专利名称：平板式燃料电池模块及其流场板的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种流场板，特别是有关于一种设置在平板式燃料电池模块中的流 场板。
背景技术：
首先请参阅图1，已知的质子交换膜燃料电池(Proton Exchange MembraneFuel Cell, PEMFC)的单电池结构(single cell) 400主要包括一膜电极组410 (membrane electrode assembly, MEA)、两个气体扩散层 405、406 (gas diffusionlayer, GDL)以及 两个流场板401、402 (fluid flow plate)。所述两个流场板401、402的内侧表面分别形 成有各自独立的流道(flow channel) 403、404，可用以进行反应流体的输送，所述膜电极 组410主要包括一质子交换膜409、阳极(anode)触媒层407及阴极(cathode)触媒层 408，其中触媒层407、408通常具有钼或钼合金等成份，以利于燃料电池进行电化学反应 (electrochemicalreactions)并提供电力输出。在一般小型燃料电池的流场板中，其流道与歧道的尺寸通常比大型燃料电池更为 细小，故反应流体的流阻相对提高，如此将会导致反应流体在流场板上的浓度分布不均勻， 进而影响燃料电池的效能。有鉴于此，如何改善已知流场板上流道与歧道结构设计，使反应 流体可均勻地输送至流场板上的每个区域，进而提升燃料电池的整体效能开始成为燃料电 池小型化的重要课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种使反应流体可均勻地输送至流场板上 的每个区域，进而提升燃料电池的整体效能的平板式燃料电池模块及其流场板。本发明的一实施例提供一种流场板，设置在一燃料电池模块中，包括至少两个流 道、一第一歧道以及一第二歧道，其中所述至少两个流道分别形成于流场板的相反侧。所述 第一、第二歧道形成于流场板内部，并且大致平行于流场板的一中心轴方向，其中第一、第 二歧道与所述至少两个流道相通。反应流体自第一歧道进入流场板，并经过所述至少两个 流道后汇入第二歧道，接着由第二歧道排出流场板。在一实施例中，所述第一歧道具有两个缺口，分别与所述至少两个流道相通，其中 每一缺口相对于第一歧道的一截面几何中心位置所对应的角度介于0° 90°之间。在一实施例中，所述第二歧道具有至少两个缺口，分别与所述至少两个流道相通， 且每一缺口相对于第二歧道的一截面几何中心位置所对应的角度介于0° 90°之间。在一实施例中，所述第一歧道具有四个缺口，分别与所述至少两个流道相通并且 对称于第一歧道，其中每一缺口相对于第一歧道的一截面几何中心位置所对应的角度分别 介于0° 90°之间。在一实施例中，所述流场板还包括两个第二歧道，其中第一歧道位于中心轴上，两 个第二歧道则分别位于第一歧道的相反侧。
在一实施例中，所述至少两个流道以阵列方式配置于流场板的相反侧。在一实施例中，所述至少两个流道沿流场板的中心轴方向排列。本发明一实施例还提供一种平板式燃料电池模块，除了具有上述结构和特点的流 场板外，还包括两个核心单元以及两个密封元件，其中流场板设置在所述两个核心单元之 间，且每一个核心单元包括一膜电极组、两个气体扩散层以及多个集电元件，所述两个气体 扩散层以及多个集电元件设置在膜电极组的两侧，所述两个密封元件则分别设置在所述两 个核心单元的外侧，并且分别与所述两个核心单元相互连接。根据本发明的平板式燃料电池模块及其流场板，由于在流场板内部设有第一、第 二歧道，此外在流场板两侧分别形成有至少一个流道，其中反应流体可由流场板的第一端 部进入第一歧道，并经过所述流道后汇入第二歧道，接着再由流场板的第二端部排出。因为 所述第一、第二歧道形成于流场板内部，借此能降低流阻，使得反应流体能迅速且有效地输 送到流场板的各个区域，同时可避免反应流体在流场板内的浓度分布不均，进而提升燃料 电池的整体效能。
为使本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合 所附附图，作详细说明如下图1表示已知的质子交换膜燃料电池的单电池结构示意图；图2表示本发明一实施例的平板式燃料电池模块示意图；图3A表示本发明一实施例的流场板示意图；图;3B表示图3A中的流场板剖视图；图4A表示本发明另一实施例的流场板示意图；图4B表示图4A中的流场板剖视图；图5A表示本发明另一实施例的流场板示意图；图5B表示图5A中的流场板剖视图；以及图5C表示图5B中沿X1-X2的剖视图。主要附图标记说明流场板10第一端部101第二端部102第一歧道11缺口110第二歧道12密封元件20核心单元30集电元件31单电池结构400流场板401、402流道403、404
