TWI615352B

TWI615352B - 產氫裝置

Info

Publication number: TWI615352B
Application number: TW105134968A
Authority: TW
Inventors: 曾繁根; 潘欽; 王學聖; 傅詩貽; 凃妙華
Original assignee: 國立清華大學
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-02-21
Also published as: US9884305B1; TW201815664A

Abstract

一種產氫裝置，其中：第一基板包括位於其第一側的液體儲槽與第一氣體儲槽，且第一基板自液體儲槽至第一氣體儲槽依序包括第一液體擴散區、第二液體擴散區及漸擴式流道區。第一液體擴散區與第二液體擴散區分別具有多個液體擴散結構，且漸擴式流道區具有多個漸擴式流道。層板覆蓋第一基板的第一側，且包括與液體儲槽連通的液體進料入口。第二基板的第一側覆蓋第一基板的第二側，且包括位於第一側的第二氣體儲槽與氣體反應流道。觸媒配置於氣體反應流道中，且加熱器配置於第二基板的第二側上。

Description

產氫裝置

本發明是有關於一種產氫裝置，且特別是有關於一種以例如是甲醇與雙氧水的液體進料作為反應物的產氫裝置。

燃料電池如質子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell；PEMFC）、磷酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell；PAFC）等使用氫氣作為進料。然而，氫氣的製備及運輸極為不便，故難以便利地得到氫氣來源。

直接甲醇燃料電池（direct methanol fuel cell；DMFC）直接使用甲醇液體作為進料，故可解決難以取得進料來源的問題。在DMFC技術發展中，如何增加進料速度以及提高液體進料的蒸發效率均是改善DMFC發電效率的重要課題。

本發明提供一種產氫裝置，可提高液體進料的蒸發效率。

本發明的產氫裝置包括第一基板、第一層板、第二基板以及加熱器。第一基板具有相對的第一側及第二側，第一基板包括液體儲槽、第一氣體儲槽、第一液體擴散區、第二液體擴散區以及漸擴式流道區。液體儲槽位於第一基板的第一側，且第一氣體儲槽位於第一基板的第一側。第一液體擴散區位於液體儲槽與第一氣體儲槽之間，其中呈陣列形式的多個第一液體擴散結構位於第一液體擴散區中。第二液體擴散區位於第一液體擴散區與第一氣體儲槽之間，其中呈陣列形式的多個第二液體擴散結構位於第二液體擴散區中。漸擴式流道區位於第二液體擴散區與第一氣體儲槽之間，其中多個漸擴式流道位於漸擴式流道區中，每個漸擴式流道在液體儲槽至第一氣體儲槽的第一方向上延伸且漸擴。第一層板覆蓋第一基板的第一側，第一層板包括分別貫穿第一層板的液體進料入口，其中液體進料入口與液體儲槽連通。第二基板具有相對的第一側與第二側，第二基板的第一側覆蓋第一基板的第二側，第二基板包括第二氣體儲槽與氣體反應流道。第二氣體儲槽位於第二基板的第一側，且與第一氣體儲槽連通。氣體反應流道位於第二基板的第一側，其中氣體反應流道的入口與第二氣體儲槽連通，且觸媒配置於氣體反應流道中。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，第一基板更可包括毛細結構區。毛細結構區位於液體儲槽與第一液體擴散區之間，其中多個流道位於毛細結構區中且沿著第一方向延伸。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，每個流道的寬度例如是介於1 μm至100 μm之間。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，在與第一方向交錯的第二方向上，相鄰的第一液體擴散結構之間的間距例如是大於或小於相鄰的第二液體擴散結構之間的間距。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，在第一液體擴散區中多個第一液體擴散結構的形狀可包括V形、圓形、矩形或其組合。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，在第二液體擴散區中多個第二液體擴散結構的形狀可包括V形、圓形、矩形或其組合。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，漸擴式流道的擴張角度例如是介於0.1°至30°之間。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，在第一方向上，第一液體擴散區與第二液體擴散區的總長度與漸擴式流道區的長度的比值可介於0.5至2之間。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，第一基板更可包括氣體混合槽。氣體混合槽位於第一基板的第二側，其中氣體混合槽的入口與第一氣體儲槽連通，且氣體混合槽的出口與第二氣體儲槽連通。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，氣體混合槽更可包括第一氣體擴散區以及第二氣體擴散區。第一氣體擴散區位於氣體混合槽的入口與出口之間，其中呈陣列形式的多個第一氣體擴散結構位於第一氣體擴散區中。第二氣體擴散區位於第一氣體擴散區與氣體混合槽的出口之間，其中呈陣列形式的多個第二氣體擴散結構位於第二氣體擴散區中。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，在與沿著氣體混合槽的入口至出口的第三方向交錯的第四方向上，相鄰的第一氣體擴散結構之間的間距例如是大於或小於相鄰的第二氣體擴散結構之間的間距。

