CN101425597A

CN101425597A - 燃料电池系统

Info

Publication number: CN101425597A
Application number: CNA2007101848268A
Authority: CN
Inventors: 林志彦; 柯友俊; 林昱志; 赖将文; 陈竣明; 杨清森
Original assignee: NANYA CIRCUIT BOARD CO Ltd
Current assignee: NANYA CIRCUIT BOARD CO Ltd; Nan Ya Printed Circuit Board Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-06

Abstract

本发明公开一种燃料电池系统，包含有一燃料电池堆叠结构，包含有多个平板式燃料电池单元、一分流器以及一合流器，该多个平板式燃料电池单元固定在该分流器与该合流器之间；一燃料槽，用来装承阳极燃料，该燃料槽的燃料出口与前述分流器连接，而该燃料槽的燃料入口与前述合流器连接；一壳体，用来容纳并保护该燃料电池堆叠结构与该燃料槽；及一风扇，设在该壳体上，用来提供阴极燃料给予该多个平板式燃料电池单元。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别是涉及一种采用独特的分、合流器装置的燃料电池系统，适合用来针对各种3C产品，如手机或电脑，进行充电。

背景技术

如熟悉该项技术人士所知，燃料电池为一电化学装置，其是在阴极、阳极端分别提供一特定燃料，通过电化学氧化还原反应产生并输出一定电力。

燃料电池的运作原理是以燃料在阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H⁺)、电子(e^-)，其中氢离子经由电解质传递至阴极，电子则经由外部电路传递至阴极，此时供给阴极端的氧气会与氢离子及电子在阴极触媒层进行还原反应，并产生水。

燃料电池一般皆由数个基本电池单元所组成。由于每个基本电池单元所能提供的电压很小，因此在应用时必须串联多个基本电池单元，以达到所需要的操作电压输出。

在燃料电池模块结构中，通常包括有集电片以及流道板，分别扮演着不同重要的角色，其中集电片负责收集电化学反应所产生的电子，而流道板则是负责燃料流动的分布与控制。流道板的部分主要着重在流道的设计，使燃料能够顺利通过流道，而流入膜电极组(membrane electrode assembly，MEA)。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种创新的燃料电池系统，其具有更佳的效能，适合用来针对各种3C产品进行充电。

根据较佳实施例，本发明提供一种燃料电池系统，包含有一燃料电池堆叠结构，包含有多个燃料电池单元、一分流器以及一合流器，该多个燃料电池单元固定在该分流器与该合流器之间；一燃料槽，用来装承阳极燃料，该燃料槽的燃料出口与前述分流器连接，而该燃料槽的燃料入口与前述合流器连接；一壳体，用来容纳并保护该燃料电池堆叠结构与该燃料槽；及一风扇，设在该壳体上，用来提供阴极燃料给予该多个燃料电池单元，并进行散热。该分流器用来均匀分配该阳极燃料流入该多个燃料电池单元的流量。该分流器与该合流器一起固定住该多个燃料电池单元，并且保持该多个燃料电池单元的间距，使该阴极燃料有足够的流动空间，同时达到散热、排水的功效。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。然而如下的较佳实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为依据本发明第一较佳实施例所绘示的燃料电池系统示意图；

