CN107799851B - 燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池装置，包含：连通座及多个锌空气燃料电池，连通座具有多个组接部，且连通座的内部设有多个通道，多个通道分别连接每一个组接部，组接部分别形成有入料口及出料口，锌空气燃料电池具有开放状态的反应空间，锌空气燃料电池分别安装于组接部，使反应空间形成密闭状态，且反应空间的内部设有锌材料，使得反应空间分隔成反应区及气隔区，出料口位于反应区内，入料口位于气隔区内，据此，由连通座内部的通道将锌空气燃料电池之间相互连接导通，供锌空气燃料电池内能够产生氧化还原反应的化学材料能够通过通道流通于不同的锌空气燃料电池中。

Description

燃料电池装置

技术领域

本发明涉及一种锌空气燃料电池，尤指一种利用气压作为驱动源，进行持续性或间歇性推动化学反应原料的燃料电池装置。

背景技术

近几个世纪以来，由于人类大量地应用科技、制造工业，使得能源的需求量急剧地增加，而传统自然能源的开采及使用，例如：煤炭、石油、天然气、火力等消耗量持续性地升高，地球出现了严重且不可逆反修复的环境污染及破坏，并间接地导致温室效应、酸雨、森林消失、空气污染等不良自然现象。

人类已经清楚意识到天然能源的存量有限，将于不久后的未来消耗殆尽，再加上环保意识的提升，许多国家鼓励研究人员致力于合成、开采或研发替代性能源，并以寻求零污染或低污染的环境友好能源为目标。

其中，燃料电池即为其中一种已开发且具发展潜力及实用价值的替代性能源，其具有能量转换效率高、排出物质为干净气体、低环境噪音等优点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够同时组接多个锌空气燃料电池单元并能够使得多个锌空气燃料电池单元彼此之间相互连接导通的定位装置。

本发明的主要目的在于提供一种由气体压力作为驱动源，进行间歇性或持续性地以正压或负压驱动锌空气燃料电池单元内部的锌原料流动的燃料电池装置。

本发明的再一目的在于，设计一能够供驱动气体及锌原料通过的导流路径，气体能够于导流路径中断开每一锌空气燃料电池单元之间的电性连接，使得每一锌空气燃料电池分别独立呈现为一接近真空气密的样式，以提高每一锌空气燃料电池单元所产电量，能够应用于小至3C电子产品、大至电动车的能源供给。

本发明的另一目的在于，由持续性/间歇式流动的锌原料依序地流经用于充电或放电的锌空气燃料电池单元，且每一锌空气燃料电池单元的结构完全相同，便能够达到无须抽换、补充或增加锌空气燃料电池内部的化学原料的效果。

为了达到上述目的，本发明提供的燃料电池装置包含：一连通座，具有多个组接部且内部设有多个通道，多个通道分别连接一个组接部，每一组接部均形成有一入料口以及一出料口；以及多个锌空气燃料电池，每一锌空气燃料电池均具有一开放状态的反应空间，多个锌空气燃料电池分别安装于所述连通座中的每一组接部，使所述反应空间形成一密闭状态，且所述反应空间内部设有一能够产生氧化还原反应的锌材料，使得所述反应空间分隔成一反应区以及一未包含锌材料的气隔区；其中，所述连通座的出料口位于所述反应空间的反应区内，所述连通座的入料口位于所述反应空间的气隔区内。

其中，所述燃料电池装置进一步包含一压差产生器，所述连通座的外部形成一第一连接口以及一第二连接口，所述压差产生器与第一连接口以及第二连接口连接，所述压差产生器在所述第一连接口与第二连接口之间形成一压力差，进而驱使每一锌空气燃料电池的锌材料通过所述通道流动至另一锌空气燃料电池。

于一较佳可行实施例中，所述连通座的多个出料口分别位于对应反应区的不同高度位置，且所述锌空气燃料电池与其他锌空气燃料电池彼此之间的反应区高度位置亦不相同。

而且，所述通道包含一形成于连通座内部的连通段以及一突出于所述组接部的延伸段，进入所述锌空气燃料电池内部的延伸段与其他锌空气燃料电池内部的延伸段彼此之间的相对高度位置皆不相同。

又，本发明作为驱动源的压差产生器有三种较佳实施态样，于一第一较佳可行实施例中，由所述第一连接口或第二连接口其中之一与一真空罐连通，另一者直接与大气压力导通，以共同形成所述压力差，而于一第二较佳可行实施例中，所述压力差为一同时连通于所述第一连接口及一第二连接口的真空罐，另于一第三较佳可行实施例中，所述压力差为一同时连通于所述第一连接口及一第二连接口的磁轴马达。

