专利名称：燃料电池的流道板模组的制作方法
燃料电池的流道板模组方法
技术领域：
本发明是关于一种燃料电池，特别是关于一种燃料电池的流道板模组。背景技术：
燃料电池(Fuel Cell)是一种借着电化学反应，直接利用含氢燃料 和空气产生电力的装置。由于燃料电池具有低污染、低噪音、高效率等 优点，是符合时代趋势的能源技术。在各种不同类型的燃料电池中，最 常见的有质子交换膜燃料电池(PEMFC)以及直接甲醇燃料电池(DMFC)两种类型。参阅图1所示，习知燃料电池的流道板模组1包括有一膜电极组 11 (Membrane Electrode Assemble,縮写为MEA)，而其外侧则分别设 一阳极流道板12与一阴极流道板13。其中膜电极组11是由一质子交 换膜111 (Proton Exchange Membrane, PEM)、 一阳极触媒层112、 一阴 极触媒层113、 一阳极扩散层114(Diffusion Layer, GDL)、 一阴极扩 散层115所组成。其中阳极流道板12与阴极流道板13通常由石墨所构 成，其内侧表面分别设有可供反应物流动的流道121、 131。甲醇水溶液经泵输送流经阳极流道板12的流道121中，而与膜电 极组11的阳极触媒层112反应时，需要有良好的流道设计方能使甲醇 水溶液与阳极触媒层112的触媒均匀反应。除此之外，甲醇水溶液与触 媒反应时会生成阳极产物(例如二氧化碳)，阳极流道板的流道结构设 计也需具备将阳极产物顺利排出的的功能。在习知阳极流道板的流道结构设计中，有采用蛇形流道(如图2)或 并联流道(如图3)等不同的结构。蛇形流道的阳极流道板12上布设有 回绕路径的蛇形流道121a,蛇形流道121a的一端是连通于一阳极燃料 入口 14，而另一端则连通于一阳极燃料出口 15。并联流道的阳极流道板12上布设有数个并联路径的并联流道121b，并联流道121b的一共 同端是连通于一阳极燃料入口 14，而另一共同端则连通于一阳极燃料 出口 15。上述的流道板虽然都能达到流体(甲醇水溶液)输送的目的，但仍存 在了各自的缺点。例如，蛇形流道的设计，由于流道长度较长，造成流 体在输送时(如箭号方向所示)的压损过大，故需以较大压力的泵方能驱 动甲醇水溶液流动，且蛇形流道上游的甲醇溶液经反应后才流至下游， 使得下游的甲醇水溶液浓度较上游低。亦即，此种蛇形流道的设计，存 在了甲醇浓度不均的问题。而并联流道的设计，虽然改善了蛇形流道的 上下游甲醇浓度不均的问题，但每个并联流道中的流量却有分配不均的 问题，且当流道中产生二氧化碳堆积时，使得流道的流阻增大，造成燃 料易朝其它较小流阻的流道流通，造成二氧化碳不易排除的问题。
发明内容本发明的目的是提供一种燃料电池的流道板模组，以第一导流组及 第二导流组的结构设计使流道板的燃料输送流道具有良好的流场，故使 阳极燃料得以均布在流道板的燃料输送流道中。本发明的另一目的是提供一种燃料电池的流道板模组，借由第一导 流组及第二导流组的结构使流道板的燃料浓度均一。本发明的又一目的是提供一种燃料电池的流道板模组，借由对称的 导流板设置，使燃料在通过流场时，各流道的流量分配均匀。为了达到上述目的，本发明提供一种燃料电池的流道板模组，包 括至少一流道板，每一流道板包括-一本体，包括一开设有一燃料入口的燃料入口壁面、 一开设有一 燃料出口的燃料出口壁面及两个对应的侧壁面，该些壁面定义出一燃料 输送流道，该燃料输送流道区分为一中央汇流区域以及位在该中央汇流 区域两侧的分流区域，该燃料入口与燃料出口位于该中央汇流区域，一 燃料由该燃料入口导入至该燃料输送流道后，以一流体导出方向由该燃 料出口导出；一第一导流组，包括有数个第一导流板，沿着该流体导出方向间隔地布列在该中央汇流区域，各个第一导流板的长度方向是垂直于该流 体导出方向；二第二导流组，是分别左右对应地布列在该第一导流组的两侧的 分流区域，每一个第二导流组包括有至少一第二导流板，各个第二导流 板的长度方向是垂直于该流体导出方向，各个第二导流板的内侧端是向 该中央汇流区域的方向延伸至两相邻的第一导流板之间，并与该相邻的 第一导流板间在流体导出方向具有一偏移距离，而在该第二导流板与两 相邻的第一导流板之间分别形成一流体通道；其中该燃料由该燃料入口导入至该燃料输送流道后，由该第一导 流板导引向该分流区域而形成二分流，该分流经该第二导流板的导引 后，又使该分流分别导向该中央汇流区域，并汇集成一主流，该燃料在 经过至少一次的该第一导流板与该第二导流板的分流与汇流后，该燃料 由该燃料出口送出。