在本發明的一實施例中，上述的產氫裝置更可包括第二層板。第二層板位於氣體混合槽與第二基板之間，其中第二層板包括貫穿第二層板的氣體通孔，氣體通孔與第二氣體儲槽連通。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，氣體反應流道的深度例如是介於100 μm至1000 μm之間。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，氣體反應流道可為連續彎折形（zigzag），且在彎折處具有柱狀結構。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，柱狀結構與氣體反應流道的側壁的距離例如是介於50 μm至5000 μm之間。

在本發明的一實施例中，在上述的產氫裝置中，加熱器可配置於第二基板的第二側上。

在本發明的一實施例中，上述的產氫裝置更可包括第三層板，第三層板覆蓋加熱器。

基於上述，在本發明的產氫裝置中，每個第一液體擴散結構與每個第二液體擴散結構皆可間接地作為一個微型加熱器，故可增加液體進料受熱的面積。因此，可提高加熱器對於液體進料的熱傳效率，且提高液體進料的蒸發效率。此外，藉由漸擴式流道的設置，可避免液體進料蒸發為氣體之後反向回流而干擾液體進料的流向。據此，可進一步地提高液體進料的蒸發效率，並可有效地引導甲醇氣體與氧氣進入後續的氣體反應流道以進行產氫反應。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的一實施例的產氫裝置的爆炸圖。圖2是圖1的第二基板的第二側的俯視放大圖。

請參照圖1，產氫裝置100包括第一層板102、第一基板104以及第二基板106。第一層板102包括貫穿第一層板102的液體進料入口108。產氫裝置100更可包括第二層板110與第三層板112，其中第二層板110夾置於第一基板104與第二基板106之間，且第二基板106夾置於第二層板110與第三層板112之間。第一基板104與第二基板106可為矽基板，且第一層板102、第二層板110以及第三層板112的可為玻璃基板，其可用以封裝與引導液體與氣體。然而，本發明並不以第一層板102、第一基板104、第二層板110、第二基板106以及第三層板112的材料為限，所屬領域中具有通常知識者可視其需求而選用適當的材料。此外，可藉由陽極接合的技術將第一層板102、第二層板110與第三層板112與第一基板104及第二基板106接合。

請同時參照圖1與圖2，產氫裝置100更包括加熱器114，以提供產氫裝置100所需的熱能。加熱器114的加熱溫度範圍可在250°C以下，且在一實施例中加熱溫度可在150°C以下。加熱器114可配置於第二基板106的第二側106b上，且第三層板112可覆蓋加熱器114。在其他實施例中，加熱器114更可配置於第二層板110，使其面對第一基板104的第二側104b，且第三層板112可覆蓋第二基板106的第二側106b。加熱器114可為電阻式加熱器，並可以鋰電池作為電力來源。然而，本發明並不以加熱器114的種類及其配置的位置為限，所屬領域中具有通常知識者可視其需求而選用適當的加熱器種類並將其配置於適合的位置。

