CN102139857A - 氢气产生装置及具有氢气产生装置的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种氢气产生装置及具有氢气产生装置的燃料电池，所述氢气产生装置，适用于燃料电池。氢气产生装置包括套筒、滑动件及退取机构。套筒的第一端用以容纳液态水。滑动件滑设于套筒的第二端，其中固态燃料适于连接于滑动件。退取机构配置于套筒内。当滑动件被退取机构固定于第一位置时，固态燃料远离液态水。当滑动件被退取机构固定于第二位置时，固态燃料与液态水反应产生氢气。

Description

氢气产生装置及具有氢气产生装置的燃料电池
【技术领域】
本发明是有关于一种氢气产生装置及具有氢气产生装置的燃料电池，且特别是有关于一种使用固态燃料的氢气产生装置及具有氢气产生装置的燃料电池。
【背景技术】
燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种利用化学能经由电化学反应直接转换为电能的发电装置，与传统发电方式比较的下，燃料电池具有低污染、低噪音、高能量密度以及较高的能量转换效率等优点，是极具未来前瞻性的干净能源，可应用的范围包括携带式电子产品、家用发电系统、运输工具、军用设备、太空工业以及小型发电系统等各种领域。
各类燃料电池依其运作原理及操作环境的不同而有不同的应用市场，在可移动式能源上的应用主要是以质子交换膜燃料电池(Proton ExchangeMembrane fuel Cell，PEMFC)及直接甲醇燃料电池(Direct Methanol FuelCell，DMFC)为主，两者皆属于使用质子交换膜进行质子传导机制的低温启动型燃料电池。此类质子交换膜燃料电池操作原理为氢气在阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H+)以及电子(e-)(PEMFC原理)，或甲醇与水在阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H+)、二氧化碳(C02)以及电子(e-)(DMFC原理)，其中氢离子可以经由质子传导膜传递至阴极，而电子则经由外部电路传输至负载作功的后再传递至阴极，此时供给阴极端的氧气会与氢离子及电子于阴极触媒层进行还原反应并产生水。上述阳极所需的燃料氢气可借由固态硼氢化纳(NaBH4)储氢技术而得，其是将水加入固态硼氢化纳以反应产生氢气。
固态硼氢化纳与水的反应为一次化反应，意即一旦反应开始进行，需待固态硼氢化纳或水完全消耗，反应才会停止。因此如何达到分段反应为待解决的问题。
【发明内容】
本发明提出一种氢气产生装置，氢气产生装置的固态燃料与水的反应可分段进行。
本发明提出一种燃料电池，燃料电池的氢气产生装置的固态燃料与水的反应可分段进行。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种氢气产生装置，适用于燃料电池。氢气产生装置包括套筒、滑动件及退取机构。套筒的第一端用以容纳液态水。滑动件滑设于套筒的第二端，其中固态燃料适于连接于滑动件。退取机构配置于套筒内。当滑动件被退取机构固定于第一位置时，固态燃料远离液态水。当滑动件被退取机构固定于第二位置时，固态燃料与液态水反应产生氢气。
为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种燃料电池，包括氢气产生装置、电池堆及导引结构。氢气产生装置包括套筒、滑动件及退取机构。套筒的第一端用以容纳液态水。滑动件滑设于套筒的第二端，其中固态燃料适于连接于滑动件。退取机构配置于套筒内。当滑动件被退取机构固定于第一位置时，固态燃料远离液态水。当滑动件被退取机构固定于第二位置时，固态燃料与液态水反应产生氢气。导引结构连接于氢气产生装置及电池堆之间，且用以将固态燃料与液态水反应产生的氢气导引至电池堆。
承接上述，本发明提供一种氢气产生装置，适用于一燃料电池，该氢气产生装置包括：
一套筒，该套筒的一第一端用以容纳一液态水；