此外，本发明锌材料有两种较佳实施态样，于一第一较佳可行实施例中，所述锌材料设为一能够流动并呈现为泥状样式的锌泥电极，由锌泥电极依序地持续性流通于所述连通座的通道中以及不同的锌空气燃料电池中，而于一第二较佳可行实施例中，所述锌材料为一呈现为颗粒样式或粉状样式或其混合构成的锌砂，由于所述锌砂留滞于锌空气燃料电池的反应区，于是配合一电解液持续性地流通于所述连通座的通道中以及不同的锌空气燃料电池中，所述电解液进入所述锌空气燃料电池中的反应区并与所述锌砂接触后，共同产生化学充电或放电的氧化还原反应。

最后，为了配合所述锌材料的第二较佳实施例，避免所述锌砂进入所述连通座的通道中，遂于所述出料口进一步设有一过滤件，由所述过滤件限制所述锌砂于反应空间中，并仅供所述电解液通过，从而能够从所述反应空间流入所述通道。

由前述说明可知，本发明的特点在于：通过一具有通道的连通座将多个锌空气燃料电池组装，而所述锌空气燃料电池内部的锌材料能够通过所述通道依序的持续性/间歇性于所述通道及不同的锌空气燃料电池中流通移动，当所述锌材料进入锌空气燃料电池中时，由所述锌材料与锌空气燃料电池的电极管产生一氧化还原反应，从而完成充电或放电。

而且，本发明能够供锌材料进行循环充电、放电，故无须重新置换或填充锌空气燃料电池内部中新的锌材料。

另外，当压差产生器以间歇性或持续性方式，利用正压或负压驱动气体推动锌泥电极或电解液，从而锌泥电极或电解液进入通道的过程中，气体能够将不同的锌空气燃料电池之间的通道加以区隔，使得不同的锌空气燃料电池之间的锌泥电极或电解液彼此断开，使得每一锌空气燃料电极分别独立地成为单一充电或放电的电极管，如此一来，本发明提供的燃料电池装置便能够提升每一锌空气燃料电极所产电量。

附图说明

图1为燃料电池装置的第一较佳实施例的立体图；

图2为图1的分解图；

图3为通道的结构示意图；

图4为锌空气燃料电极的剖面示意图；

图5A至图5D为图1配合真空罐的使用状态示意图；

图6为燃料电池装置的第二较佳实施例的立体图；

图7为图6的分解图；

图8为图6配合磁轴马达的使用状态示意图；

图9为燃料电池装置的第三较佳实施例的俯视图。

附图标记说明：1---燃料电池装置；2---连通座；20---组接部；201---公螺纹；202---入料口；20---出料口；203---出料口；204---过滤件；21---通道；210---连通段；211---延伸段；22---第一连接口；23---第二连接口；24---导通孔；3--锌空气燃料电池；30---壳体；300---母螺纹；301---通孔；31---电极管；32---反应空间；320---反应区；321---气隔区；33---金属集电管；34---隔离膜；35---空气电极；36---篓空空间；4---锌材料；40---锌泥电极；41---锌砂；42---电解液；5---压差产生器；50---真空罐；51---磁轴马达。

具体实施方式

兹为便于更进一步对本发明的构造、使用及其特征有更深一层明确、详实的认识与了解，爰举出较佳实施例，配合图示详细说明如下：

如图1至图4所示，本发明提供的燃料电池装置1主要包含有一连通座2以及多个锌空气燃料电池3两大部分，所述连通座2的一侧向内凹陷形成有多个组接部20，于一较佳实施例中，所述组接部20的内侧形成一公螺纹201。

而且，所述连通座2的内部形成有多个通道21，所述通道21包含一形成于连通座2内部的连通段210以及一延伸突出于所述组接部20的延伸段211，由所述多个通道21将每两个组接部20彼此之间相互连接导通，使得所述通道21的末端于所述组接部20中分别形成有一入料口202以及一出料口203。

所述锌空气燃料电池3包含一壳体30、一容置于所述壳体30中的电极管31以及一容置于所述电极管31中的锌材料4，所述电极管31的一端呈现一开放状态，于一较佳实施例中，所述壳体30的一端形成有一对应于所述公螺纹201的母螺纹300，使得所述壳体30能够与所述组接部20相互对应组接连结，并使得所述电极管31呈现一密闭状态。

