CN102170001B

CN102170001B - 电能供应装置

Info

Publication number: CN102170001B
Application number: CN2010101229024A
Authority: CN
Inventors: 张旭霖; 颜贻乙
Original assignee: Toplus Energy Corp
Current assignee: Toplus Energy Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: CN102170001A

Abstract

一种电能供应装置，包括两个导电基板、一化电转换模块、一密封结构以及一保持结构。导电基板彼此相对设置。化电转换模块夹设在两个导电基板之间。密封结构环设在化电转换模块的周缘并夹置在两个导电基板之间，且顶抵两个导电基板。保持结构邻接在密封结构的周缘，并抵接两个导电基板。一种使用在电能供应装置内的密封体也一并揭露。本发明的电能供应装置具有良好固定效果及供电效能。

Description

电能供应装置

技术领域

本发明关于一种电能供应装置。

背景技术

近几年由于传统能源如煤、石油及天然气的持续消耗，造成地球环境的严重污染及全球的温室效应，因此科学家亟欲寻找解决的方案，以减少传统能源的使用及依赖，而燃料电池(fuel cell)便是其中一种重要且具发展潜力及实用价值之选择。与传统的内燃机相比，燃料电池具有能量转换效率高、运作安静、反应快及非常低的排放污染等优点，因此，燃料电池快速地成为例如机动车辆、或移动式发电机、或移动式电器设备的电力来源。

如图1A所示，是公知一种燃料电池1的结构的分解示意图。在公知的燃料电池1中，由上至下依序包括导电基板12a、扩散层14a、膜电极14c、扩散层14b及导电基板12b。其中，导电基板12a与导电基板12b彼此对应设置并分别具有反应区R1a、R1b与传输区T1a、T1b。

为了电性上的导通，邻设在导电基板12a的扩散层14a与邻设在导电基板12b的扩散层14b也具有导电能力，而夹设在扩散层14a与扩散层14b之间的膜电极14c，与导电基板12a及导电基板12b上的反应区R1a、R1b对应设置。膜电极14c具有两个触媒层141、142与夹设在其中的质子交换层143。其中，质子交换层143是固态的电解质，通过质子交换层143以分隔触媒层141、142，并使流动在导电基板12a与导电基板12b的流体不至于彼此混合。

以燃料电池1而言，由于膜电极14c将例如阴极的导电基板12a与例如阳极的导电基板12b分隔在两侧，为避免流动在导电基板12a、12b之间的流体发生泄漏或是彼此混合的情形，在膜电极14c与导电基板12a、12b之间分别设置有密封体18a、18b，以防止流体泄露，且由于一般的流体多是气体(例如氢气)，因此密封体18a、18b也可称为气封(gasket)。

在公知技术中，密封体18a、18b分别设置在膜电极14c的两侧，因此，当燃料电池1进行组装时，为了各组件的定位，必须先将密封体18a或18b置放在导电基板12a或导电基板12b上。例如，当密封体18b置放在导电基板12b上后，可利用密封体18b来定位以依序置放扩散层14b、膜电极14c、扩散层14a、密封体18a与导电基板12a。

然而，由于密封体18a、18b并非固定黏着在导电基板12a、12b上，因此各个组件经常会因为密封体18a、18b的滑动或移动，而产生定位上的困难，更可能因此导致密封效果不佳造成流体外泄。另外，燃料电池1也可能因为密封体18a、18b与膜电极14c之间的定位不准确，而造成燃料电池1在一段操作时间后，因震动或热涨冷缩导致密封体18a、18b与膜电极14c之间产生移位的现象，进而影响到燃料电池1整体的供电效能。

此外，若将多组燃料电池1串联并上下迭合，以构成一供电设备时，常用的连结方式如图1B所示，可以螺杆将多组燃料电池1锁合，通过锁紧螺杆上下的螺丝S，使所述燃料电池1之间可紧密的迭合在一起，以构成一完整的供电设备。

然而，如图1A及图1B所示，若锁合螺丝S时的力道不平均或不足，则可能会造成导电基板12a与扩散层14a之间，或扩散层14a、14b与膜电极14c之间，或扩散层14b与导电基板12b之间因接触不良而造成接触阻抗太大。更进一步，可能造成上、下两燃料电池1之间的导电基板的接触阻抗太大，而影响供电设备的整体供电效能。另一方面，若锁合螺丝S时的力道太大，则可能会造成燃料电池1的内部组件，例如导电基板12a、12b、或扩散层14a、14b等变形或破裂，使得供电设备的整体供电效能降低。