图2绘示的是图1中的燃料电池堆叠结构的分解图；

图3绘示本发明一燃料电池模块组立图；

图4为依据本发明第二较佳实施例所绘示燃料电池系统的侧视图；

图5为依据本发明第三较佳实施例所绘示燃料电池系统的侧视图；

图6为依据本发明第四较佳实施例所绘示燃料电池系统的侧视图；

主要元件符号说明

1a 燃料电池系统 1b 燃料电池系统

1c 燃料电池系统 1d 燃料电池系统

10 燃料电池堆叠结构 11 燃料槽

11c 倒L型燃料槽 101 燃料电池单元

102 分流器 103 合流器

111 燃料出口 112 燃料入口

113 气液分离装置 114 燃料添加口

122 燃料输送管 124 燃料输送管

201 燃料分流入口 202 分流流道

203 分流出口 204 软性迫紧材料

205 测温装置 222 燃料入口

224 燃料出口 301 燃料合流入口

302 合流流道 303 合流出口

304 软性迫紧材料

310 整合式阳极流道板 310a 导电片

312 阴极板

420 阴极集电区域 510 壳体

512 散热开口 520 风扇

530 泵 540 电源管理装置

710 整流挡板 720 流动路径

具体实施方式

请参阅图1及图2，其中图1为依据本发明第一较佳实施例所绘示的燃料电池系统示意图，图2绘示的是本发明第一较佳实施例燃料电池堆叠结构的分解图。

如图1及图2所示，本发明燃料电池系统1a至少包含有一燃料电池堆叠结构10以及一燃料槽11。其中，燃料电池堆叠结构10包括多个燃料电池单元101、一分流器102以及一合流器103。前述多个燃料电池单元101固定在分流器102以及合流器103之间。分流器102经由燃料输送管122与燃料槽11相连接，而合流器103则经由燃料输送管124与燃料槽11相连接。

燃料槽11用来储存阳极燃料，例如，甲醇水溶液或氢气。燃料槽11可以是由抗腐蚀的材料所构成，例如塑胶、玻璃、陶瓷、金属、金属合金或者高分子复合材料，但不限于此。

根据本发明第一较佳实施例，燃料槽11上具有一燃料出口111、一燃料入口112、一气液分离装置113以及一燃料添加口114。其中，燃料出口111与燃料输送管122衔接，燃料入口112与燃料输送管124衔接。气液分离装置113可以用来排放燃料槽11的电池反应气体产物，例如，二氧化碳。

燃料槽11内的燃料可通过重力流方式，经由燃料输送管122以及分流器102的均匀分配，流入各个燃料电池单元101中。各个燃料电池单元101所产生的反应产物(例如，水及二氧化碳)，以及未反应的燃料，则是经由合流器103以及燃料输送管124回到燃料槽11中。

如图2所示，本发明分流器102以及合流器103有两个最主要的功能，其一为均匀分配阳极燃料流量给燃料电池堆叠结构10的多个燃料电池单元101，其二为固定燃料电池堆叠结构10的多个燃料电池单元101，以及保持燃料电池单元101的间距，使阴极燃料，例如空气，有足够的流动空间，同时达到散热、排水的功效。

分流器102为一体成型，具有一燃料分流入口201、分流流道202以及分流出口203。在各个分流出口203中另设有一软性迫紧材料204，例如，O型迫紧环(O-ring)。燃料电池单元101的燃料入口222插入相对的合流器102的分流出口203，并利用软性迫紧材料204紧密接合。分流器102可以是由塑胶、玻璃、陶瓷、金属、金属合金或者高分子复合材料所构成。

根据本发明的第一较佳实施例，阳极燃料可以通过重力、燃料电池内的流道毛细作用或热对流方式自然循环，而不需要使用泵。当然，阳极燃料也可以使用泵加压进入分流器102。

经实际量测后，本发明分流器102确实可以达到使每个分流出口203的燃料流量均匀的效果。分流器102的分流出口203通过软性迫紧材料204与燃料电池单元101的燃料入口222相接合。软性迫紧材料204可以避免燃料漏液。此外，在分流器102中也可以整合测温装置205，或者其它监测燃料电池运转性能的电子装置。

合流器103为一体成型，具有多个燃料合流入口301、合流流道302以及合流出口303。同样在各个合流出口301中另设有一软性迫紧材料304。合流器103的合流出口301通过软性迫紧材料304与相对的燃料电池单元101的燃料出口224相接合。合流器103可以是由塑胶、玻璃、陶瓷、金属、金属合金或者高分子复合材料所构成。

同样的，在合流器103中也可以整合测温装置或者其它监测燃料电池运转性能的电子装置。此外，在分流器102的燃料分流入口201处或者合流器103的合流出口303处皆可再装设一个阀开关(图未示)，用来控制燃料的进出。

图3绘示一燃料电池单元的组立图(以2W的燃料电池为例)。熟习该项技艺者应能理解，图4所绘示的燃料电池模块仅作为例示，燃料电池单元101也可以为其它结构及型态。燃料电池单元101主要由整合式阳极流道板310、阴极板312、预固定粘着材以及膜电极组等组件堆叠而成。整合式阳极流道板310的两端设有燃料入口222及燃料出口224。整合式阳极流道板310的阳极集电片(图未示)通过可拗折的导电片310a与阴极板312上的阴极集电区域420电气连接。