圖3是圖1的第一基板的第一側的立體放大圖。圖4是圖1的第一基板的第二側的立體放大圖。

請同時參照圖1與圖3，第一基板104具有相對的第一側104a及第二側104b，且第一基板104包括液體儲槽116、第一液體擴散區118a、第二液體擴散區118b、漸擴式流道區120及第一氣體儲槽122，其皆位於第一基板104的第一側104a。第一液體擴散區118a位於液體儲槽116與第一氣體儲槽122之間，且第二液體擴散區118b位於第一液體擴散區118a與第一氣體儲槽122之間。此外，漸擴式流道區120位於第二液體擴散區118b與第一氣體儲槽122之間。第一層板102覆蓋第一基板104的第一側104a，且液體進料入口108與液體儲槽116連通。液體進料包含具有特定比例的甲醇液體與雙氧水。舉例而言，液體進料中的甲醇液體與雙氧水的體積比例可在1：5至5：1的範圍之間。據此，包含具有特定比例的甲醇液體與雙氧水的液體進料可由液體進料入口108進入液體儲槽116。

第一基板104更可包括毛細結構區124，其位於液體儲槽116與第一液體擴散區118a之間。多個流道126位於毛細結構區124中，且沿著液體儲槽116至第一氣體儲槽122的第一方向D1延伸。每個流道126的寬度可介於1 μm至100 μm之間，但本發明並不以此為限，只要是可產生毛細力的流道寬度皆可適用。在液體儲槽116中的液體進料可藉由其與流道126產生的毛細現象而朝向自液體儲槽116至第一氣體儲槽122的第一方向D1流入第一液體擴散區118a中。

呈陣列形式的多個第一液體擴散結構128a位於第一液體擴散區118a中，且呈陣列形式的多個第二液體擴散結構128b位於第二液體擴散區118b中。藉由加熱器114提供熱能，每個第一液體擴散結構128a以及每個第二液體擴散結構128b皆可間接地作為一個微型加熱器。因此，可增加液體進料受熱的面積，亦即提高加熱器114對液體進料的熱傳效率。換言之，可提高液體進料蒸發為甲醇氣體與氧氣的蒸發效率。

在與第一方向D1交錯的第二方向D2上，相鄰的第一液體擴散結構128a之間的間距可小於相鄰的第二液體擴散結構128b之間的間距。第一方向D1例如是與第二方向D2垂直，但本發明並不以此為限，所屬領域中具有通常知識者可視其需求調整第一方向D1與第二方向D2的夾角。由於相鄰的第一液體擴散結構128a之間的間距較小，在第一液體擴散區118a中的液體進料的流動方向可更受到第一液體擴散結構128a之間的間隙所局限，進而經引導以集中地朝向第一方向D1前進。因此，液體進料可經引導而較快速地通過第一液體擴散區118a。相較而言，相鄰的第二液體擴散結構128b之間的間距較大，其有助於使第二液體擴散區118b中的液體進料朝向第二方向D2流動。因此，可使液體進料更均勻地分佈在第二液體擴散區118b中，故可增加液體進料的受熱面積，進而提高其蒸發效率。

這些第一液體擴散結構128a的形狀包括V形、圓形、矩形或其組合，且這些第二液體擴散結構128b的形狀亦包括V形、圓形、矩形或其組合。在本實施例中是以第一液體擴散結構128a及第二液體擴散結構128b皆為V形來進行說明，但本發明並不以此為限。除了在第二方向D2上的間距不同之外，每個第一液體擴散結構128a的長寬比（亦即在第一方向D1上的尺寸與在第二方向D2上的尺寸之比值）更可大於每個第二液體擴散結構128b的長寬比。換言之，在本實例中，每個V形的第一液體擴散結構128a的夾角可小於每個V形的第二液體擴散結構128b的夾角。據此，相鄰的第一液體擴散結構128a之間的間隙在第一方向D1上所延伸的長度大於在第二方向D2上所延伸的長度。因此，在第一液體擴散區118a中的液體進料可進一步地經引導以朝向第一方向D1流動。相反地，相鄰的第二液體擴散結構128b之間的間隙在第二方向D2上所延伸的長度大於在第一方向D1上所延伸的長度。因此，有助於使第二液體擴散區118b中的液體進料往第二方向D2流動，故可較發散地流動而均勻擴散在第二液體擴散區118b中，而可進一步地提高液體進料的蒸發效率。