综上所述，为达到上述的一或部分或全部目的，本发明的一种燃料 电池的流道板模组包括一流道板，流道板的燃料输送流道区分为一中央 汇流区域以及位于中央汇流区域两侧的分流区域，其中中央汇流区域设 置一第一导流组，而分流区域分别设置有一第二导流组。第二导流组的 各个第二导流板的内侧端是向中央汇流区域的方向延伸至第一导流组的 两相邻的第一导流板之间，并与相邻的第一导流板间在流体导出方向具 有一偏移距离，而在第二导流板与两相邻的第一导流板之间分别形成一 流体通道。相较于现有技术，本发明有效克服了习知燃料电池的流道板的蛇形 流道的缺失，不会有流道板流道长度太长的问题，故流体输送时的压损 即可降低。且本发明的结构设计，其流道的甲醇浓度较为均一，有效改 善了习知蛇形流道的甲醇水溶液浓度不均的问题。再者，本发明由于采 用了包括有数导流板构成的导流组布设在流道板的燃料输送流道中的设 计，故除了改善蛇形流道的上下游甲醇浓度不均的问题，同时也克服了 习知并联流道中流量分配不均的问题，对于阳极反应产物二氧化碳的排 除亦得到改善。
图1习知燃料电池结构剖视图；图2习知具有蛇形流道的阳极流道板的结构示意图； 图3习知具有并联流道的阳极流道板的结构示意图； 图4本发明燃料电池的流道板的第一实施例示意图； 图5本发明第一实施例的阳极燃料流场示意图； 图6本发明燃料电池的流道板模组的第二实施例示意图； 图7本发明燃料电池的流道板模组的第三实施例示意图； 图8本发明燃料电池的流道板的第四实施例示意图； 图9本发明燃料电池的流道板的第五实施例示意图；图io本发明燃料电池的流道板的第六实施例示意图。
具体实施方式参阅图4所示，本发明第一实施例的燃料电池的流道板模组包括一 流道板100，流道板100包括一本体2、 一第一导流组3及二第二导流 组4、 5。其中，本体2具有一燃料入口壁面21、 一燃料出口壁面22、 两个对应侧壁面23、 24，其壁面21、 22、 23、 24定义形成一燃料输送 流道20。燃料入口壁面21开设有一燃料入口 211，燃料出口壁面22开设有 一燃料出口 221，在本实施例中，燃料电池是以一直接甲醇燃料电池为 例，且以甲醇水溶液作为阳极燃料，而流道板100是一阳极流道板为 例，流道板100用来提供甲醇水溶液的输送流道。再者，燃料输送流道20中被区分为一中央汇流区域A1以及两个在 中央汇流区域Al两侧且邻近于侧壁面23、 24的分流区域A2、 A3，分 流区域A2位于中央汇流区域Al与侧壁面23之间，分流区域A3位于中 央汇流区域Al与侧壁面24之间，其燃料入口 211与燃料出口 221位于 中央汇流区域A1，其阳极燃料由燃料入口 211导入至燃料输送流道20 后，由燃料出口 221以一流体导出方向I导出。第一导流组3设置于中央汇流区域Al中，其包括数个第一导流板 31、 32、 33、 34，各个第一导流板31、 32、 33、 34沿着流体导出方向I间隔地布列在燃料输送流道20的中央汇流区域Al。其中，各个第一 导流板31、 32、 33、 34是呈平板状隔板结构，且其长度方向是彼此平 行且垂直于流体导出方向I。
