3圖所示之第一流場板100的第一反應流體流道130)，用以輸送一流體從其進入燃料電池50之處至流體從燃料電池50排出之處。流體於燃料電池50內之流場圖形(flow field pattern)可影響流體通過燃料電池50之膜電極組300之反應區域(active area)的分佈。當流體平均地(evenly)分佈膜電極組300的反應區域，燃料電池50可依據前述之設計、應用以及燃料等更有效率地產生電力。另外，於已揭露之實施例中，流場板100、200可更包括複數個冷卻流道(例如第3圖中，第二流場板200之第二冷卻流道220)，用以輸送一冷卻劑從其進入燃料電池50之處至流體從燃料電池50排出之處。冷卻劑於燃料電池50內之之流場圖形可影響燃料電池50之冷卻效能。

於已揭露之實施例中，燃料電池裝置2可具有複數個注入孔可供各式之流體流過(例如一第一反應流體注入孔h11(第一流體注入孔)、一第二反應流體注入孔h21(第三流體注入孔)、一第一冷卻劑流體注入孔h31(第二流體注入孔)、以及一第二冷卻劑流體注入孔h41(第四流體注入孔))、以及複數個供前述流體排出之排出孔(例如一第一反應流體排出孔h12(第一流體排出孔)、一第二反應流體排出孔h22(第三流體排出孔)、一第一冷卻劑流體排出孔h32(第二流體排出孔)、以及一第二冷卻劑流體排出孔h42(第四流體排出孔))。前述之注入孔和排 出孔可側向地(laterally)通過電池核心21和保護蓋24、25。換句話說，如第3圖所示，每一第一流場板100、第二流場板200與膜電極組300均具有前述之注入孔與排出孔。

於本實施例中，一第一反應流體(第一流體)可經由第一流場板100之第一反應流體注入孔h11進入燃料電池50。一第二反應流體(第三流體)可經由第二流場板200之第二反應流體注入孔h21進入燃料電池50。第一反應流體進入燃料電池50後可經由第一流場板100之第一反應流體流道130(第一流道，如第5圖所示)輸送至膜電極組300。第二反應流體於進入燃料電池50之後可經由第二流場板200之第二反應流體流道230(第三流道，如第7圖所示)輸送至膜電極組300。第一反應流體和第二反應流體可經由於膜電極組300產生之化學反應產生電力。前述化學反應所產生之電力以電壓和電流的方式透過電極22、23輸出。未完全反應之第一和第二反應流體隨者反應之副產品(by-product)可分別經由第一反應流體排出孔h12和第二反應流體排出孔h22排出。

此外，一第一冷卻劑流體(第二流體)可經由第一流場板100之第一冷卻劑流體注入孔h31進入燃料電池50。一第二冷卻劑流體(第四流體)可經由第二流場板200之第二冷卻劑流體注入孔h41進入燃料電池50。第一冷卻劑流體進入燃料電池50後可經由第一流場板100之第一冷卻流道120(第二流道，如第8圖所示)輸送至第二流場板200。第二冷卻劑流體進入燃料電池50後可經由第二流場 板200之第二冷卻流道220(第四流道，如第8圖所示)進入第一流場板100。然後，第一冷卻劑流體和第二冷卻劑流體可分別經由第一冷卻劑流體排出孔h32和第二冷卻劑流體排出孔h42排出。

於一實施例中，當第二反應流體為氫氣等燃料(fuel)時，第一反應流體可為一氧化劑(oxidant)，例如氧氣或空氣。於另一實施例中，當第二反應流體為氧氣或空氣等氧化劑時，第一反應流體可為一燃料(例如氫氣)。於此實施例中，電力經由氫氣和氧氣之反應產生，例如透過一氧化還原(oxidation-reduction)反應。前述反應的副產品為水，並且第一冷卻劑流體和第二冷卻劑流體也可為水或是一種可促進冷熱交換過程之流體。需注意的是，第一反應流體、第二反應流體、第一冷卻劑流體、第二冷卻劑流體可依據燃料電池裝置之設計和應用或是其他考量而使用不同之流體，亦或是不同於所本案揭露之實施例所舉出的流體。