相反地，在另一實施例中，在第二方向D2上的相鄰的第一液體擴散結構128a之間的間距亦可大於相鄰的第二液體擴散結構128b之間的間距。如此一來，在第一液體擴散區118a中的液體進料可均勻地擴散，且在第二液體擴散區118b中的液體進料可集中地朝向第一方向D1流動。此外，每個第一液體擴散結構128a的長寬比更可小於每個第二液體擴散結構128b的長寬比。換言之，在本實施例中，每個V形的第一液體擴散結構128a的夾角可大於每個V形的第二液體擴散結構128b的夾角。因此，在第一液體擴散區118a中的液體進料可較發散地流動而均勻擴散在第一液體擴散區118a中，故可進一步提高液體進料的蒸發效率。此外，在第二液體擴散區118b中的液體進料可進一步地經引導以朝向第一方向D1流動。

在其他實施例中，液體儲槽116與第一氣體儲槽122之間的液體擴散區之數量可大於2個，且每個液體擴散區分別包括多個液體擴散結構。相鄰的液體擴散結構在第二方向D2上的間距可朝向第一方向D1漸增。此外，每個液體擴散結構的長寬比更可朝向第一方向D1漸減。換言之，在本實施例中，每個V形的液體擴散結構的夾角可朝向第一方向D1漸增。相反地，相鄰的液體擴散結構在第二方向D2上的間距亦可朝向第一方向D1漸減。此外，每個液體擴散結構的長寬比更可朝向第一方向D1漸增。換言之，在本實施例中，每個V形的液體擴散結構的夾角可朝向第一方向D1漸減。

多個漸擴式流道130位於漸擴式流道區120中，每個漸擴式流道130在第一方向D1上延伸且漸擴。漸擴式流道130的擴張角度可介於0.1°至30°之間，在一實施例中擴張角度可為0.5°。擴張角度越大則越可避免液體進料蒸發為氣體之後反向回流而干擾液體進料的流向。據此，可進一步地提高液體進料的蒸發效率，並可有效地引導甲醇氣體朝第一方向D1流動。然而，當擴張角度過大（例如是大於30°）時，則會造成液體進料的受熱表面積變小，而造成蒸發效率下降的問題。

在第一方向D1上，第一液體擴散區118a與第二液體擴散區118b的總長度與漸擴式流道區120的長度的比值可介於0.5至2之間。若上述比值小於0.5則液體進料受熱的表面積減小而導致蒸發效率降低，且若上述比值大於2則避免甲醇氣體回流的效果將減弱。

請同時參照圖1、圖3與圖4，第一基板104更包括氣體混合槽132。氣體混合槽132位於第一基板104的第二側104b。氣體混合槽132具有入口134與出口136，其中入口134與第一氣體儲槽122連通。氣體混合槽132更可包括第一氣體擴散區138a與第二氣體擴散區138b。第一氣體擴散區138a位於氣體混合槽132的入口134與出口136之間，其中呈陣列形式的多個第一氣體擴散結構140a位於第一氣體擴散區138a中。第二氣體擴散區138b位於第一氣體擴散區138a與氣體混合槽132的出口136之間，其中呈陣列形式的多個第二氣體擴散結構140b位於第二氣體擴散區138b中。蒸發的甲醇氣體與氧氣一併流至混合槽132中，使得上述兩者在混合槽132中進行混合。

在與沿著氣體混合槽132的入口134至出口136的第三方向D3交錯的第四方向D4上（第三方向D3例如是與第一方向D1相反，且第四方向D2例如是與第二方向D2相同），相鄰的第一氣體擴散結構140a之間的間距可小於相鄰的第二氣體擴散結構140b之間的間距。此外，每個第一氣體擴散結構140a的長寬比（亦即在第三方向D3上的尺寸與在第四方向D4上的尺寸之比值）更可大於每個第二氣體擴散結構140b的長寬比。換言之，在本實施例中，每個V形的第一氣體擴散結構140a的夾角可小於每個V形的第二氣體擴散結構140b的夾角。類似於第一液體擴散結構128a與第二液體擴散結構128b的作用，在第一氣體擴散區138a中的甲醇氣體與氧氣的流動方向可受到第一氣體擴散結構140a之間較小的間距及/或延伸長度較長的間隙所局限，進而經引導以集中地朝向第三方向D3流動。相較而言，由於相鄰的第二氣體擴散結構140b之間的間距較大及/或間隙延伸長度較短，在第二氣體擴散區138b中的甲醇氣體與氧氣的流動方向較不受局限而可更均勻地分佈在氣體擴散區140b中，進而提高甲醇氣體與氧氣的受熱面積。