第二导流组4、 5是分别左右对应地布列在该第一导流组3两侧的 分流区域A2、 A3中，每一第二导流组4包括至少一左侧第二导流板 41、 42、 43沿着流体导出方向I间隔地布列在燃料输送流道20的分流 区域A2中，第二导流组5包括至少一右侧第二导流板51、 52、 53沿着 流体导出方向I间隔地布列在燃料输送流道20的分流区域A3中。其 中，左侧第二导流板41、 42、 43与右侧第二导流板51、 52、 53是呈平 板状隔板结构，并以中央汇流区域Al为中心左右对应，即左侧第二导 流板41对应右侧第二导流板51，左侧第二导流板42对应右侧第二导 流板52,左侧第二导流板43对应右侧第二导流板53。各个第二导流板 41、 42、 43及51、 52、 53亦是隔板结构，且其长度方向彼此平行且垂
直于流体导出方向I。
各个第二导流板41、 42、 43及51、 52、 53的外侧端是分别与对应 的侧壁面23、 24相接合，各个第二导流板41、 42、 43及51、 52、 53 的内侧端沿着流体导出方向I与相邻的第一导流板31、 32、 33、 34之 间分别具有一偏移距离dl、 d2，故与相邻对应的第一导流板31、 32、 33、 34间形成一流体通道20a、 20b。例如第二导流板41的内侧端沿着 流体导出方向I与第一导流板31与第一导流板32之间分别形成一偏移 距离dl、 d2，即提供第二导流板41与第一导流板31、 32之间形成流 体通道20a，第二导流板51的内侧端沿着流体导出方向I与第一导流 板31与第一导流板32之间分别形成一偏移距离dl、 d2，即提供第二 导流板51与第一导流板31、 32之间形成流体通道20b。
参阅图5所示，阳极燃料Fin由燃料入口 211导入至燃料输送流道 20后，阳极燃料Fin以流体导出方向I输送受到第一导流板31导流 后，使阳极燃料Fin以分流方向II、 III分别向分流区域A2、 A3形成 二分流Fl、 F2，分流Fl、 F2经流体通道20a、 20b及二第二导流板 41、 51的导引后，使分流Fl、 F2分别导向中央汇流区域Al的方向， 复在中央汇流区域Al中汇集成一主流F12。主流F12在经过数个阶段的第一导流板32、 33、 34与第二导流板42、 43、 52、 53的重复分流、 汇流之后，使导出的阳极燃料Fout由燃料出口 221送出。
参阅图6所示，本发明第二实施例的燃料电池的流道板模组包括一 整合流道板200以及配置于整合流道板200的一外框2，内的数个流道 板100、 100a、 100b，数个流道板100、 100a、 100b沿一垂直于流体导 出方向I间隔且相邻排列，而每一个流道板100、 100a、 100b的结构则 与第一实施例的流道板100结构相同。整合流道板200内部形成一共同 燃料输送流道6，并开设有一燃料入口 61、 一燃料出口 62，共同燃料 输送流道6中具有一燃料导入通道63及一燃料导出通道64。
每一个流道板100、 100a、 100b各自形成一独立的流道结构，而各 个流道板100、 100a、 100b相邻配置共同组成一个流场。各个独立的流 道板100、 100a、 100b的燃料入口 211系与燃料导入通道63相连通， 而燃料出口 221系与燃料导出通道64相连通。如此，可以使流道板获 得更均匀的流场分布，使阳极触媒的各区域浓度差别縮小。
阳极燃料Fin由整合流道板200的燃料入口 61进入共同燃料输送 流道6中的燃料导入通道63后，由各个流道板100、 100a、 100b的燃 料入口 211送入各流道板100、 100a、 100b的燃料输送流道20，并在 经过各个流道板100、 100a、 100b内部的燃料输送流道20后，由各流 道板IOO、 100a、 100b的燃料出口 221送出，最后再经由共同燃料输送 流道6的燃料导出通道64后，由燃料出口62送出。
参阅图7所示，本发明第三实施例的燃料电池的流道板膜组包括一 整合流道板300及配置于整合流道板300的一外框2''内的数个流道 板100、 100a、 100b、 100c，数个流道板100、 100a、 100b、 100c沿一 垂直于流体导出方向I与流体导出方向I间隔排列呈一矩阵结构(例 如2X2)，而每一个流道板100、 100a、 100b、 100c的结构则与第一 实施例的流道板100结构相同。每一个流道板100、 100a、 100b、 100c 各自形成一独立的流道结构，而各个流道板100、 100a、 100b、 100c相 邻配置共同组成一个矩阵型的整合流场。如此，亦可以获得均匀的流场 分布，使阳极触媒的各区域浓度差别缩小。
