TWI723318B

TWI723318B - 燃料電池之流道板

Info

Publication number: TWI723318B
Application number: TW108100859A
Authority: TW
Inventors: 曾重仁
Original assignee: 國立中央大學
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2021-04-01
Also published as: TW202027325A

Abstract

本發明為一種燃料電池之流道板，其包括入口、出口、具有第一主流道及複數連通至該第一主流道之第一分流道之入料區、設於第一主流道並具有第一導引部之複數第一擋塊、反應區及出料區，其中，反應區與入料區之各該第一分流道及出料區相流體連通，並使燃料自入料區饋入後，經第一導引部強制將部分燃料導引而送入反應區，以使燃料進行反應以產生電能，並促進反應後生成之產物由出料區導出，以避免產物積塞於燃料電池中。

Description

燃料電池之流道板

本發明係有關燃料電池之導流設計，尤指一種具有分流導引燃料之燃料電池之流道板。

燃料電池是一種新興的電力來源，亦為一種發電裝置，其不同於用畢即丟之非充電式電池無法循環使用，而造成環境負擔，亦未如充電式電池需要一直充電以持續提供電力，使用上不甚便利。燃料電池主要利用例如氫氣作為燃料，於燃料電池中進行反應以產生電力，而其反應後之產物往往為水，因此，燃料電池不會對環境造成影響。

一般燃料電池包括作為質子交換之用的膜電極及設於膜電極二側之流道板，藉由流道板將燃料引入燃料電池中，透過膜電極反應後發電，並生成例如水之產物，另外，為使氫氣燃料有效擴散，亦會利用發泡材設於流道中，以提升燃料電池的效能。

習知流道板結構如單蛇型流道板，其利用蜿蜒的流道將燃料引入燃料電池中，然而，單蛇型流道板存在許多缺點，諸如於流道之蜿蜒處易生積水，而且隨著流道的長度愈長，於後段的流道往往發生燃料之濃度不足之問題，將造成膜電極無法獲得足夠的反應燃料，另外，單蛇型流道於對流傳輸上受制，造成電化學反應受到阻礙，並使得電流密度下降等問題，皆將影響燃料電池之發電效能。

有鑑於此，如何提供一種有效使燃料進入流道之流道板，以供燃料電池於反應時能有效發電，於反應後更能將其產物順利排出，此實為目前本技術領域人員急欲追求之目標。

本發明之目的係提供可使燃料強制進入流道中之燃料電池之流道板，以利於燃料進入燃料電池中進行反應並產生電能。

本發明之另一目的是藉由本發明之燃料電池之流道板促進燃料經反應所生成之產物排出，以避免產物積塞於燃料電池中，影響燃料電池之發電效能。

為了達成上述或其他目的，本發明提供一種燃料電池之流道板，其包括入口；出口；入料區，係包括第一主流道及複數連通至該第一主流道之第一分流道，各該第一分流道經該第一主流道與入口流體連通，以供燃料自該入口饋入該入料區；複數第一擋塊，係設於該第一主流道中，且各該第一擋塊包括第一導引部，以導引該燃料流向各該第一分流道；至少一反應區，係與各該第一分流道流體連通，使該燃料經各該第一分流道進入該反應區後，於該反應區進行反應；以及出料區，係與該反應區及出口流體連通，以將該燃料經反應而生成之產物經由該出料區導引至該出口。

於一具體實施例中，該複數第一擋塊之至少一者係對應各該第一分流道之位置而設於該第一主流道中，且該第一導引部自該第一主流道向對應之該第一分流道的方向延伸。

於另一具體實施例中，該第一導引部為自該第一主流道向對應之該第一分流道之方向延伸之斜面或弧面。

於另一具體實施例中，該複數第一擋塊之至少一者的第一導引部與該第一分流道直接連接，使該第一導引部直接導引該燃料直接進入該反應區。

於另一具體實施例中，該出料區包括第二主流道及複數連通至該第二主流道之第二分流道，其中，各該第二分流道、該第二主流道及該出口依序相互流體連通，以將該產物導引至該出口。