相反地，在另一實施例中，在第四方向D4上相鄰的第一氣體擴散結構140a之間的間距亦可大於相鄰的第二氣體擴散結構140b之間的間距。此外，每個第一氣體擴散結構140a的長寬比更可小於每個第二氣體擴散結構140b的長寬比。換言之，在本實施例中，每個V形的第一氣體擴散結構140a的夾角可大於每個V形的第二氣體擴散結構140b的夾角。如此一來，在第一氣體擴散區138a中的甲醇氣體與氧氣可均勻地擴散，且在第二氣體擴散區138b中的甲醇氣體與氧氣可集中地朝向第三方向D3流動。

在其他實施例中，氣體混合槽132的入口134與出口136之間的氣體擴散區之數量可大於2個。相鄰的氣體擴散結構在第四方向D4上的間距可朝向第三方向D3漸增。此外，每個氣體擴散結構的長寬比更可朝向第三方向D3漸減。換言之，在本實施例中，每個V形的氣體擴散結構的夾角可朝向第三方向D3漸增。相反地，相鄰的氣體擴散結構在第四方向D4上的間距亦可朝向第三方向D3漸減。此外，每個氣體擴散結構的長寬比更可朝向第三方向D3漸增。換言之，在本實施例中，每個V形的氣體擴散結構的夾角可朝向第三方向D3漸減。

請同時參照圖1與圖4，產氫裝置100更可包括第二層板110，第二層板110位於氣體混合槽132與第二基板106之間，其中第二層板110包括貫穿第二層板110的氣體通孔142。氣體通孔142與氣體混合槽132的出口136連通。

圖5是圖1的第二基板的第一側的俯視放大圖。

請同時參照圖1、圖4與圖5，第二基板106具有相對的第一側106a與第二側106b，其中第二基板106的第一側106a覆蓋第一基板104的第二側104b。第二基板106包括第二氣體儲槽144與氣體反應流道146，其皆位於第二基板106的第一側106a。此外，第二基板106更可包括第三氣體儲槽148，其亦位於第二基板106的第一側106a。第二氣體儲槽144可藉由氣體通孔142以與氣體混合槽132的出口136連通。據此，在氣體混合槽132充分混合的氧氣與甲醇氣體可經由氣體通孔142而流至第二氣體儲槽144中。

在本實施例中，氣體混合槽132與第一氣體儲槽122連通。換言之，第二氣體儲槽144間接地與第一氣體儲槽122連通。在其他實施例中，產氫裝置100可不包括氣體混合槽132與第二層板110，此時可改變氣體通孔142的位置而使第二氣體儲槽144直接與第一氣體儲槽122連通。

氣體反應流道146的入口與第二氣體儲槽144連通，且觸媒（未繪示）配置於氣體反應流道146中。此外，氣體反應流道146的出口與第三氣體儲槽148連通。據此，第二氣體儲槽144中的氧氣與甲醇氣體的混合氣體可流至氣體反應流道146中，且在具有觸媒的氣體反應流道146中進行反應而產生氫氣。反應所產生的氫氣可沿著氣體反應流道146流至氣體反應流道146的出口，而進入第三氣體儲槽148中。加熱器114可控制氣體反應流道146的溫度，使其在250 °C以下。在一實施例中，氣體反應流道146的溫度可在150 °C以下。觸媒例如是銅錳鋅觸媒、銅基底觸媒或其他適合甲醇與氧氣的反應之觸媒材料。