请参阅图4，其为依据本发明第二较佳实施例所绘示的燃料电池系统1b的侧视图，其中，相同的元件仍沿用相同的符号来表示。如图4所示，燃料电池系统1b包含有一燃料电池堆叠结构10、一燃料槽11、一壳体510、一风扇520、一泵530以及一电源管理装置540。

壳体510用来容纳及保护燃料电池堆叠结构10以及燃料槽11，其侧面可设有多个散热开口512，用来帮助将操作时燃料电池堆叠结构10产生的热气排出。

同样的，燃料电池堆叠结构10包括多个燃料电池单元101、一分流器102以及一合流器103。前述多个燃料电池单元101固定在分流器102以及合流器103之间。

分流器102经由燃料输送管122与泵530相连接，而合流器103则经由燃料输送管124与燃料槽11相连接。泵530介于分流器102与燃料槽11之间，用来将燃料加压注入多个平板式燃料电池单元101内。

分流器102具有一燃料分流入口201、分流流道202以及分流出口203。在各个分流出口203中另设有一软性迫紧材料204，例如，O型迫紧环。合流器103具有多个燃料合流入口301、合流流道302以及合流出口303。在各个合流入口301中设有一软性迫紧材料304例如，O型迫紧环。

燃料电池单元101的燃料入口插入合流器102的分流出口203，利用软性迫紧材料204达到紧密接合。燃料电池单元101的燃料出口插入合流器103的合流入口301，利用软性迫紧材料304达到紧密接合。

在分流器102或合流器103中也可以整合测温装置205或者其它监测燃料电池运转性能的电子装置。此外，在分流器102的燃料分流入口201处或者合流器103的合流出口303处皆可再装设一个阀开关(图未示)，用来控制燃料的进出。

燃料槽11用来储存阳极燃料，例如，甲醇水溶液或氢气。同样的，燃料槽11上具有一与泵530衔接的燃料出口(图未明示)、一燃料入口112、一气液分离装置113以及一燃料添加口114。

燃料槽11内的燃料可通过泵530加压后，经由燃料输送管122以及分流器102的均匀分配，流入各个燃料电池单元101中。各个燃料电池单元101所产生的反应产物(例如，水及二氧化碳)，以及未反应的燃料，则是经由合流器103以及燃料输送管124回到燃料槽11中。

本发明分流器102确实可以达到使每个分流出口203的燃料流量均匀的效果。分流器102的分流出口203通过软性迫紧材料204与燃料电池单元101的燃料入口222相接合。软性迫紧材料204可以避免燃料漏液。

由于本发明分流器102以及合流器103能够固定燃料电池堆叠结构10的多个燃料电池单元101，并且保持燃料电池单元101的间距，使风扇520吹入的空气，有足够的流动空间，并能够输送至平板式燃料电池单元101的阴极表面，以进行电池反应，同时达到散热、排水的功效。

根据本发明第二较佳实施例，电源管理装置540设在壳体510上，其可以包括使用者操作界面、显示面板及内部线路，例如印刷电路板、记忆体以及芯片等等。电源管理装置540连结风扇520、泵530以及测温装置205。当测温装置205所感应的温度超过一设定值，则电源管理装置540启动风扇520，进行散热。电源管理装置540也可以控制泵530的开与关。

根据本发明第二较佳实施例，燃料电池堆叠结构10的多个燃料电池单元101之间的串联或者并联可以通过导线、焊接或者通过内建在分流器102以及合流器103中的线路来达成。电源管理装置540也可以连结燃料电池堆叠结构10，以监测燃料电池堆叠结构10的电力输出状态。

图5为依据本发明第三较佳实施例所绘示的燃料电池系统1c的侧视示意图。如图5所示，燃料电池系统1c包含有一燃料电池堆叠结构10、一倒L型燃料槽11c、一壳体510、一风扇520以及一电源管理装置540。壳体510用来容纳及保护燃料电池堆叠结构10以及倒L型燃料槽11c，壳体510侧面可设有多个散热开口512，用来帮助将操作时燃料电池堆叠结构10产生的热气排出。

燃料电池系统1c特点在于采重力流设计，意即，没有设置泵，而倒L型燃料槽11c可以延长燃料添加的周期，并且延长燃料电池的使用时间。此外，燃料槽11c并不限定为L型，也可以为单一形式、额外加装的分离式或子母式，其中，子母式燃料槽通常包括有甲醇槽以及纯水槽。