一滑动件，滑设于该套筒的一第二端，其中一固态燃料适于连接于该滑动件；以及
一退取机构，配置于该套筒内，当该滑动件被该退取机构固定于该第一位置时，该固态燃料远离该液态水，当该滑动件被该退取机构固定于该第二位置时，该固态燃料与该液态水反应产生氢气。
本发明还提供一种燃料电池，包括：
一氢气产生装置，包括：
一套筒，该套筒的一第一端用以容纳一液态水；
一滑动件，滑设于该套筒的一第二端，其中一固态燃料适于连接于该滑动件；
一退取机构，配置于该套筒内，当该滑动件被该退取机构固定于该第一位置时，该固态燃料远离该液态水，当该滑动件被该退取机构固定于该第二位置时，该固态燃料与该液态水反应产生氢气；
一电池堆；以及
一导引结构，连接于该氢气产生装置及该电池堆之间，且用以将该固态燃料与该液态水反应产生的氢气导引至该电池堆。
基于上述，在本发明的上述实施例中至少具有以下其中一个优点，滑设于套筒上的滑动件可被退取机构定位于第一位置或第二位置，以使连接于滑动件的固态燃料可远离或移近容纳于套筒一端的液态水。借此，可使固态燃料与液态水反应产生氢气或停止固态燃料与液态水的反应，借以达到分段反应的效果。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
图1为本发明一实施例的氢气产生装置的示意图。
图2为图1的滑动件作动的示意图。
图3为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。
图4为图3的滑动件作动的示意图。
图5为本发明另一实施例的氢气产生装置的部分构件示意图。
图6为图1的氢气产生装置应用于燃料电池的示意图。
50：液态水
60、80：固态燃料
82：燃料块
90：燃料电池
100、200：氢气产生装置
110、210：套筒
112：第一端
114：第二端
116：中央区域
120、220：滑动件
130、230：退取机构
132：外螺纹
134：内螺纹
140：吸水结构
150、350：刮水件
232：第一卡扣件
234：第二卡扣件
236：弹性件
352：开槽
400：电池堆
500：导引结构
P1、P2、P3、P4：位置
W1、W2：宽度
【具体实施方式】
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的多个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
图1为本发明一实施例的氢气产生装置的示意图。图2为图1的滑动件作动的示意图。请参考图1及图2，本实施例的氢气产生装置100适用于燃料电池，用以提供燃料电池阳极反应所需的氢气。氢气产生装置100包括套筒110、滑动件120及退取机构130。套筒110的第一端112用以容纳液态水50。滑动件120滑设于套筒110的第二端114，且固态燃料60连接于滑动件120。滑动件120可相对套筒110移动于位置P1(如图1所示)及位置P2(如图2所示)之间，并可借由退取机构130以固定于位置P1或位置P2。
详细而言，本实施例的退取机构130由相咬合的外螺纹132及内螺纹134所构成。其中，外螺纹132配置于滑动件120外表面，而内螺纹134配置于套筒110内壁。使用者可旋转滑动件120以使滑动件120以螺旋的方式相对套筒110移动于位置P1及位置P2之间。当滑动件120位于位置P1时，固态燃料60会远离液态水60。当滑动件120位于位置P2时，固态燃料60与液态水50接触而反应产生氢气。因此，使用者可借由移动滑动件120而使固态燃料60与液态水50反应或中断固态燃料60与液态水50的反应，以达成分段反应的效果。
在本实施例中，固态燃料60例如为固态硼氢化钠，然本发明不以此为限，固态燃料60亦可为其它种类的适当固态燃料。进一步而言，本实施例的氢气产生装置100还可包括吸水结构140。吸水结构140配置于套筒110的第一端112且用以吸附液态水50而形成水胶，借以将液态水50固定于套筒110内，避免液态水50外漏。