於另一具體實施例中，本發明之燃料電池之流道板復包括設於該第二主流道中之複數第二擋塊，且各該第二擋塊具有第二導引部，以導引該產物流向該出口。

於另一具體實施例中，該複數第二擋塊之至少一者係對應各該第二分流道之位置而設於該第二主流道中，且該第二導引部自該第二主流道向對應之該第二分流道的方向延伸。

於另一具體實施例中，該第二導引部呈斜面或弧面。

於另一具體實施例中，該複數第二擋塊之至少一者的第二導引部與該第二分流道直接連接，使該第二導引部將產物直接導引並送入該第二主流道。

於又一具體實施例中，反應區之數量為至少二個，且各該反應區與至少一該第一分流道及至少一該第二分流道流體連通。

於再一具體實施例中，各該第一擋塊具有不同之尺寸小，且各該第二擋塊具有不同之尺寸。

由上可知，相較於先前技術，本發明可以強制將燃料導入反應區中，另外，亦達到於燃料反應後，將產物導引而促進其排出之目的。

1‧‧‧流道板

10‧‧‧入料區

101‧‧‧第一主流道

102‧‧‧第一分流道

103‧‧‧第一導引道

11、11’‧‧‧第一擋塊

111、111’‧‧‧第一導引部

12、12’‧‧‧反應區

13‧‧‧出料區

131‧‧‧第二主流道

132‧‧‧第二分流道

14‧‧‧入口

15‧‧‧出口

16‧‧‧第二擋塊

161‧‧‧第二導引部

A‧‧‧局部區域

F1‧‧‧主流向

F2‧‧‧分流向

第1圖為本發明之燃料電池之流道板之第一實施例結構圖；第2圖為本發明之流道板於局部區域A之局部視圖；第3圖為本發明之燃料電池之流道板之第二實施例結構圖；以及第4圖為本發明之擋塊之另一實施例之結構圖。

以下藉由特定的具體實施形態說明本發明之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點與功效。然本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。

請參照第1圖，其為本發明之燃料電池之流道板之第一實施例，其中，本發明之一種燃料電池之流道板1包括入料區10、複數第一擋塊11、至少一反應區12及出料區13，其中，反應區12與入料區10及出料區13流體連通，以使燃料由入料區10進入反應區12進行反應，並於燃料經反應而生成產物後，使產物由出料區13排出。

詳言之，請同時參考第1、2圖，入料區10包括第一主流道101及複數連通至該第一主流道101之第一分流道102，各第一分流道102 經第一主流道101與入口14流體連通，其中，入口14為入料區10中之開口，入口14與入料區10之第一主流道101流體連通，使得燃料由入口14直接饋入入料區10，於燃料自入口14進入入料區10時，燃料先流經第一主流道101，再經第一分流道102使燃料進入反應區。

請參考第1圖，並同時參考第2圖之局部區域A之放大圖，各第一擋塊11設於第一主流道101中，各第一擋塊11分別設於第一主流道101與各第一分流道102流體連通處，以與各第一分流道102對應設置，各第一擋塊11包括第一導引部111，第一導引部111向對應之第一分流道102的方向延伸，以於燃料自入口14流入第一主流道101後強制導引燃料流向該第一分流道102。在非限制性的實例中，複數第一擋塊11之至少一者係對應各第一分流道102之位置而設於第一主流道101中，例如第一主流道101之壁面上，且第一導引部111自第一主流道101向對應之第一分流道102的方向延伸。不同實施態樣中，複數第一擋塊11之至少一者可根據第4圖的實施方式設計。

請參考第1圖，反應區12與各第一分流道102流體連通，進而使得流向該第一分流道102之燃料經各第一分流道102進入反應區12後，燃料則於反應區12中進行反應，以產生電及產物。

請參考第1圖，出料區13與反應區及出口15流體連通，其中，出口15為出料區13中與出料區13流體連通之開口，於燃料經反應而生成產物後，將產物經由出料區13導引至出口15排出，以免產物積塞於燃料電池中而影響發電效果。

另外，請繼續參考第1圖，出料區13亦可包括第二主流道 131及複數連通至第二主流道131之第二分流道132，各第二分流道132並經第二主流道131與出口15流體連通，以將產物導引至出口15，而本發明之燃料電池之流道板1復可包括複數第二擋塊16，各第二擋塊16設於該第二主流道131並具有第二導引部161，該第二導引部161向對應之該第二分流道132延伸，以導引產物流向該出口15，亦即，藉由第二主流道131中設置第二導引部161，使得產物經第二分流道132流出反應區12後，透過第二導引部161之導引而強制將產物導向出口15，以利於產物之排出。