气体扩散层405、406触媒层407、408质子交换膜409膜电极组410中心轴A流道C空隙G连接件R第一侧Sl第二侧S2角度θ
具体实施例方式请参阅图2，本发明一实施例的平板式燃料电池模块主要包括一流场板10、两个 密封元件20 (sealing member)以及两个核心单元30，所述每一核心单元30由一膜电极组、 两个气体扩散层以及多个集电元件31所组成，其中膜电极组和气体扩散层的结构可参考 图1所示的膜电极组410以及气体扩散层405、406。在本实施例的核心单元30中，气体扩 散层和集电元件31设置在膜电极组的两侧(阳极侧和阴极侧)，且集电元件31显露在核心 单元30表面，以利于进行燃料电池模块内部的电化学反应。如图2所示，所述流场板10夹设在两个核心单元30之间的空隙G内，其中在流场 板10的第一侧Sl以及第二侧S2分别形成有至少一流道C，此外两个核心单元30还可透过 一连接件R相互连接，密封元件20则是设置在两个核心单元30的外侧，并且分别结合于核 心单元30表面，以此可组成一具有多层结构的平板式燃料电池模块。接着请参阅图3A，在本实施例中的流场板10大致呈一矩形结构，所述流道C沿着 流场板10的一中心轴A方向排列，并且分别显露在流场板10的第一、第二侧S1、S2。此外， 在流场板10内部另形成有一第一歧道11以及一第二歧道12，所述第一、第二歧道11、12大 致平行于中心轴A，并且分别与流场板10两侧的各个流道C相通。应了解的是，反应流体(reactant fluid)可由流场板10的第一端部101进入第 一歧道11，接着经过所述流道C后汇入第二歧道12，最后再由流场板10的第二端部102排 出(如图3A中箭头方向所示)。因为本实施例中的第一、第二歧道11、12形成于流场板10 的内部，并且顺着流场板10的中心轴A方向延伸，借此能降低流阻，使得反应流体迅速且有 效地输送到流场板10的各个区域，并可避免反应流体在流场板10内的浓度分布不均，进而 可提升燃料电池的效能。再请参阅图:3B，本实施例中的第一歧道11具有一圆形截面，特别地是在第一歧道 11的左下侧以及右下侧分别形成有缺口 110，所述缺口 110分别与第一、第二侧S1、S2的流 道C相通。由图;3B中可以看出，每一缺口 110相对于第一歧道11的截面几何中心位置所 对应的角度θ约介于0° 90°之间。此外，第二歧道12也可形成与所述缺口 110类似 的结构，其中第二歧道12的缺口相对于其截面几何中心位置所对应的角度同样介于0° 90°之间。
接着请同时参阅图4A、4B，本发明另一实施例的流场板10同样是在第一、第二侧 Si、S2都形成有流道C，此外在流场板10内部另形成有一第一歧道11以及两个第二歧道 12。如图4A、4B所示，所述第一歧道11位于流场板10的中心轴A上，两个第二歧道12则 分别位在第一歧道11的上、下两侧，其中第一、第二歧道11、12与第一、第二侧Si、S2的各 个流道C相通，借此可降低流阻，并使反应流体迅速且有效地传送到流场板10的各个区域。再请同时参阅图5A、5B，本发明另一实施例的流场板10同样是在第一、第二侧Si、 S2都形成有流道C，只是在本实施例中的流道C是以二维阵列方式配置于流场板10的两 侧。应了解的是，所述第一、第二歧道11、12形成于流场板10内部并且与第一、第二侧Si、 S2的各个流道C相通，借此可降低流阻，并使反应流体迅速且有效地传送到流场板10的各 个区域。如图5A、5B中的箭头方向所示，反应流体可由流场板10的第一端部101进入第一 歧道11，然后经过所述流道C后汇入第二歧道12，接着再由流场板10的第二端部102排出。 相反地，也可以使反应流体由流场板10的第二端部102进入第二歧道12，并经过所述流道 C汇入第一歧道11后，接着再由流场板10的第一端部101排出流场板10，所述两种运动方 式都能使反应流体迅速且有效地传送到流场板10的各个区域，以利于进行燃料电池内部 的电化学反应。接着请参阅图5C，在本实施例中的第一歧道11具有一圆形截面，特别地是在第一 歧道11的左上、左下、右上以及右下侧分别形成有缺口 110，透过所述缺口 110可使第一歧 道11与位于第一、第二侧S1、S2的流道C相通。如图5C所示，所述缺口 110以对称的方式 形成于第一歧道11上，其中每一缺口 110相对于第一歧道11的截面几何中心位置所对应 的角度θ约介于0° 90°之间。综上所述，本发明提供一种平板式燃料电池模块及其流场板，其中在流场板内部 设有第一、第二歧道，此外在流场板两侧分别形成有至少一个流道，其中反应流体可由流场 板的第一端部进入第一歧道，并经过所述至少一个流道后汇入第二歧道，接着再由流场板 的第二端部排出。因为所述第一、第二歧道形成于流场板内部，借此能降低流阻，使得反应 流体能迅速且有效地输送到流场板的各个区域，同时可避免反应流体在流场板内的浓度分 布不均，进而提升燃料电池的整体效能。