参阅图8所示，本发明第四实施例的燃料电池的流道板100d与第一实施例的流道板100结构相似。故相同的构件乃标示以相同的元件编 号，以资对应。其差异在于第一导流组3的各个第一导流板另开设有一 个以流体导出方向I贯通的开口，例如第一导流板31开设有一个以流 体导出方向I贯通的开口 311。故燃料在通过第一导流板31时，可形 成部份分流通过开口 311。而第二导流组4、 5的各个第二导流板的外 侧端则与燃料输送流道对应的侧壁面23、 24之间具有一开口，例如第 二导流板41、 51与燃料输送流道的侧壁面23、 24之间分别具有一开口 411、 511。故燃料在通过第二导流板41、 51时，可形成部份分流通过 开口 411、 511。而第二实施例及第三实施例中的流道板100、 100a、 100b、 100c亦可采用与第四实施例的流道板100d相同的结构。
参阅图9所示，本发明第五实施例的燃料电池的流道板100e与第 四实施例的流道板100d结构相似，但在第一导流组3的各个第一导流 板开设有数个开口 311、 312。而在第二导流组4、 5的各个第二导流板 的外侧端除了与对应的侧壁面23、 24之间具有一开口 411、 511之外， 亦开设有额外的数个开口 412、 512。而第二实施例及第三实施例中的 流道板100、 100a、 100b、 100c亦可采用与第四实施例的流道板100d 相同的结构。
参阅图10所示，本发明第六实施例的燃料电池的流道板100f的与 第一实施例的流道板100结构相似，但第一导流组3中的各个第一导流 板则在流体导出方向I是具有弧状轮廓表面313。如上可使燃料在通过 各个第一导流板时，可进一步降低流阻。
借由上述的本发明实施例可知，本发明提供一种具有高度产业利用 价值的燃料电池的流道板，以上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施 例说明，凡习于此项技术者当可依据本发明的上述实施例说明而作其它 种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变 化，当仍属于本发明的发明精神及界定的专利范围内。
主要元件符号说明
100、 100a、 100b、 100c 流道板 100d、 100e、 100f 流道板200 300
1
11
111
112
113
114
115
12 121 121a 121b
13 131
14
15
2
2， 、 2''
20
20a、 20b
21 211
22 221
23、 24
3
31、 32、 33、 34 4、 5
41、 42、 43
整合流道板 整合流道板
燃料电池的流道板模组
膜电极组
质子交换膜
阳极扩散
阴极扩散层 阳极流道板 流道
蛇形流道 并联流道 阴极流道板 流道
阳极i^料出口
本体
外框
燃料输送流道
流体通道
燃料入口壁面
燃料入口
燃料出口壁面
燃料出口
侧壁面
第一导流组
第一导流板
第二导流组
左侧第二导流板51、 52、 53右侧第二导流板
6共同燃料输送流道
61燃料入口
62燃料出口
63燃料导入通道
64燃料导出通道
Fin导入的阳极燃料
Fout导出的阳极燃料
dl、 d2偏移距离
I流体导出方向
II、 III分流方向
F12主流
Fl、 F2分流
Al中央汇流区域
A2分流区域
A3分流区域
权利要求