燃料電池裝置已為大眾所知的為綠色能源或是清潔能源(clean energy)的來源，其因在於燃料電池裝置經由消耗之清潔能源資源，例如氫氣或氧氣，來產生電力，並僅產生少量(如果有的話)的污染。另外，電力產生反應(power generation reaction)的副產品可為水，如同使用於燃料電池之冷卻劑，其並不會產生污染或是少量污染。

第4圖為本發明之一實施例之第一流場板的前視圖。於此實施例中，第一流場板100可為一板狀結構，其更包 括一第一冷卻表面111(第二表面，如第4圖所示)和一第一反應表面112(第一表面，如第5圖所示)。第一冷卻表面111和第一反應表面112分別設置於第一流場板100之兩相反側。第一冷卻表面111和第一反應表面112分別包括一第一流道區域Z1。第一流道區域Z1更包括一第一側邊Z11、一第二側邊Z12、一第三側邊Z13和一第四側邊Z14。第一側邊Z11和第二側邊Z12相對設置。第三側邊Z13和第四側邊Z14相對設置。第一側邊Z11和第二側邊Z12分別鄰接於第三側邊Z13和第四側邊Z14。

於第一流場板100之第一冷卻表面111，第一冷卻流道120(第二流道)可設置於第一流道區域Z1內，並可經由相互平行之凸肋分隔。如第4圖所示，第一冷卻流道120可分別沿一第一方向D1線性延伸。於此實施例中，第一冷卻流道120沿第一方向D1延伸並與地面(沿一水平方向D2延伸)之間具有一角度A1。角度A1介於0度至180度之間。於此實施例中，角度A1可為45度。每一第一冷卻流道120包括一第一端121以及一第二端122，第一端121鄰近地設置於第一側邊Z11，第二端122鄰近地設置於第二側邊Z12。第一端121與第二端122分別位於第一冷卻流道120之兩相反側。

如第4圖所示，第一流場板100之第一冷卻表面111上，一第一反應流體注入孔h11沿著第一側邊Z11設置，並鄰接於第三側邊Z13。第二反應流體注入孔h21沿第三側邊Z13設置，並鄰接於第一側邊Z11。第一冷卻劑流體 注入孔h31沿第二側邊Z12設置，並鄰接於第三側邊Z13。第二冷卻劑流體注入孔h41沿第四側邊Z14設置，並鄰接於第一側邊Z11。

再者，第一反應流體排出孔h12沿第二側邊Z12設置，並鄰接於第四側邊Z14。第二反應流體排出孔h22沿第四側邊Z14設置，並鄰接於第二側邊Z12。第一冷卻劑流體排出孔h32沿第一側邊Z11設置，並鄰接於第四側邊Z14。第二冷卻劑流體排出孔h42沿第三側邊Z13設置，並鄰接於第二側邊Z12。

換句話說，第一反應流體注入孔h11和第一冷卻劑流體排出孔h32均可沿一第一側邊Z11設置；第一冷卻劑流體注入孔h31和第一反應流體排出孔h12均可沿第二側邊Z12設置；第二反應流體注入孔h21和第二冷卻劑流體排出孔h42均可沿第三側邊Z13設置；以及第二冷卻劑流體注入孔h41和第二反應流體排出孔h22均可沿第四側邊Z14設置。因此，於第一流場板100之第一冷卻表面111上之第一流道區域Z1之每一第一、第二、第三和第四側Z11~Z14邊均包括一反應流體或冷卻劑注入孔和一反應流體或冷卻劑排出孔。

第5圖為本發明之一實施例之第一流場板的後視圖。於此實施例中，位於第一流場板100之第一反應表面112上之第一流道區域Z1對應於第一流場板100之第一冷卻表面111設置(如第4圖所示)。於第一流場板100之第一反應表面112上，第一反應流體流道130(第一流道)可設置於 第一流道區域Z1內，並可經由相互平行之凸肋分隔。於已揭露之實施例中，第一流場板100可經由沖壓製程所形成。因此，當一凹形流道經由沖壓製程形成於第一冷卻表面111時，一凸形肋可形成於第一流場板100之第一反應表面112上之相對應位置。相對地，當一凸形肋經由沖壓製程形成於第一冷卻表面111時，一凹形流道可形成於第一流場板100之第一反應表面112之相對應位置。因此，於沖壓製程中，第一冷卻流道120和第一反應流體流道130可同時形成。此外，第一冷卻流道120和第一反應流體流道130可沿者第一方向D1線性排列。第一方向D1與地面(沿水平方向D2延伸)之間具有角度A1。角度A1介於0度至180度之間。於此實施例中，角度A1可為45度。