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技 术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当 视权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种流场板，设置在一平板式燃料电池模块中，其特征在于，包括至少两个流道，分别形成于该流场板的相反侧；一第一歧道，形成于该流场板内部，并且大致平行于该流场板的一中心轴方向，其中该 第一歧道与该至少两个流道相通；以及一第二歧道，形成于该流场板内部，并且大致平行于该中心轴方向，其中该第二歧道与 该至少两个流道相通，一反应流体自该第一歧道进入该流场板，并经过该至少两个流道后 汇入该第二歧道，再由该第二歧道排出该流场板。
2.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，其中该第一歧道具有两个缺口，分别与 该至少两个流道相通，且每一该缺口相对于该第一歧道的一截面几何中心位置所对应的角 度介于0° 90°之间。
3.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，其中该第二歧道具有至少两个缺口，分 别与该至少两个流道相通，且每一该缺口相对于该第二歧道的一截面几何中心位置所对应 的角度介于0° 90°之间。
4.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，其中该流场板还包括四个流道，形成 于该流场板的相反侧，且该第一歧道具有四个缺口，对称于该第一歧道并且分别与该四个 流道相通，其中每一该缺口相对于该第一歧道的一截面几何中心位置所对应的角度介于 0° 90°之间。
5.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，其中该流场板还包括两个第二歧道，该 第一歧道位于该中心轴上，且该两个第二歧道分别位于该第一歧道的相反侧。
6.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，其中该至少两个流道以阵列方式配置 于该流场板相反侧。
7.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，其中该至少两个流道沿该中心轴方向 排列。
8.一种平板式燃料电池模块，其特征在于，包括两个核心单元，其中该两个核心单元分别包括一膜电极组、两个气体扩散层以及多个 集电元件，其中该两个气体扩散层以及该多个集电元件设置于该膜电极组的两侧；一根据权利要求1所述的流场板，设置于该两个核心单元之间；以及两个密封元件，设置于该两个核心单元外侧并且分别与该两个核心单元相互连接。
9.根据权利要求8所述的平板式燃料电池模块，其特征在于，其中该第一歧道具有两 个缺口，分别与该至少两个流道相通，且每一该缺口相对于该第一歧道的一截面几何中心 位置所对应的角度介于0° 90°之间。
10.根据权利要求8所述的平板式燃料电池模块，其特征在于，其中该第二歧道具有至 少两个缺口，分别与该至少两个流道相通，且每一该缺口相对于该第二歧道的一截面几何 中心位置所对应的角度介于0° 90°之间。
11.根据权利要求8所述的平板式燃料电池模块，其特征在于，其中该流场板还包括四 个流道，形成于该流场板的相反侧，且该第一歧道具有四个缺口，对称于该第一歧道并且分 别与该四个流道相通，其中每一该缺口相对于该第一歧道的一截面几何中心位置所对应的 角度介于0° 90°之间。
12.根据权利要求8所述的平板式燃料电池模块，其特征在于，其中该流场板还包括两个第二歧道，该第一歧道位于该中心轴上，且该两个第二歧道分别位于该第一歧道的相反 侧。
13.根据权利要求8所述的平板式燃料电池模块，其特征在于，其中该至少两个流道以 阵列方式配置于该流场板表面。
14.根据权利要求8所述的平板式燃料电池模块，其特征在于，其中该至少两个流道沿 该中心轴方向排列。
全文摘要
本发明提供了一种平板式燃料电池模块及其流场板，所述流场板设置在一燃料电池模块中，包括至少两个流道、一第一歧道以及一第二歧道。所述至少两个流道分别形成于流场板的相反侧，所述第一、第二歧道形成于流场板内部，其中第一、第二歧道与所述至少两个流道相通。反应流体自第一歧道进入流场板，并经过所述至少两个流道后汇入第二歧道，接着由第二歧道排出流场板。
文档编号H01M8/10GK102117922SQ20101017405
公开日2011年7月6日 申请日期2010年5月6日 优先权日2009年12月7日
发明者张文振, 曹芳海, 许桓瑞, 陈祈彰 申请人:财团法人工业技术研究院