其中，如图4所示，所述电极管31由内而外依序为一反应空间32、一完整包覆于所述反应空间32外围的金属集电管33、一完整包覆于所述金属集电管33外围的隔离膜34以及一完整包覆于所述隔离膜34外围的空气电极35，所述壳体30套设组接于所述空气电极35的外围，且所述壳体30具有多个供空气进入所述空气电极35的通孔301，所述壳体30与电极管31之间具有一篓空空间36，篓空空间36与壳体30外部的空气连接导通，其中，所述金属集电管33的材料为由铜或镍其中之一。

所述电极管31的反应空间32内部装填一能够配合所述壳体30及电极管31产生氧化还原反应的锌材料4，使得所述反应空间32分隔成一置放所述锌材料4的反应区320以及一未包含所述锌材料4的气隔区321，于本发明图1至图5D所示第一较佳可行实施例中，所述锌材料4为一能够流动并呈现为泥状样式的锌泥电极40。

其中，所述连通座2的出料口203位于所述反应空间32的反应区320内，所述连通座2的入料口202位于所述反应空间32的气隔区321内，于一较佳可行实施例中，本发明中的连通座2对应于每一管锌空气燃料电池3的延伸段211的长度皆不同，且每一管锌空气燃料电池3包含有锌材料4的反应区320大小亦不同，此将进一步导致每一管锌空气燃料电池3中的所述出料口203对应于各自管中的反应区320的高度位置皆不相同。

如此一来，本发明提供的燃料电池装置1便能够通过所述连通座2的组接部20与所述多个锌空气燃料电池3组接连结，并通过所述连通座2的通道21分别将所述呈现为密闭状态的锌空气燃料电池3彼此之间相互连接导通。

如图5A至图5D所示，为本发明提供的燃料电池装置1的第一较佳实施例进一步配合一压差产生器5的使用状态说明，于此实施例中以四管组合的锌空气燃料电池3进行说明，所述四管组合的锌空气燃料电池3能够通过一位于所述连通座2侧面的导通孔24，将两组各为两管的锌空气燃料电池3完成四管组合的样式，或者是由单一组四管样式的锌空气燃料电池3完成四管组合的样式，所述导通孔24的两端分别为一导通于大气压力的第一导通孔以及一导通于其中一延伸段211的第二导通孔。但凡两管、四管等其他偶数管组合的燃料电池装置1皆能够完成并实施本发明的目的。

所述连通座2的外部形成有一第一连接口22及一第二连接口23，所述第一连接口22与第二连接口23分别与所述连通座2内部的通道21相互连接导通，所述第一连接口22对应设于第一管的锌空气燃料电池3的上方位置，第二连接口23对应设于最末管(第四管)的锌空气燃料电池3的上方位置，于图5A至图5D所示所述压差产生器5的第一较佳可行实施例为，所述压差产生器5为一真空罐50。

由所述第一连接口22或第二连接口23其中之一与所述真空罐50安装连通，另一者直接与大气压力导通，进而共同形成一介于所述第一管的锌空气燃料电池3以及最末管(第四管)的锌空气燃料电池3之间的压力差，所述压力差可以为一吸入或打入空气气体的负压差或正压差。

如此一来，由所述真空罐50与大气压力形成的压力差，迫使大气压力中的气体从所述第一连接口22依序地进入所述连通座2的通道21、连通段210、第一管的锌空气燃料电池3的反应空间32、所述连通座2的延伸段211、连通段210、其他管的锌空气燃料电池3的反应空间32、所述连通座2的延伸段211、连通段210、最末管(第四管)的锌空气燃料电池3的反应空间32、所述连通座2的延伸段211、所述第二连接口23以及所述真空罐50。

而且，于气体依循前述说明路径流动行运的过程中，由于所述每一锌空气燃料电池3与连通座2安装组接之下分别呈现为一密闭状态，而且，所述通道21的延伸段211延伸进入所述第一管锌空气燃料电池3中包含有所述锌泥电极40的反应区320内，故所述锌泥电极40将受到前述气体驱动进一步依循气体的路径流动，亦即是，由所述压差产生器5于所述第一连接口22与第二连接口23之间形成一压力差，驱使每一锌空气燃料电池3的锌材料4通过所述通道21流动至另一锌空气燃料电池3。

如图5A至图5D所示，第一管锌空气燃料电池3通过所述第一连接口22与大气压力连接导通，最末管(第四管)的锌空气燃料电池3通过所述第二连接口23组接于所述真空罐50，于所述真空罐50尚未启动且尚未以负压方式驱动气体推动锌泥电极40的状态下，第一管的锌空气然电池3的反应区320中锌泥电极40的位置高度最高，所述锌泥电极40的位置依序递减至最末管(第四管)的锌空气燃料电池3的反应区320中锌泥电极40的位置高度最低，而第一管的锌空气然电池3的延伸段211的长度最长且出料口203相对于反应区320的位置最低(第一管的锌空气燃料电池3的延伸段211位于所述反应区320中，且所述延伸段211中同样容纳有所述锌泥电极40)。