如第4圖所示，前述置於第一流場板100之第一反應表面112的流體注入孔和排出孔的相關配置對應於與前述第一冷卻表面111之的流體注入孔和排出孔排列設計相同於此不作詳細之解釋。

第6圖為本發明之一實施例之第二流場板的後視圖。於此實施例中，第二流場板200可具有和第一流場板100相似之結構。請參考第5圖和第6圖，第二流場板200可為第一流場板100沿一軸AX1反轉180度後所形成之結構。軸AX1可重疊於第一流場板100之對角線。因此，於此實施例中，第二流場板200之第二冷卻表面211(第四表面)可更包括一第二冷卻流道220。第二冷卻流道220設置於第二流道區域Z2並沿一第二方向D3延伸。第二冷 卻流道220(沿第二方向D3延伸)與地面(沿水平方向D2延伸)之間可具有一角度A1。角度A1介於0度至180度之間。於此實施例中，角度A1可為45度。

於此實施例中，第二流場板200可為一板狀結構，並包括一第二冷卻表面211(第四表面，如第6圖所示)和一第二反應表面212(第三表面，如第7圖所示)。第二冷卻表面211和第二反應表面212分別設置於第二流場板200之相反側。第二冷卻表面211和第二反應表面212可分別包括一第二流道區域Z2。第二流道區域Z2更包括一第一側邊Z21、一第二側邊Z22、一第三側邊Z23和一第四側邊Z24。第一側邊Z21和第二側邊Z22可相對設置，第三側邊Z23和第四側邊Z24可相對設置。第一側邊Z21和第二側邊Z22可鄰接於第三側邊Z23和第四側邊Z24。

如第6圖所示，於第二流場板200之第二冷卻表面211上第一反應流體注入孔h11可沿第一側邊Z21設置，並鄰接於第三側邊Z23。第二反應流體注入孔h21可沿第三側邊Z23設置，並鄰接於第一側邊Z21。第一冷卻劑流體注入孔h31可沿第二側邊Z22設置，並鄰接於第三側邊Z23。第二冷卻劑流體注入孔h41可沿第四側邊Z24設置，並鄰接於第一側邊Z21。

再者，第一反應流體排出孔h12可沿第二側邊Z22設置，並鄰接於第四側邊Z24。第二反應流體排出孔h22可沿第四側邊Z24設置，並鄰接於第二側邊Z22。第一冷卻劑流體排出孔h32可沿第一側邊Z21設置，並鄰接於第四 側邊Z24。第二冷卻劑流體排出孔h42沿第三側邊Z23設置，並鄰接於第二側邊Z22。

換句話說，第一反應流體注入孔h11和第一冷卻劑流體排出孔h32均可沿第一側邊Z21設置；第一冷卻劑流體注入孔h31和第一反應流體排出孔h12均可沿第二側邊Z22設置；第二反應流體注入孔h21和第二冷卻劑流體排出孔h42均可沿第三側邊Z23設置；以及第二冷卻劑流體注入孔h41和第二反應流體排出孔h22均可沿第四側邊Z24設置。因此，於第二流場板200之第二冷卻表面211上，第二流道區域Z2之每一第一、第二、第三和第四側邊Z21~Z24均包括一反應流體或冷卻劑注入孔和一流體或冷卻劑排出孔。

請再次參考第4圖，如前所述，第一流場板100之第一冷卻表面111可包括第一冷卻流道120，其中第一冷卻流道120設置於第一流道區域Z1，並沿第一方向D1延伸。再請參考第6圖，第二流場板200之第二冷卻表面211可包括第二冷卻流道220，其中第二冷卻流道220設置於第二流道區域Z2，並沿第二方向D3延伸。於此實施例中，第一方向D1與第二方向D3之間可具有一角度，第一方向D1可垂直或大致垂直於第二方向D3。如前所述，第一冷卻流道120可用以輸送第一冷卻劑流體，第二冷卻流道220可用以輸送第二冷卻劑流體。因此，於此實施例中，第一冷卻劑流體於第一流場板100內之流動(於第4圖中之標示為C1、C2和C3)可與第二冷卻劑流體於第二流場板200 內之流動(於第6圖中之標示為C1、C2和C3)之間具有一角度，例如可為垂直或大致垂直。