氣體反應流道146的深度可介於100 μm至1000 μm之間。氣體反應流道146可為連續彎折形（zigzag），且在彎折處具有柱狀結構150。柱狀結構150與氣體反應流道146的側壁的距離可介於50 μm至5000 μm之間。連續彎折形的氣體反應流道146可提高氣體反應流道146的比表面積，亦即可增加設置於氣體反應流道146中的觸媒的含量，而可提高甲醇氣體及氧氣與觸媒的接觸面積，進而增加甲醇的轉化率。此外，連續彎折形的氣體反應流道146可提供縱向流場，且位於彎折處的柱狀結構150更可提供橫向流場，使得甲醇氣體與氧氣在具有觸媒的環境中可充分地反應。然而，所屬領域中具有通常知識者可視其需求而調整氣體反應流道146的尺寸以及形狀，本發明並不以此為限。

產氫裝置100更可包括氫氣出口152。氫氣出口152與第三氣體儲槽148連通，且貫穿第二基板106、第二層板110、第一基板104以及第一層板102。據此，可藉由氫氣出口152而將反應所產生的氫氣引導出產氫裝置100，進而收集上述反應所產生的氫氣。據此，產氫裝置100可與燃料電池搭配，而將其產出的氫氣作為燃料電池的進料。此外，此燃料電池更可應用於電子產品的電源供應器。

在上述實施例中，第一基板104與第二基板106所包含的構件是採用微影與蝕刻製程來製造，故上述構件是形成於第一基板104與第二基板106中，且為第一基板104與第二基板106的一部分。然而，在其他實施例中亦可將額外的膜層形成於第一基板104與第二基板106上，並對其進行圖案化製程以形成上述構件，本發明並不以製造方法為限。此外，由於採用本領域習知的微影、蝕刻及/或圖案化製程所製造出的結構之關鍵尺寸（critical dimension）可達到微米或更小的等級，故第一基板104與第二基板106所包含的構件的關鍵尺寸亦可達到上述的等級。據此，產氫裝置100的整體尺寸可達到例如是長2 cm、寬2 cm以及高0.23 cm或更小的尺寸，而可屬於一種微型的產氫裝置。由於產氫裝置100的尺寸微小，其可更佳地應用於小尺寸及/或可攜式電子產品的電源供應器上。

綜上所述，在本發明的產氫裝置中，液體擴散區中的每個液體擴散結構皆可間接地作為一個微型加熱器，故可增加液體進料受熱的面積。因此，可提高加熱器對於液體進料的熱傳效率，進而提高液體進料的蒸發效率。此外，藉由漸擴式流道的設置，可避免液體進料蒸發為氣體之後反向回流而阻礙液體進料的流動。據此，可進一步地提高液體進料的蒸發效率，並可有效地引導甲醇氣體與氧氣進入後續的氣體反應流道以進行產氫反應。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧產氫裝置
102、110、112‧‧‧層板
104、106‧‧‧基板
104a、106a‧‧‧第一側
104b、106b‧‧‧第二側
108‧‧‧液體進料入口
114‧‧‧加熱器
116‧‧‧液體儲槽
118a、118b‧‧‧液體擴散區
120‧‧‧漸擴式流道區
122、144、148‧‧‧氣體儲槽
124‧‧‧毛細結構區
126‧‧‧流道
128a、128b‧‧‧液體擴散結構
130‧‧‧漸擴式流道
132‧‧‧氣體混合槽
134‧‧‧入口
136‧‧‧出口
138a、138b‧‧‧氣體擴散區
140a、140b‧‧‧氣體擴散結構
142‧‧‧氣體通孔
146‧‧‧氣體反應流道
150‧‧‧柱狀結構
152‧‧‧氫氣出口
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
D4‧‧‧第四方向

圖1是依照本發明的一實施例的產氫裝置的立體爆炸圖。圖2是圖1的第二基板的第二側的俯視放大圖。圖3是圖1的第一基板的第一側的立體放大圖。圖4是圖1的第一基板的第二側的立體放大圖。圖5是圖1的第二基板的第一側的俯視放大圖。