所述延伸段211的长度依序递减至最末管(第四管)的锌空气燃料电池3的延伸段211的长度最短且出料口203相对于反应区320的位置最高(由于最末管(第四管)的锌空气燃料电池3的延伸段211能够设为刚好与反应区320的高度相同或并未与所述反应区320接触，故所述延伸段211中并不会容纳有所述锌泥电极40)。

于此状态下，所述锌泥电极40皆能够与每一管锌空气燃料电池3发生一氧化还原反应，并产生电力能够进行充电或放电。

如图5A所示，为启动所述真空罐50，并以负压方式驱动气体推动所述锌泥电极40的状态，大气压力中气体由所述连通座2的第一连接口22进入所述入料口202后再接续进入所述第一管锌空气燃料电池3的气隔区321，在气密状态的锌空气燃料电池3中，所述气体迫使第一管的锌空气燃料电池3中锌泥电极40进入所述延伸段211再接续进入所述连通段210，再进一步将所述锌泥电极40带动进入其他管锌空气燃料电池3中(如图5B所示)，依据此种负压气体推动所述锌泥电极40进入不同的锌空气燃料电池3的流动路径，便能够将第一管的锌空气燃料电池3中锌泥电极40作为其他管锌空气燃料电池3的锌材料4补充材料，于此循环之下，便无需由燃料电池装置1的外部进行额外补充所述锌材料4。

如图5C及图5D所示，当所述真空罐50进行间歇性负压方式驱动气体推动所述锌泥电极40时，所述真空罐50短暂地暂停负压驱动作业时，原先朝向所述其他管锌空气燃料电池3的单一方向流动的锌泥电极40，将短暂地失去被气体驱动的力量，而原先流动于所述通道21中的锌泥电极40，将受到自然重力影响，从而分别朝向第一管锌空气燃料电池3的延伸段211以及朝向另一管锌空气燃料电池3的连通段210两种不同的流动路径，进而流进不同的锌空气燃料电池3的反应空间32内，据此，第一管锌空气燃料电池3内的锌泥电极40的高度位置将下降，另一管锌空气燃料电池3内的锌泥电极40的高度位置将上升。

依据前述说明段落以此类推，前述气体及锌泥电极40的流动方式及流动方向将持续性地循环进行于第一管、第二管、第三管及最末管(第四管)锌空气燃料电池3之间，反之，若所述第一管锌空气燃料电池3通过所述第一连接口22组接于所述真空罐50，而最末管(第四管)的锌空气燃料电池3通过所述第二连接口23与大气压力连接导通，所述气体及锌泥电极40的流动方向将变为由最末管(第四管)锌空气燃料电池3朝向第一管锌空气燃料电池3移动。

另外，所述压差产生器5为一同时连通于所述连通座2的第一连接口22以及一第二连接口23的真空罐50(图未示)，亦能够形成所述压力差，并完成与前述气体及锌泥电极40相同的流动方式及流动方向。

如图6至图8所示，为本发明提供的燃料电池装置1的第二较佳实施例，于此实施例中以六管组合的锌空气燃料电池3进行说明，所述六管组合的锌空气燃料电池3能够同样地通过一位于所述连通座2侧面的导通孔24，将三组各为两管的锌空气燃料电池3完成六管组合的样式，或将一组两管以及一组四管的锌空气燃料电池3完成六管组合的样式，所述导通孔24的两端分别为一导通于大气压力的第一导通孔以及一导通于其中一延伸段211的第二导通孔。

此实施例中与前述第一较佳实施例不同点在于，所述锌材料4为一呈现为颗粒样式或粉状样式其中之一或其混合构成的锌砂41，所述锌砂41沉淀留置于所述锌空气燃料电池3内的反应空间32中，并不会随着前述气体的流动进而改变位置，为了避免氧化还原过程中体积逐渐缩小的锌砂41通过的延伸段211进入所述通道21中并进一步影响燃料电池装置1的充电或放电功效，进一步于所述连通座2的出料口203位置设有一过滤件204，通过所述过滤件204将所述锌砂41限制在所述反应空间32内，于一较佳可行实施例中，所述过滤件204为一不织布材质构成的阻挡面并能够将所述连通座2的出料口203完整地包覆。