第7圖為本發明之一實施例之第二流場板的前視圖。於此實施例中，第二流場板200之第二反應表面212可包括第二反應流體流道230。第二反應流體流道230設置於第二流道區域Z2，並沿第二方向D3延伸。第二反應流體流道230(沿第二方向D3延伸)與地面(沿水平方向D2延伸)之間可具有一角度A1。角度A1介於0度至180度之間。於此實施例中，角度A1可為45度。

請參考第5圖，如前所述，第一流場板100之第一反應表面112可包括第一反應流體流道130，其中第一反應流體流道130設置於第一流道區域Z1，並沿第一方向D1延伸。再請參考第7圖，第二流場板200之第二反應表面212可包括第二反應流體流道230，其中第二反應流體流道230設置於第二流道區域Z2，並沿第二方向D3延伸。於此實施例中，第一方向D1與第二方向D3之間具有一角度。第一方向D1可垂直或大致垂直於第二方向D3。如前所述，第一反應流體流道130可用以輸送第一反應流體，第二反應流體流道230可用以輸送第二反應流體。因此，於此實施例中，第一反應流體於第一流場板100內之流動(於第5圖中之標示為F1、F2和F3)與第二反應流體於第二流場板200內之流動(於第7圖中之標示為F1、F2和F3)之間可具有一角度，例如可為垂直或大致垂直。

請參考第2圖和第3圖。當第一流場板100、第二流 場板200和膜電極組300組合於電池核心21時，其中第一冷卻劑流體注入孔h31、第一冷卻劑流體排出孔h32和第一冷卻流道120可相互連接。另外，第一冷卻流道120和第二冷卻流道220可相互連接，然而不與第一反應流體流道130或是第二反應流體流道230相互連接。因此，第一冷卻劑流體可經由第一冷卻劑流體注入孔h31流入第一冷卻流道120且/或第二冷卻流道220，之後第一冷卻劑流體可經由第一冷卻劑流體排出孔h32排出。如第4圖所示，第一冷卻劑流體於第一流場板100流動的冷卻劑流動路徑C1、C2、C3具有大致相同之長度。

同理，第二冷卻劑流體注入孔h41、第二冷卻劑流體排出孔h42和第二冷卻流道220可相互連接。此外，第一冷卻流道120和第二冷卻流道220可相互連接，然而並不與第一反應流體流道130或是第二反應流體流道230相互連接。因此，第二冷卻劑流體可經由第二冷卻劑流體注入孔h41流入第二冷卻流道220，之後可經由第一冷卻流道120及/或第二冷卻流道220排出。如第6圖所示，於第二流場板200中用以輸送第二冷卻劑流體之冷卻劑流動路徑C1、C2、C3具有大致相同之長度。

此外，由於第一反應流體注入孔h11和第一反應流體排出孔h12可與第一反應流體流道130相互連接，並且第二反應流體或是第二冷卻劑流體無法進入第一反應流體流道130，因此第一反應流體可經由第一反應流體注入孔h11流入第一流場板100之第一反應流體流道130，之後可透 過第一反應流體排出孔h12排出。如第5圖所示，於第一流場板100中用以輸送第一反應流體之流體流動路徑F1、F2、F3具有大致相同之長度。

再者，由於第二反應流體注入孔h21和第二反應流體排出孔h22可與二流體流道230相互連通，並且第一反應流體或是第一冷卻劑流體並不會進入第二反應流體流道230，因此第二反應流體可經由第二反應流體注入孔h21流入第二流場板200之第二反應流體流道230，之後，可經由第二反應流體排出孔h22排出。如第7圖所示，於第二流場板200中，用以輸送第二反應流體之流體流動路徑F1、F2、F3具有大致相同之長度。