因此，如何提供一种电能供应装置，其结构具有良好的固定效果，且其组合的供电设备也具有良好的供电效能，实为当前重要的课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种不仅结构具有良好固定效果的电能供应装置，且其组合的供电设备也具有良好的供电效能。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种电能供应装置，其包括两个导电基板、一化电转换模块、一密封结构以及一保持结构。其中，导电基板彼此相对设置。化电转换模块夹设在两个导电基板之间。密封结构环设在化电转换模块的周缘并夹置在两个导电基板之间，且顶抵两个导电基板。保持结构邻接在密封结构的周缘，并抵接两个导电基板。

此外，上述的各导电基板具有至少一反应区域及至少两个流体传输区域，反应区域与化电转换模块对应设置，且反应区域具有至少一导流道。上述的化电转换模块具有两个扩散单元及一膜电极单元，扩散单元分别邻设在导电基板，膜电极单元夹设在扩散单元之间。上述的保持结构邻接在密封结构的外周缘，且密封结构连续或不连续地环设在反应区域的周缘，此外或者密封结构连续或不连续地环设在流体传输区域的周缘。上述的导电基板的至少其中之一也具有至少一定位结构，且定位结构与密封结构对应设置。其中，密封结构与保持结构是独立的结构或一体成型的结构，而保持结构的厚度与化电转换模块的厚度实质相等。

本发明也提出一种密封体，其应用在上述的电能供应装置，其中，密封体包括一密封结构以及一保持结构。密封结构环设在上述的化电转换模块的周缘并夹置在导电基板之间，且顶抵导电基板。保持结构邻接在密封结构的周缘，并抵接导电基板。

此外，上述的保持结构邻接在密封结构的外周缘，且密封结构连续或不连续地环设在化电转换模块的周缘。其中，密封结构与保持结构是独立的结构或是一体成型的结构，而保持结构的厚度与化电转换模块的厚度实质相等。

借由上述技术方案，本发明的电能供应装置至少具有下列优点：

承上所述，因本发明的电能供应装置具有一保持结构设置在密封结构的周缘，且保持结构并抵接在两个导电基板。藉此，保持结构可使电能供应装置的两导电基板之间保持一定的距离，因此，可避免电能供应装置迭设以构成一供电设备时，因螺杆的锁合力道太大或太小，造成内部构件变形、破裂或是接触阻抗太大等问题，造成供电设备的固定不良及供电效能下降。通过保持结构的设置，可使电能供应装置的结构具有良好的固定效果，且所组成的供电设备也能具有良好的供电效能。

附图说明

图1A是公知的一种燃料电池装置的结构的分解示意图；

图1B是公知的多个燃料电池装置组合成的一种供电设备的示意图；

图2是本发明优选实施例的电能供应装置的分解示意图；

图3是图2的导电基板的结构示意图；

图4是图2中，沿直线A-A的剖面图；

图5是本发明电能供应装置的另一变化态样示意图；以及

图6是图5中沿直线B-B的剖面图。

主要元件符号说明：

14a、14b：扩散层 14c：膜电极

141：触媒层 142：触媒层

143：质子交换层 18a、18b：密封体

2、2a：电能供应装置 22a、22b：导电基板

24、24d：化电转换模块 241、242：触媒单元

243：质子交换单元 24a、24b：扩散单元

24c：膜电极单元 26、26a：密封结构

261：第一凸部 262：第二凸部

28、28a：保持结构 30、30a：封胶体

R1a、R1b：反应区 R2a、R2b：反应区域

S2a、S2b：导流道 T1a、T1b：传输区

T2a、T2b：流体传输区域

具体实施方式

以下将提出优选实施例以详细说明本发明的技术特征，还同时佐以图式来辅助说明本发明所揭露的密封体及其应用的电能供应装置。

首先，请参照图2所示，是本发明优选实施例的一种电能供应装置2的分解示意图。本实施例的电能供应装置2是燃料电池装置，可例如但不限是氢燃料电池装置。电能供应装置2也可以是瓦斯、汽油、甲烷、甲醇、或乙醇等燃料电池装置，在此并不限制。

电能供应装置2包括两个导电基板22a、22b、一化电转换模块24、一密封结构26以及一保持结构28。

导电基板22a、22b彼此相对设置。其中，导电基板22a及导电基板22b可分别作为电能供应装置2的阴极导电基板或阳极导电基板，在此并不加以限定。

更详细来说，请同时参照图2及图3所示，图3是导电基板22a的结构示意图。导电基板22a可具有至少一反应区域R2a及至少两个流体传输区域T2a，导电基板22b也可具有至少一反应区域R2b及至少两个流体传输区域T2b。其中，部分的流体传输区域T2a、T2b用以使流体流入至反应区域R2a、R2b内，而部分的流体传输区域T2a、T2b则用以使已反应的流体由反应区域R2a、R2b流出。