图6为依据本发明第四较佳实施例所绘示的燃料电池系统1d的侧视示意图。如图6所示，燃料电池系统1d包含有一燃料电池堆叠结构10、一倒L型燃料槽11c、一壳体510以及一风扇520。壳体510用来容纳及保护燃料电池堆叠结构10以及倒L型燃料槽11c。

同样的，燃料电池堆叠结构10包括16个燃料电池单元101、一分流器102以及一合流器103。前述燃料电池单元101固定在分流器102以及合流器103之间。分流器102经由燃料输送管与燃料槽11相连接，而合流器103则经由燃料输送管与燃料槽11相连接。

依据本发明第四较佳实施例，风扇520设在壳体510的一侧面上，在风扇520与燃料电池堆叠结构10之间另设有一整流挡板710，使风扇520将冷却空气依循箭头所示流动路径720吹向燃料电池堆叠结构10。

这样的作法其优点在于可以使燃料电池堆叠结构10的16个燃料电池单元101的散热效率接近，而不会造成距离风扇较远的燃料电池单元101的过热现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种燃料电池系统，包含有：

燃料电池堆叠结构，包含有多个燃料电池单元、一分流器以及一合流器，该多个燃料电池单元固定在该分流器与该合流器之间；

燃料槽，用来装承阳极燃料，该燃料槽的燃料出口与前述分流器连接，而该燃料槽的燃料入口与前述合流器连接；

壳体，用来容纳并保护该燃料电池堆叠结构与该燃料槽；及

风扇，设在该壳体上，用来提供阴极燃料给予该多个燃料电池单元，并进行散热。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该分流器用来均匀分配该阳极燃料流入该多个燃料电池单元的流量。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该分流器与该合流器一起固定住该多个燃料电池单元，并且保持该多个燃料电池单元的间距，使该阴极燃料有足够的流动空间，同时达到散热、排水的功效。

4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该分流器具有燃料分流入口、多个分流流道及多个分流出口，该燃料分流入口与该燃料槽连接。

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中在各该分流出口及该合流入口设有一软性迫紧材料。

6.如权利要求5所述的燃料电池系统，其中该软性迫紧材料包括O型迫紧环。

7.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中在分流器或分流器中设有测温装置。

8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该合流器具有多个燃料合流入口、多个合流流道及一合流出口，该合流出口与该燃料槽连接。

9.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该阳极燃料包含甲醇水溶液或氢气。

10.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该阴极燃料包含空气。

11.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该阳极燃料是通过重力流进入该多个燃料电池单元中。

12.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该燃料电池系统另包含有泵，设在该分流器与该燃料槽之间。

13.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该燃料电池系统另包含有电源管理装置。

14.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该燃料槽为倒L型燃料槽、分离式燃料槽或子母式燃料槽。

15.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该燃料槽另设有气液分离装置。

16.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该燃料槽另设有燃料添加口。

17.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该壳体另设有多个散热开口。

18.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该风扇与该燃料电池堆叠结构另设置有整流挡板。

19.一种燃料电池系统，包含有：

燃料电池堆叠结构，包含有多个燃料电池单元、一分流器以及一合流器，该多个燃料电池单元固定在该分流器与该合流器之间；以及

燃料槽，用来装承阳极燃料，该燃料槽的燃料出口与前述分流器连接，而该燃料槽的燃料入口与前述合流器连接。

20.如权利要求19所述的燃料电池系统，其中该分流器用来均匀分配该阳极燃料流入该多个燃料电池单元的流量。

21.如权利要求19所述的燃料电池系统，其中该分流器与该合流器一起固定住该多个燃料电池单元，并且保持该多个平板式燃料电池单元的间距。

22.如权利要求19所述的燃料电池系统，其中该分流器具有一燃料分流入口、多个分流流道及多个分流出口，该燃料分流入口与该燃料槽连接。

23.如权利要求19所述的燃料电池系统，其中该合流器具有多个燃料合流入口、多个合流流道及一合流出口，该合流出口与该燃料槽连接。

24.如权利要求19所述的燃料电池系统，其中该燃料槽为倒L型燃料槽。

25.如权利要求19所述的燃料电池系统，其中该多个燃料电池单元之间的串联或并联通过导线、焊接或通过内建在该分流器及该合流器中的线路来达成。