第8圖為本發明之一實施例之流場板組件的部份立體圖，其中電池核心可包括複數個疊置之燃料電池(如第2圖所示)。於此實施例中，第一燃料電池之第一流場板100可組合於鄰接於第一燃料電池之第二燃料電池之第二流場板200。在第8圖中，第一燃料電池之第一流場板100上之第一冷卻流道120可相互連接於第二燃料電池之第二流場板200上之第二冷卻流道220。第一冷卻流道120可沿第一方向D1延伸，第二冷卻流道220可沿第二方向D3延伸。於此實施例中，第一方向D1與第二方向D3之間具有一角度，第一方向D1可垂直或是大致垂直於第二方向D3。因此，第一冷卻流道120和第二冷卻流道220可大致排列為一X形之結構，使得第一冷卻流道120與第二冷卻流道220之間具有一角度，第一冷卻流道120與第二冷卻 流道220可垂直或是大致垂直。第一冷卻劑流體可線性流動於第一冷卻流道120(如所示之箭頭C1)，並且第二冷卻劑流體可線性流動於第二冷卻流道220(如所示之箭頭C2)。由於第一流場板100和第二流場板200可分別的輸送第一冷卻劑流體和第二冷卻劑流體，因此第一冷卻劑流體和第二冷卻劑流體可具有低流阻。同理，第一反應流體流道130可沿第一方向D1延伸，第二反應流體流道230可沿第二方向D3延伸。由於第一方向D1與第二方向D3之間具有一角度，以及第一方向D1可垂直或是大致垂直於第二方向D3，因此於此實施例中，第一反應流體流道130和第二反應流體流道230可大致排列為一X形之結構，第一反應流體流道130可垂直於第二反應流體流道230。第一反應流體可線性流動於第一反應流體流道130(如所示之箭頭F1)，並且第二反應流體亦可線性流動於第二反應流體流道230(如所示之箭頭F2)。因此，當第一流場板100和第二流場板200分別的輸送第一反應流體和第二反應流體時，第一反應流體和第二反應流體可具有低流阻。

於前述之實施例，流場板之冷卻流道和流體流道可線性延伸，因此當冷卻劑和反應流體分別流過冷卻流道和流體通道，可使冷卻劑和流體具有低阻力。藉由這種方式，燃料電池輸送已揭露實施例中之第一和第二冷卻劑流體、第一和第二反應流體、與第一和第二反應流體反應所產生之副產品所需的電力較少。

再者，第一和第二冷卻流道可大致形成一X形之結 構，如前所述，例如冷卻劑可更平均地分佈於燃料電池。因此，可增進於已揭露實施例中的燃料電池對於流場板之冷卻功能。

另外，第一和第二反應流體流道可大致形成一X形之結構，以及第一和第二反應流體流道可與地面形成一傾斜角度(例如45度，如前所述)，因此殘留(remaining)之第一和第二反應流體以及第一反應流體和第二反應流體反應所產生之副產品可沿著第一和第二傾斜的流體流道流動，之後從燃料電池排出。

並且，於已揭露實施例中，流場板之冷卻劑和流體注入孔、冷卻劑和流體排出孔、流體流道和冷卻流道經由設計，使得流體由流場板之流體注入孔流動至流體排出孔之所有路徑具有大致相同的長度，同時冷卻劑由流場板之冷卻劑注入孔流動至冷卻劑排出孔之所有路徑具有大致相同的長度。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[習知技術]

400‧‧‧燃料電池裝置

401、402‧‧‧流場板

403、404‧‧‧流道

405、406‧‧‧氣體擴散層

407‧‧‧陽極觸媒層

408‧‧‧陰極觸媒層

409‧‧‧質子交換膜

410‧‧‧膜電極組

[本發明]