此外，本实施例的氢气产生装置100还包括刮水件150。刮水件150配置于套筒110内且位于滑动件120及液态水50之间，用以确保液态水50与固态燃料60反应产生的氢气易于被收集利用而不致产生浪费。详细而言，在滑动件120从如图2所示的位置P2移至如图1所示的位置P1的过程中，刮水件150用以刮除附着于固态燃料60上的液态水50，以避免液态水50随着固态燃料60移至套筒110的中央区域116，以确保液态水50与固态燃料60是在套筒110的第一端112进行反应，使反应产生的氢气易于被收集利用。
值得注意的是，退取机构130除了可由上述实施例的外螺纹132及内螺纹134组成之外，还可由其它形式的构件组成。以下借由图3及图4对此加以举例说明。
图3为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。图4为图3的滑动件作动的示意图。请参考图3及图4，在本实施例的氢气产生装置200中，退取机构230包括第一卡扣件232、第二卡扣件234及弹性件236。第一卡扣件232配置于滑动件220外表面上，第二卡扣件234配置于套筒210内表面上，弹性件236连接于套筒210及滑动件220之间。当滑动件220位于图4所示的位置P4时，第一卡扣件232及第二卡扣件234形成结构性干涉，以将滑动件220固定于位置P4。当第一卡扣件232与第二卡扣件234之间的结构性干涉解除时，滑动件220借由弹性件236的弹性力复位至图3所示的位置P3。
借此，当使用者欲让连接于滑动件210的固态燃料60与液态水70反应产生氢气时，可按压滑动件220以抵抗弹性件236的弹性力，使滑动件220从图3所示的位置P3移至图4所示的位置P4而带动固态燃料60接触液态水70，并借由第一卡扣件232及第二卡扣件234的结构性干涉固定滑动件220于位置P4。当使用者欲停止固态燃料80与液态水70的反应时，可解除第一卡扣件232及第二卡扣件234的结构性干涉，借由弹性件236的弹性力将滑动件220推回位置P3，来带动固态燃料60远离液态水70，以达成分段反应的效果。本发明不对第一卡扣件232与第二卡扣件234的形式、结合方式或分离方式加以限制，其可为任何能够达成上述作动方式的适当卡扣件组合。
图5为本发明另一实施例的氢气产生装置的部分构件示意图。请参考图5，本实施例的固态燃料80包括多个燃料块82，这些燃料块82间隔地排列，且刮水件350具有分别对位于这些燃料块82的多个开槽352，以使固态燃料80经过刮水件350时，燃料块82可分别穿过这些开槽352。此外，各开槽352的宽度W1可设计为实质上等于对应的燃料块82的宽度W2，以有效地刮除各燃料块82上的液态水50。
上述所有实施例中的氢气产生装置皆可应用于燃料电池以提供燃料电池阳极反应所需氢气，以下借由图1的氢气产生装置100对此加以举例说明。图6为图1的氢气产生装置应用于燃料电池的示意图。请参考图6，本实施例的燃料电池90由图1的氢气产生装置100(绘示为多个)、电池堆400及导引结构500所组成。导引结构500连接于氢气产生装置100及电池堆400之间，用以将固态燃料60与液态水50反应产生的氢气导引至电池堆400，以提供电池堆400阳极反应所需氢气。值得注意的是，电池堆400阴极反应所需的氧气例如是借由其它的供应源来提供，在本实施例中并未对此部分加以绘示。本实施例的燃料电池90可用于笔记型电脑或手机等电子装置，或可应用于车辆或船等交通工具。
综上所述，在本发明的上述实施例中至少具有以下其中一个优点，滑设于套筒上的滑动件可被退取机构定位于第一位置或第二位置，以使连接于滑动件的固态燃料可远离或移近容纳于套筒一端的液态水。借此，可使固态燃料与液态水反应产生氢气或停止固态燃料与液态水的反应，借以达到分段反应的效果。此外，还可在套筒内配置刮水件，以刮除附着于固态燃料上的液态水。借此，可避免液态水被固态燃料带至套筒内其它区域，以确保液态水与固态燃料是在套筒的末端进行反应，使反应产生的氢气易于被收集利用。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻的用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (14)