100‧‧‧產氫裝置

102、110、112‧‧‧層板

104、106‧‧‧基板

104a、106a‧‧‧第一側

104b、106b‧‧‧第二側

108‧‧‧液體進料入口

142‧‧‧氣體通孔

152‧‧‧氫氣出口

Claims

一種產氫裝置，包括：第一基板，具有相對的第一側及第二側，所述第一基板包括：液體儲槽，位於所述第一基板的第一側；第一氣體儲槽，位於所述第一基板的第一側；第一液體擴散區，位於所述液體儲槽與所述第一氣體儲槽之間，其中呈陣列形式的多個第一液體擴散結構位於所述第一液體擴散區中；第二液體擴散區，位於所述第一液體擴散區與所述第一氣體儲槽之間，其中呈陣列形式的多個第二液體擴散結構位於所述第二液體擴散區中；以及漸擴式流道區，位於所述第二液體擴散區與所述第一氣體儲槽之間，其中多個漸擴式流道位於所述漸擴式流道區中，每個所述漸擴式流道在所述液體儲槽至所述第一氣體儲槽的第一方向上延伸且漸擴；第一層板，覆蓋所述第一基板的第一側，所述第一層板包括分別貫穿所述第一層板的液體進料入口，其中所述液體進料入口與所述液體儲槽連通；第二基板，具有相對的第一側與第二側，所述第二基板的第一側覆蓋所述第一基板的第二側，所述第二基板包括：第二氣體儲槽，位於所述第二基板的第一側，與所述第一氣體儲槽連通；以及氣體反應流道，位於所述第二基板的第一側，其中所述氣體反應流道的入口與所述第二氣體儲槽連通，且觸媒配置於所述氣體反應流道中；以及加熱器。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中所述第一基板更包括毛細結構區，位於所述液體儲槽與所述第一液體擴散區之間，其中多個流道位於所述毛細結構區中且沿著所述第一方向延伸。
如申請專利範圍第2項所述的產氫裝置，其中每個所述流道的寬度介於1 μm至100 μm之間。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中在與所述第一方向交錯的第二方向上，相鄰的第一液體擴散結構之間的間距大於或小於相鄰的第二液體擴散結構之間的間距。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中在所述第一液體擴散區中所述多個第一液體擴散結構的形狀包括V形、圓形、矩形或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中在所述第二液體擴散區中所述多個第二液體擴散結構的形狀包括V形、圓形、矩形或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中所述漸擴式流道的擴張角度介於0.1°至30°之間。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中在所述第一方向上，所述第一液體擴散區與所述第二液體擴散區的總長度與所述漸擴式流道區的長度的比值介於0.5至2之間。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中所述第一基板更包括氣體混合槽，所述氣體混合槽位於所述第一基板的第二側，其中所述氣體混合槽的入口與所述第一氣體儲槽連通，且所述氣體混合槽的出口與所述第二氣體儲槽連通。
如申請專利範圍第9項所述的產氫裝置，其中所述氣體混合槽更包括：第一氣體擴散區，位於所述氣體混合槽的入口與出口之間，其中呈陣列形式的多個第一氣體擴散結構位於所述第一氣體擴散區中；以及第二氣體擴散區，位於所述第一氣體擴散區與所述氣體混合槽的出口之間，其中呈陣列形式的多個第二氣體擴散結構位於所述第二氣體擴散區中。
如申請專利範圍第10項所述的產氫裝置，其中在與沿著所述氣體混合槽的入口至出口的第三方向交錯的第四方向上，相鄰的第一氣體擴散結構之間的間距大於或小於相鄰的第二氣體擴散結構之間的間距。
如申請專利範圍第9項所述的產氫裝置，更包括第二層板，所述第二層板位於所述氣體混合槽與所述第二基板之間，其中所述第二層板包括貫穿所述第二層板的氣體通孔，所述氣體通孔與所述第二氣體儲槽連通。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中所述氣體反應流道的深度介於100 μm至1000 μm之間。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中所述氣體反應流道為連續彎折形（zigzag），且在彎折處具有柱狀結構。
如申請專利範圍第14項所述的產氫裝置，其中所述柱狀結構與所述氣體反應流道的側壁的距離介於50 μm至5000 μm之間。
如申請專利範圍第1項所述的產氫裝置，其中所述加熱器配置於所述第二基板的第二側上。
如申請專利範圍第16項所述的產氫裝置，更包括第三層板，所述第三層板覆蓋所述加熱器。