2‧‧‧燃料電池裝置

21‧‧‧電池核心

22、23‧‧‧電極

24、25‧‧‧保護蓋

50‧‧‧燃料電池

100‧‧‧第一流場板

111‧‧‧第一冷卻表面

112‧‧‧第一反應表面

120‧‧‧第一冷卻流道

121‧‧‧第一端

122‧‧‧第二端

130‧‧‧第一反應流體流道

200‧‧‧第二流場板

211‧‧‧第二冷卻表面

212‧‧‧第二反應表面

220‧‧‧第二冷卻流道

230‧‧‧第二反應流體流道

300‧‧‧膜電極組

h11‧‧‧第一反應流體注入孔

h12‧‧‧第一反應流體排出孔

h21‧‧‧第二反應流體注入孔

h22‧‧‧第二反應流體排出孔

h31‧‧‧第一冷卻劑流體注入孔

h32‧‧‧第一冷卻劑流體排出孔

h41‧‧‧第二冷卻劑流體注入孔

h42‧‧‧第二冷卻劑流體排出孔

Z1‧‧‧第一流道區域

Z11‧‧‧第一側邊

Z12‧‧‧第二側邊

Z13‧‧‧第三側邊

Z14‧‧‧第四側邊

Z2‧‧‧第二流道區域

Z21‧‧‧第一側邊

Z22‧‧‧第二側邊

Z23‧‧‧第三側邊

Z24‧‧‧第四側邊

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧水平方向

D3‧‧‧第二方向

F1、F2、F3‧‧‧流體流動路徑

C1、C2、C3‧‧‧冷卻劑流動路徑

A1‧‧‧角度

AX1‧‧‧軸

第1圖為習知技術之燃料電池之剖視圖；第2圖為本發明之一實施例之燃料電池裝置的立體圖；第3圖為本發明之一實施例之燃料電池裝置之燃料電池的部份爆炸圖；第4圖為本發明之一實施例之第一流場板的前視圖；第5圖為本發明之一實施例之第一流場板的後視圖；第6圖為本發明之一實施例之第二流場板的後視圖；第7圖為本發明之一實施例之第二流場板的前視圖；以及第8圖為本發明之一實施例之流場板組件的部份立體圖。

2‧‧‧燃料電池裝置

21‧‧‧電池核心

22、23‧‧‧電極

24、25‧‧‧保護蓋

h11‧‧‧第一反應流體注入孔

h12‧‧‧第一反應流體排出孔

h21‧‧‧第二反應流體注入孔

h22‧‧‧第二反應流體排出孔

h31‧‧‧第一冷卻劑流體注入孔

h32‧‧‧第一冷卻劑流體排出孔

h41‧‧‧第二冷卻劑流體注入孔

h42‧‧‧第二冷卻劑流體排出孔

Claims (17)