为了提高流体的利用率，反应区域R2a、R2b还可具有至少一导流道S2a、S2b，俾使从流体传输区域T2a、T2b流入的流体可通过密集的导流道S2a、S2b在反应区域R2a、R2b均匀地流动。其中，导电基板22a、22b上的导流道S2a、S2b可依据不同的需求而有不同的设计。另外，导电基板22a、22b也可仅在单一表面上设置有导流道S2a、S2b。不过，在实际的应用上，为达到特定的输出电压或输出电流，可以串联或并联的方式连结多个电能供应装置2以组成一供电设备，而为实现如此的态样，在导电基板22a或导电基板22b的上下主要表面上均可设置有导流道S2a、S2b，俾使一个导电基板22a或一个导电基板22b即可同时应用在两个电能供应装置上。本实施例即是导电基板22a及导电基板22b的两个主要表面上分别设有导流道S2a、S2b的态样。

另外，由于导电基板22a、22b必须兼具有适当的刚性(用以支撑、保护夹设在其中的构件)、适当的弹性(用以吸收组装时的结构应力)及良好的导电度，因此，导电基板22a、22b所采用的材料多为石墨与聚合物的组成物，当然，金属材料或合金材料也可以是经常选用的材料，在此并不加以限定。

化电转换模块24夹设在导电基板22a与导电基板22b之间，并与导电基板22a、22b上的反应区域R2a、R2b分别对应。换言之，因反应区域R2a、R2b是主要的化电转换区域，因此，化电转换模块24与反应区域R2a、R2b对应设置，以提高化电转换的反应效率。

请同时参照图2及图4所示，其中，图4是图2中的电能供应装置2，沿直线A-A的剖面图。密封结构26环设在化电转换模块24的周缘，并夹置在导电基板22a与导电基板22b之间，且顶抵导电基板22a及22b。

其中，密封结构26可具有一第一凸部261。第一凸部261顶接在导电基板22a，且化电转换模块24的至少一侧顶抵在第一凸部261的内侧缘。在本实施例中，以化电转换模块24的左右两侧均顶抵在第一凸部261的内侧缘为例，然并不以此为限。

更详细来说，如图2及图4所示，在密封结构26中，第一凸部261顶接在导电基板22a与导电基板22b之间，且化电转换模块24顶抵在第一凸部261的内侧缘。换言之，在导电基板22a与化电转换模块24之间，通过第一凸部261以构成密封的空间，俾使自导电基板22a的流体传输区域T2a流入的流体，能够密封在导电基板22a与化电转换模块24之间，以避免产生流体外泄，或内部流体与外界流体混合等问题。

再者，密封结构26除可连续或不连续地环设在导电基板22a、22b的反应区域R2a、R2b周缘外，为避免流体自流体传输区域T2a、T2b流入或流出时发生外泄的情形，密封结构26也可连续或不连续地环设在导电基板22a、22b的流体传输区域T2a、T2b外周缘，在此，均不加以限制。

另外，为使组装流程更为简单、便利，导电基板22a、22b的至少其中之一还可设置至少一定位结构Ca，且定位结构Ca与密封结构26对应。在此，是以导电基板22a具有定位结构Ca对应在密封结构26的第一凸部261为例。其中，定位结构Ca可例如是凹槽、粗糙面、凸部或其组合，在此是以凹槽为例。定位结构Ca可用以定位第一凸部261，使密封结构26可容易且正确地对位在导电基板22a，并避免密封结构26位移而影响密封效果。

此外，除了上述的定位结构Ca外，还可在导电基板22a、22b与密封结构26对应的位置上设置至少一固定结构(图未显示)，使密封结构26能够通过固定结构以固定在导电基板22a、22b上，以进一步避免因密封结构26的滑动或位移而导致密封效果受到影响，其中，固定结构例如可以是勾体、凸槽或凸块等。

保持结构28邻接在密封结构26的周缘，并抵接导电基板22a、22b。在此，保持结构28是以邻接在密封结构26的外周缘为例。其中，保持结构28可例如是自密封结构26向外侧延伸的一凸结构，其目的是用以保持两导电基板22a、22b之间的距离。另外，保持结构28的水平延伸方向，以不超出导电基板22a、22b的外缘较佳，然其非限制性。其中，保持结构28的厚度与化电转换模块24的厚度实质相等，因此，保持结构28可使两导电基板22a、22b之间保持一定的距离。其中，密封结构26与保持结构28此外可合称为一密封体30。

值得一提的是，上述的密封结构26与保持结构28可分别是独立的结构，或者，也可以是一体成型的结构，在此，是以一体成型为例。另外，密封结构26与保持结构28可由弹性体所构成，密封结构26与保持结构28的材料可例如是硅胶、聚氯乙稀、聚乙稀、聚丙稀、聚苯乙烯或上述材料的组合。因此，具有弹性的密封结构26与保持结构28在电能供应装置2组装的流程中可用以吸收部分组装的应力。另一方面，由于具有弹性的密封结构26与保持结构28可额外吸收组装的应力，使电能供应装置2可承受较高的组装力量，进而达到加强电能供应装置2的结构强度与达到密封及固定的效果。