据此，此实施例中锌砂41须配合一电解液42遂能够完成与前述第一较佳实施例相同的结果，由所述电解液42进入所述反应空间32并流入所述通道21中，进行与前述第一较佳实施例中的锌泥电极40相同的动作。

而且，所述连通座2的第一连接口22对应于所述第一管锌空气燃料电池3的位置，且所述第二连接口23对应于所述最末管(第六管)锌空气燃料电池3的位置，前述气体及锌砂41的流动方式及流动方向将持续性地循环进行于第一管、第二管、第三管、第四管、第五管以及最末管(第六管)锌空气燃料电池3之间。

此外，如图8所示，此实施例中，所述压差产生器5可以为一同时连通于所述连通座2的第一连接口22以及一第二连接口23的磁轴马达51，由所述磁轴马达51形成介于所述第一连接口22以及一第二连接口23之间的压力差，便能够完成与所述真空罐50相同的功效，其他部分技术特征皆与前述第一较佳实施例相同，于此便不再加以赘述。

最后，如图9所示，为本发明提供的燃料电池装置1的第三较佳实施例，于此实施例中，以十六管组合的锌空气燃料电池3进行说明，与前述第一及第二较佳实施例不同点在于，所述连通座2的第一连接口22设于对应第一管锌空气燃料电池3的位置，第一连接口22设于对应最末管(第十六管)锌空气燃料电池3的位置，并将左侧两排(共八管组合)的锌空气燃料电池3设为用于放电，相对于右侧两排(共八管组合)的锌空气燃料电池3设为用于充电，如此便能够于此实施例燃料电池装置1中持续性/间歇性循环同时完成充电和放电，从而无须改变所述磁轴马达51组接于所述连通座2的第一连接口22以及第二连接口23的位置，或改变所述磁轴马达51的电流方向。

如此一来，由前述三种燃料电池装置1的实施例能够得知，通过本发明中的连通座2的设计，使得气体能够于每一通道21的连通段210中分别区隔开每一管锌空气燃料电池3之间的电性连接，使得每一管锌空气燃料电池3的锌材料4能够分别独立各自进行充/放电，能够将每一管锌空气燃料电池3所产电量加总，所产总电量足以应用于小至3C电子产品、大至电动车的能源供给。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池装置，配合一压差产生器使用，其特征在于，包含：

一连通座，具有多个组接部且内部设有多个通道，每一个通道分别连接到两个不同的组接部，每一组接部均形成有一入料口以及一出料口，所述连通座的外部形成一第一连接口以及一第二连接口，所述压差产生器与第一连接口以及第二连接口连接；以及

多个锌空气燃料电池，每一锌空气燃料电池均具有一开放状态的反应空间，多个锌空气燃料电池分别安装于所述连通座中的每一组接部，使所述反应空间形成一密闭状态，且所述反应空间内部设有一能够产生氧化还原反应的锌材料，使得所述反应空间分隔成一反应区以及一未包含锌材料的气隔区；

其中，所述连通座的出料口位于所述反应空间的反应区内，所述连通座的入料口位于所述反应空间的气隔区内，所述压差产生器在所述第一连接口与第二连接口之间形成一压力差，进而驱使每一锌空气燃料电池的锌材料通过所述通道流动至另一锌空气燃料电池。

2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述燃料电池装置进一步包含一压差产生器，所述连通座的外部形成一第一连接口以及一第二连接口，所述压差产生器与第一连接口以及第二连接口连接，所述压差产生器在所述第一连接口与第二连接口之间形成一压力差，进而驱使每一锌空气燃料电池的锌材料通过所述通道流动至另一锌空气燃料电池。

3.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述连通座的多个出料口分别位于对应反应区的不同高度位置。

4.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述通道包含一形成于连通座内部的连通段以及一突出于所述组接部的延伸段。

5.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述第一连接口或第二连接口其中之一与一真空罐连通，另一者直接与大气压力导通，以共同形成所述压力差。

6.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述压差产生器为一同时连通于所述第一连接口及一第二连接口的真空罐。

7.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述压差产生器为一同时连通于所述第一连接口及一第二连接口的磁轴马达。

8.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述锌材料为一能够流动并呈现为泥状样式的锌泥电极。

9.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于：所述锌材料为一呈现为颗粒样式或粉状样式其中之一或其混合构成的锌砂。

10.根据权利要求9所述的燃料电池装置，其特征在于：所述出料口进一步设有一过滤件，所述过滤件能够将所述锌砂限制在反应空间内，并使得一电解液能够由所述反应空间流入所述通道中。