進一步來說，請參考第2圖，其為本發明之第一主流道101於第一分流道102處之局部圖，並為本發明之第一擋塊11之第一實施例，其中，第一導引部111自第一主流道101向對應之第一分流道102延伸，具體而言，第一導引部111可呈斜面或弧面，亦即，如第2圖所示，第一擋塊11可形成具有一斜面或弧面之楔型結構，並使得第一導引部111面向第一主流道101，進而將來自入口之部分燃料之由燃料主流向F1經第一導引部111之斜面或弧面換向，以使部分燃料轉成分流向F2而強制將部分燃料送入第一導引部111對應之第一分流道102及反應區12。另外，於出料區13方面，第二導引部161自第二主流道131向對應之第二分流道132延伸，進而可使得第二導引部161也呈斜面或弧面，由第1圖所示可知，出料區結構與入料區結構相仿，因而，出料區13之結構特徵詳細說明請參考前開入料區10之技術內容，故而不再重覆贅述，因此，本發明之燃料電池之流道板1可透過前開出料區13之結構以促進產物自反應區12經出料區13而於出口15排出。

再進一步言之，各第一擋塊11具有不同之尺寸，且各該第二擋塊16具有不同之尺寸，據此，本發明藉由大小不同之擋塊，可進一步使得擋塊之導引部亦具各異之大小，亦即，於較大之擋塊之導引部可導引之燃料較多，即可達到較佳的導引效果。

請再參考第3圖，其係為本發明之燃料電池之流道板之第二實施例，其與第一實施例於結構上大致相同，其相異處在於本發明之燃料電池之流道板1包括至少二反應區12’，如第3圖所示之三個反應區12’為例，各反應區12’至少與一第一分流道102及一第二分流道132流體連通，因此，每一反應區12’流體連通一第一分流道102及一第二分流道132，並分別對應一第一擋塊11及一第二擋塊16，一方面將自入口14進入之燃料強制送入對應之第一分流道102及反應區12’，另一方面將產物自反應區12’經對應之第二分流道132，並透過第二擋塊16以達到促進產物自出口15排出之功效，再者，每一反應區12’亦可依需求以設計為與複數第一分流道102及複數第二分流道132流體連通。另外，具有多個反應區的設計也可應用到本發明其他實施例中。

請再參考第4圖，其為本發明之第一擋塊之第二實施例，其中，第一導引部111’與第一分流道102連接，由第4圖所示，第一擋塊11’之第一導引部111’設於第一分流道102之燃料進口處，使得第一分流道102向第一主流道101延伸形成第一導引道103，進而使燃料經第一導引部111’直接進入反應區12，亦可達到將流經第一擋塊11’之部分燃料換向，以強制送入第一分流道102及反應區12之目的。在不同實施態樣中，只需要複數第一擋塊11’之至少一者的第一導引部111’與該第一分流道102連接，使經該第一導引部111’之該燃料直接進入該反應區12即可。另外，於出料區中(圖未繪示)，第二導部引亦可與第二分流道連接，而第二導引部與第二分流道連接之結構與前開第一導引部111’與第一分流道102連接之結構無異，故不再重述。

綜上所述，本發明透過設置第一擋塊11、11’於對應之第一分流道102及第二擋塊16於對應之第二分流道132，使得於第一主流道101中流動之燃料，經第一擋塊11、11’之第一導引部111、111’將部分燃料流動之方向轉向，進而達到導引流經第一擋塊11、11’之部分燃料強制送入反應區12、12’中進行反應之目的，而燃料於反應區12、12’中反應而生成之產物於流經第二分流道132後，由第二擋塊16之第二導引部161將產物直接導引向出口15處之方向流動以達到促進產物之排出之目的。

相較於現有技術，本發明所提出之燃料電池之流道板使得燃料進入其內後，藉由第一擋塊的導引效果以強制燃料進入反應區中，使得有足夠的燃料導入於燃料電池的膜電極內進行反應，以增加燃料使用效率，更有效改善反應區中燃料擴散不均勻之缺點，並提高電池性能，另於燃料反應後，經第二擋塊將產物導向出口而促進產物排出，因而能解決例如單蛇型流道板之習知結構會在流道之蜿蜒處產生積水的問題，並且隨著流道長度增加，使得在流道後段之氣體濃度不足，進而造成膜電極組無法得到充分的反應氣體等問題。

上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。