1. 一種用於燃料電池裝置之流場板，包括：一第一表面，具有一用以接收一第一流體之第一流體注入孔、複數個用以輸送該第一流體之第一流道、以及一用以排出該第一流體之第一流體排出孔，其中該第一流道大致沿一第一方向線性延伸；以及一第二表面，具有一用以接收一第二流體之第二流體注入孔、複數個用以輸送該第二流體之第二流道、以及一用以排出該第二流體之第二流體排出孔，其中該第二流道大致沿該第一方向線性延伸；其中該第一流體注入孔和該第二流體排出孔鄰近位於該流場板之一第一側邊，該第一流體排出孔和該第二流體注入孔鄰近地位於該流場板之一第二側邊，其中該第二側邊相對於該第一側邊，且每一該等第一流道和每一該等第二流道具有大致相等之長度；其中上述第一流道以及上述第二流道由鄰近於上述第一側邊延伸至鄰近於上述第二側邊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池裝置之流場板，其中該第一方向與一地面之間具有一角度，該角度介於0度至180度之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池裝置之流場板，其中該流場板更包括一第三流體注入孔、一第四流體排出孔、一第三流體排出孔、以及一第四流體注入孔，其中該第三流體注入孔和該第四流體排出孔鄰近位於該流 場板之一第三側邊，該第三流體排出孔和該第四流體注入孔鄰近地位於該流場板之一第四側邊，其中該第四側邊相對於該第三側邊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池裝置之流場板，其中該第一流體包括一氧化劑或一燃料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池裝置之流場板，其中該第二流體包括一冷卻劑。
6. 一種燃料電池裝置，包括：一膜電極組；一第一流場板，包括：一第一表面，具有一用以接收一第一流體之第一流體注入孔、複數個用以輸送該第一流體之第一流道、一用以排出該第一流體之第一流體排出孔，其中該第一流道大致沿一第一方向線性延伸；以及一第二表面，具有一用以接收一第二流體之第二流體注入孔、複數個用以輸送該第二流體之第二流道、一用以排出該第二流體之第二流體排出孔，其中該第二流道大致沿該第一方向線性延伸；以及一第二流場板，包括：一第三表面，具有一用以接收一第三流體之第三流體注入孔、複數個用以輸送該第三流體之第三流道、以及一用以排出該第三流體之第三流體排出孔，其中該第三流道大致沿一第二方向線性延伸；以及一第四表面，具有一用以接收一第四流體之第四流體 注入孔、複數個用以輸送該第四流體之第四流道、以及一用以排出該第四流體之第四流體排出孔，其中該第四流道大致沿該第二方向線性延伸；其中每一該等第一流道、每一該等第二流道、每一該等第三流道、以及每一該等第四流道具有大致相等之長度，且該第二方向大致垂直於該第一方向。
7. 如申請專利範圍第6項所述之燃料電池裝置，其中該第一流場板之該第一流體注入孔和該第二流體排出孔鄰近地位於該第一流場板之一第一側邊，該第一流場板之該第一流體排出孔和該第二流體注入孔鄰近位於該第一流場板之一第二側邊，其中該第二側邊相對於該第一側邊，以及上述第一流道以及上述第二流道由鄰近於上述第一側邊延伸至鄰近於上述第二側邊。
8. 如申請專利範圍第7項所述之燃料電池裝置，其中該第一流場板更包括：一第三流體注入孔，用以接收該第三流體；一第四流體排出孔，用以排出該第四流體，其中該第三流體注入孔和第四流體排出孔鄰近位於該第一流場板之一第三側邊；一第三流體排出孔，用以排出該第三流體；以及一第四流體注入孔，用以接收該第四流體，其中該第三流體排出孔和該第四流體注入孔鄰近位於該第一流場板之一第四側邊，且該第四側邊相對於該第三 側邊。
9. 如申請專利範圍第6項所述之燃料電池裝置，其中該第二流場板之該第三流體注入孔和該第四流體排出孔鄰近地位於該第二流場板之一第一側邊；該第二流場板之該第三流體排出孔和該第四流體注入孔鄰近位於該第二流場板之一第二側邊，其中該第二側邊相對於該第一側邊。
10. 如申請專利範圍第9項所述之燃料電池裝置，其中該第二流場板更包括：一第一流體注入孔，用以接收該第一流體；一第二流體排出孔，用以排出該第二流體，該第一流體注入孔和該第二流體排出孔鄰近地設置於該第二流場板之一第三側邊；一第一流體排出孔，用以排出該第一流體；以及一第二流體注入孔，用以接收該第二流體，該第一流體排出孔和第二流體注入孔鄰近地位於該第二流場板之一第四側邊，其中該第四側邊相對於該第三側邊。
11. 如申請專利範圍第6項所述之燃料電池裝置，其中該第一方向和該第二方向與一地面之間具有一角度，該角度介於0度至180度之間。
12. 如申請專利範圍第6項所述之燃料電池裝置，其中該第一和第三流體分別包括一氧化劑或一燃料，該第二和第四流體分別包括一冷卻劑。
13. 一種用於燃料電池裝置之流場板組件，包括： 一第一流場板，包括：一第一表面，具有一用以接收一第一流體之第一流體注入孔、複數個用以輸送該第一流體之第一流道、以及一用以排出該第一流體之第一流體排出孔，其中該第一流道大致沿一第一方向線性延伸；以及一第二表面，具有一用以接收一第二流體之第二流體注入孔、複數個用以輸送該第二流體之第二流道、以及一用以排出該第二流體之第二流體排出孔，其中該第二流道大致沿該第一方向線性延伸；以及一第二流場板，包括：一第三表面，具有一用以接收一第三流體之第三流體注入孔、複數個用以輸送該第三流體之第三流道、以及一用以排出該第三流體之第三流體排出孔，其中該第三流道大致沿一第二方向線性延伸；以及一第四表面，具有一用以接收一第四流體之第四流體注入孔、複數個用以輸送該第四流體之第四流道、以及一用以排出該第四流體之第四流體排出孔，其中該第四流道大致沿該第二方向線性延伸；其中每一該等第一流道、每一該等第二流道、每一該等第三流道、以及每一該等第四流道具有大致相等之長度，且該第二方向大致垂直於該第一方向。
14. 如申請專利範圍第13項所述之用於燃料電池裝置之流場板組件，該第一方向和該第二方向與一地面之間具有一角度，該角度介於0度至180度之間。
15. 如申請專利範圍第13項所述之用於燃料電池裝置之流場板組件，其中該第一和第三流體分別包括一氧化劑或一燃料，該第二和第四流體分別包括一冷卻劑。
16. 如申請專利範圍第13項所述之用於燃料電池裝置之流場板組件，其中該燃料電池裝置更包括一第一燃料電池和一第二燃料電池，該第一流場板位於該第一燃料電池內，以及該第二流場板位於該第二燃料電池內。
17. 如申請專利範圍第16項所述之用於燃料電池裝置之流場板組件，其中該第二燃料電池鄰接於該第一燃料電池。