1.一种燃料电池的流道板模组，其特征在于包括至少一流道板，每一流道板包括一本体，包括一开设有一燃料入口的燃料入口壁面、一开设有一燃料出口的燃料出口壁面及两个对应的侧壁面，该些壁面定义出一燃料输送流道，该燃料输送流道区分为一中央汇流区域以及位在该中央汇流区域两侧的分流区域，该燃料入口与燃料出口位于该中央汇流区域，一燃料由该燃料入口导入至该燃料输送流道后，以一流体导出方向由该燃料出口导出；一第一导流组，包括有数个第一导流板，沿着该流体导出方向间隔地布列在该中央汇流区域，各个第一导流板的长度方向是垂直于该流体导出方向；二第二导流组，是分别左右对应地布列在该第一导流组的两侧的分流区域，每一个第二导流组包括有至少一第二导流板，各个第二导流板的长度方向是垂直于该流体导出方向，各个第二导流板的内侧端是向该中央汇流区域的方向延伸至两相邻的第一导流板之间，并与该相邻的第一导流板间在流体导出方向具有一偏移距离，而在该第二导流板与两相邻的第一导流板之间分别形成一流体通道；其中该燃料由该燃料入口导入至该燃料输送流道后，由该第一导流板导引向该分流区域而形成二分流，该分流经该第二导流板的导引后，又使该分流分别导向该中央汇流区域，并汇集成一主流，该燃料在经过至少一次的该第一导流板与该第二导流板的分流与汇流后，该燃料由该燃料出口送出。
2. 如权利要求1所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该 每一个第二导流组包括数个第二导流板，该些导流板沿着该流体导出方 向间隔地布列在该分流区域中。
3. 如权利要求1所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该 第一导流板及第二导流板是平板状隔板。
4. 如权利要求3所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该平板状隔板开设有至少一个以流体导出方向贯通的开口。
5. 如权利要求3所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该 平板状隔板在该流体导出方向具有弧状轮廓表面。
6. 如权利要求1所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该 第二导流板的外侧端接合于该对应侧壁面。
7. 如权利要求1所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该 第二导流板的外侧端与该燃料输送流道的对应侧壁面之间具有一开口。
8. 如权利要求1所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该 燃料电池是一直接甲醇燃料电池，其是以甲醇水溶液作为燃料。
9. 如权利要求1所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于该 流道板是阳极流道板。
10. 如权利要求1所述的燃料电池的流道板模组，其特征在于 还包括一整合流道板，且该流道板为数个，该整合流道板内部形成一共 同燃料输送流道并具有一燃料入口及一燃料出口，该共同燃料输送流道 具有一燃料导入通道及一燃料导出通道，该些流道板相邻配置于该整合 流道板内，且各个的流道板的燃料入口与燃料导入通道相连通，而燃料 出口与燃料导出通道相连通。
全文摘要
一种燃料电池的流道板模组，流道板模组包括至少一流道板，在流道板的燃料输送流道的一中央汇流区域设置一第一导流组，而在燃料输送流道的一分流区域中设置有二第二导流组，第二导流组是左右对应地布列在第一导流组的两侧，第二导流组的各个第二导流板的内侧端是向中央汇流区域的方向延伸至两相邻的第一导流组的第一导流板之间，并与相邻的第一导流板间在流体导出方向具有一偏移距离，而在第二导流板与两相邻的第一导流板之间分别形成一流体通道。本发明以第一导流组及第二导流组的结构设计使流道板的燃料输送流道具有良好的流场，故使阳极燃料得以均布在流道板的燃料输送流道中。
文档编号H01M8/02GK101308931SQ20071010399
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者李璟柏, 正 王, 许年辉, 黄金树 申请人:中强光电股份有限公司