1.一种氢气产生装置，适用于一燃料电池，该氢气产生装置包括：
一套筒，该套筒的一第一端用以容纳一液态水；
一滑动件，滑设于该套筒的一第二端，其中一固态燃料适于连接于该滑动件；以及
一退取机构，配置于该套筒内，当该滑动件被该退取机构固定于该第一位置时，该固态燃料远离该液态水，当该滑动件被该退取机构固定于该第二位置时，该固态燃料与该液态水反应产生氢气。
2.如权利要求1所述的氢气产生装置，其特征在于：该固态燃料固定于该滑动件上，该退取机构包括：
一外螺纹，配置于该滑动件外表面上；以及
一内螺纹，配置于该套筒内壁上，其中该外螺纹咬合该内螺纹。
3.如权利要求1所述的氢气产生装置，其特征在于：该退取机构包括：
一第一卡扣件，配置于该滑动件外表面上；
一第二卡扣件，配置于该套筒内表面上，当该滑动件位于该第二位置时，该第一卡扣件及第二卡扣件形成结构性干涉，以将该滑动件固定于该第二位置；以及
一弹性件，连接于该套筒及该滑动件之间，其中当该结构性干涉解除时，该滑动件借由该弹性件的弹性力复位至该第一位置。
4.如权利要求1所述的氢气产生装置，其特征在于：还包括一刮水件，配置于该套筒内且位于该滑动件及该液态水之间，在该滑动件从该第二位置移至该第一位置的过程中，该刮水件用以刮除附着于该固态燃料上的该液态水。
5.如权利要求4所述的氢气产生装置，其特征在于：该固态燃料包括多个燃料块，该些燃料块间隔地排列，该刮水件具有多个开槽，该些开槽分别对位于该些燃料块。
6.如权利要求5所述的氢气产生装置，其特征在于：各该开槽的一宽度大致上等于该对应的燃料块的一宽度。
7.如权利要求1所述的氢气产生装置，其特征在于：还包括一吸水结构，配置于该第一端且用以吸附该液态水。
8.一种燃料电池，包括：
一氢气产生装置，包括：
一套筒，该套筒的一第一端用以容纳一液态水；
一滑动件，滑设于该套筒的一第二端，其中一固态燃料适于连接于该滑动件；
一退取机构，配置于该套筒内，当该滑动件被该退取机构固定于该第一位置时，该固态燃料远离该液态水，当该滑动件被该退取机构固定于该第二位置时，该固态燃料与该液态水反应产生氢气；
一电池堆；以及
一导引结构，连接于该氢气产生装置及该电池堆之间，且用以将该固态燃料与该液态水反应产生的氢气导引至该电池堆。
9.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：该固态燃料固定于该滑动件上，该退取机构包括：
一外螺纹，配置于该滑动件外表面上；以及
一内螺纹，配置于该套筒内壁上，其中该外螺纹咬合该内螺纹。
10.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：该退取机构包括：
一第一卡扣件，配置于该滑动件外表面上；
一第二卡扣件，配置于该套筒内表面上，当该滑动件位于该第二位置时，该第一卡扣件及第二卡扣件形成结构性干涉，以将该滑动件固定于该第二位置；以及
一弹性件，连接于该套筒及该滑动件之间，其中当该结构性干涉解除时，该滑动件借由该弹性件的弹性力复位至该第一位置。
11.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：还包括一刮水件，配置于该套筒内且位于该滑动件及该液态水之间，在该滑动件从该第二位置移至该第一位置的过程中，该刮水件用以刮除附着于该固态燃料上的该液态水。
12.如权利要求11所述的燃料电池，其特征在于：该固态燃料包括多个燃料块，该些燃料块间隔地排列，该刮水件具有多个开槽，该些开槽分别对位于该些燃料块。
13.如权利要求12所述的燃料电池，其特征在于：各该开槽的一宽度大致上等于该对应的燃料块的一宽度。
14.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：还包括一吸水结构，配置于该第一端且用以吸附该液态水。
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