此外，当多个电能供应装置2串联并迭设成一完整供电设备时，因各电能供应装置2具有上述的保持结构28，且其厚度与化电转换模块24的厚度实质相等，因此，当组合成供电设备而锁合两侧螺杆上的螺丝时，可使两导电基板22a、22b之间保持一定的距离而不会造成内部构件的变形、甚至破裂的情况，因此，可避免锁合力道太大或太小所造成的内部构件变形、破裂或是接触阻抗太大等问题，因此，不仅可使电能供应装置2的结构具有良好的固定效果，且组合成的供电设备也可具有良好的供电效能。

请参照图5及图6所示，其中，图5是电能供应装置2的另一变化态样示意图，而图6是图5中，沿直线B-B的剖面图。

电能供应装置2a与上述实施例的电能供应装置2主要的不同在于，本态样的化电转换模块24d可具有两个扩散单元24a、24b及一膜电极单元24c。扩散单元24a邻设在导电基板22a，扩散单元24b邻设在导电基板22b，膜电极单元24c夹设在扩散单元24a、24b之间，并与导电基板22a、22b上的反应区域R2a、R2b分别对应设置。其中，膜电极单元24c可具有两个触媒单元241、242及一质子交换单元243，触媒单元241、242将质子交换单元243夹置在其中。

另外，密封结构26a还可具有一第二凸部262，且第二凸部262邻设在第一凸部261并对应在导电基板22b的定位结构Cb，并顶接在导电基板22b与膜电极单元24c，而扩散单元24b的至少一侧顶抵在第二凸部262的内侧缘。通过密封结构26a的第二凸部262及对应的定位结构Cb的设置，使电能供应装置2a的结构具有更好的密封及固定效果。

此外，本态样的电能供应装置2a的其它技术特征与上述实施例的电能供应装置2相同，在此不在赘述。

综合上述，因本发明的电能供应装置具有一保持结构设置在密封结构的周缘，且保持结构抵接在两个导电基板。藉此，保持结构可使电能供应装置的两导电基板之间保持一定的距离，因此，可避免电能供应装置迭设以构成一供电设备时，因螺杆的锁合力道太大或太小，造成内部构件变形、破裂或是接触阻抗太大等问题，造成供电设备的固定不良及供电效能下降。通过保持结构的设置，可使电能供应装置的结构具有良好的固定效果，且所组成的供电设备也能具有良好的供电效能。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种电能供应装置，其特征在于，包括：

两个导电基板，彼此相对设置；

一化电转换模块，夹设在所述导电基板之间；

一密封结构，环设在所述化电转换模块的周缘并夹置在所述导电基板之间，且顶抵所述导电基板；以及

一保持结构，其为所述密封结构向外延伸的一凸结构且邻接在所述密封结构的外周缘，并抵接所述导电基板，所述保持结构的厚度与所述化电转换模块相等，所述保持结构的外侧边缘是和所述导电基板的两侧的边缘切齐，

其中，所述密封结构具有一第一凸部，所述第一凸部顶接所述导电基板的其中之一，所述化电转换模块的两侧顶抵所述第一凸部的内侧缘，所述化电转换模块是设置在所述导电基板与所述第一凸部构成的密封空间中。

2.根据权利要求1所述的电能供应装置，其特征在于，各所述导电基板具有至少一个反应区域及至少两个流体传输区域，且所述反应区域与所述化电转换模块对应设置，所述反应区域具有至少一个导流道。

3.根据权利要求2所述的电能供应装置，其特征在于，所述密封结构连续或不连续地环设在所述反应区域的周缘，或者所述密封结构连续或不连续地环设在所述流体传输区域的周缘。

4.根据权利要求1所述的电能供应装置，其特征在于，所述导电基板的至少其中之一具有至少一个定位结构，所述定位结构与所述密封结构对应设置，且所述定位结构是凹槽、粗糙面、凸部或其组合。

5.根据权利要求1所述的电能供应装置，其特征在于，所述密封结构与所述保持结构是一体成型的结构。

6.一种密封体，其特征在于，所述密封体用于一电能供应装置，所述电能供应装置具有两个彼此相对设置的导电基板且一化电转换模块夹设在所述导电基板之间，所述密封体包括：

7.根据权利要求6所述的密封体，其特征在于，所述密封结构连续或不连续地环设在所述化电转换模块的周缘。

8.根据权利要求6所述的密封体，其特征在于，所述密封结构与所述保持结构是一体成型的结构。

9.根据权利要求6所述的密封体，其特征在于，所述密封结构及所述保持结构是弹性体，所述弹性体的材质选自硅胶、聚氯乙稀、聚乙稀、聚丙稀、聚苯乙烯及其组合。