CN1567634A - 燃料电池用加湿模组及其单体 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种燃料电池用加湿模组及其单体，其中加湿模组包括复数个加湿单体，加湿单体分别与燃料电池连通，且分别包括一第一导气板、一第二导气板、以及一中间层；第一导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第一沟槽，用以供大气经由第一沟槽而流至燃料电池；第二导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第二沟槽，用以供来自燃料电池的气体经由第二沟槽而流至加湿单体的外部，其中第二导气板是以第二沟槽面对第一导气板的第一沟槽的方式设置；中间层设置于第一导气板和第二导气板之间，用以隔绝在第一沟槽中流动的气体以及在第二沟槽中流动的气体，且使在第二沟槽中流动的气体中的水份传递至第一沟槽。

Description

燃料电池用加湿模组及其单体

技术领域

本发明是有关于一种燃料电池用加湿模组及其单体，特别是有关于一种可用以确保燃料电池内的湿度的燃料电池用加湿模组及其单体。

背景技术

近年来，空气污染问题日益严重，其中一大部分是来自于汽油引擎所排放的废气，因此汽油引擎所造成的污染绝不容轻视，为追求更好的环境品质，发展零污染的燃料电池来代替高污染的汽油引擎等，实为首要之务。

燃料电池主要是利用氢气和氧气通过电化学反应生成水，并释放电能，其主要由阳极、阴极、电解质及外部电路所组成，氢气是导入阳极，而氧气(或空气)是导入阴极；阳极的氢离子穿过电解质到达阴极，而阳极的电子亦通过外电路到达阴极，在阴极与氧气反应而生成水并释放电能。

目前所发展出来的燃料电池约略有以下几种：碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、及质子交换膜燃料电池等，各种燃料电池各有其优劣点及应用范围，由于本发明主要是针对质子交换膜燃料电池作改良，因此以下以质子交换膜燃料电池进行说明。

在质子交换膜燃料电池的质子交换膜(作为电解质)中，需要有液态水才能传递质子(氢离子)，然而，当低温干燥的空气进入高温的燃料电池中时，因为湿度差异太大，质子交换膜中的水份会被大量蒸发，导致严重失水，而无法顺利传导质子。

在习知的质子交换膜燃料电池中，经常使用设置于燃料电池外部的空气加湿装置，并且需要额外的动力以启动装置，导致是统较为复杂，体积与重量增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池用加湿模组及其单体，其可确保燃料电池内的湿度。

为达成上述目的，本发明是提供一种燃料电池用加湿单体，包括一第一导气板、一第二导气板、以及一中间层；第一导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第一沟槽，用以供大气经由第一沟槽而流至燃料电池；第二导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第二沟槽，用以供来自燃料电池的气体经由第二沟槽而流至加湿单体的外部，其中第二导气板是以第二沟槽面对第一导气板的第一沟槽的方式设置；中间层设置于第一导气板和第二导气板之间，用以隔绝在第一沟槽中流动的气体以及在第二沟槽中流动的气体，且使在第二沟槽中流动的气体中的水份传递至第一沟槽。

在一较佳实施例中，中间层包括一透水层、以及一第一吸水层；透水层用以供在第二沟槽中流动的气体中的水份通过至第一沟槽，第一吸水层设置于透水层面对第二导气板的表面上，用以吸取在第二沟槽中流动的气体中的水份。

又，第一吸水层是黏贴在透水层上且由亲水性的材质所制成，而透水层是由透水且不透气的材质所制成。

在另一较佳实施例中，中间层包括一第二吸水层，设置于透水层面对第一导气板的表面上，用以吸取通过透水层的水份。

又，第二吸水层是黏贴在透水层上且是由亲水性的材质所制成。

在另一较佳实施例中，中间层是黏贴在第一导气板和第二导气板上。

在另一较佳实施例中，第一沟槽和第二沟槽之间是以相互正交的方式设置。

在另一较佳实施例中，第一导气板在第一沟槽的延伸方向上分别形成有一第一开口、以及一第二开口，且第二导气板分别形成有与第一开口、以及第二开口对应的一第三开口、以及一第四开口，借此大气从第一开口和第三开口进入第一沟槽，而从第二开口和第四开口离开加湿单体。

在另一较佳实施例中，第二导气板在第二沟槽的延伸方向上分别形成有一第五开口，且第一导气板形成有与第五开口对应的一第六开口，借此来自燃料电池的气体从第五开口和第六开口进入第二沟槽。

又，第一导气板在第六开口的相对侧上形成有一第七开口，借此在第二沟槽流动的气体从第七开口离开加湿单体。

在另一较佳实施例中，燃料电池用加湿单体更包括一扩充板，其设置于第一导气板和第二导气板之间，且在面对第一导气板的一侧上形成复数个第三沟槽，而在面对第二导气板的一侧上形成复数个第四沟槽。

又，第三沟槽和第四沟槽之间是以相互正交的方式设置，且第三沟槽和第一沟槽之间是以相互正交的方式设置，第四沟槽和第二沟槽之间是以相互正交的方式设置。

又，扩充板在第三沟槽的延伸方向上分别形成有一第八开口、以及一第九开口，且在第四沟槽的延伸方向上分别形成有一第十开口、以及一第十一开口。

又在本发明中，提供一种燃料电池用加湿模组，其包括分别与燃料电池连通的复数个加湿单体，而加湿单体分别包括一第一导气板、一第二导气板、以及一中间层；第一导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第一沟槽，用以供大气经由第一沟槽而流至燃料电池；第二导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第二沟槽，用以供来自燃料电池的气体经由第二沟槽而流至加湿单体的外部，其中第二导气板是以第二沟槽面对第一导气板的第一沟槽的方式设置；中间层设置于第一导气板和第二导气板之间，用以隔绝在第一沟槽中流动的气体以及在第二沟槽中流动的气体，且使在第二沟槽中流动的气体中的水份传递至第一沟槽。

又在本发明中，提供一种燃料电池用加湿单体，其与一加湿流体供应源连通，且包括一第三导气板、一第四导气板、以及一中间层；第三导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第五沟槽，用以供大气经由第五沟槽而流至燃料电池；第四导气板与加湿流体供应源连通，且在其上形成复数个第六沟槽，用以供来自加湿流体供应源的流体经由第六沟槽而流至加湿单体的外部，其中第四导气板是以第六沟槽面对第三导气板的第五沟槽的方式设置；中间层设置于第三导气板和第四导气板之间，用以隔绝在第五沟槽中流动的气体以及在第六沟槽中流动的流体，且使在第六沟槽中流动的流体中的水份传递至第五沟槽。

在一较佳实施例中，第四导气板在第六沟槽的延伸方向上分别形成有一第五开口、以及一第十二开口，且第三导气板分别形成有与该五开口、以及第十二开口对应的一第六开口、以及一第十三开口，借此来自加湿流体供应源的流体从第五开口和第六开口进入第六沟槽，而从第十二开口和第十三开口离开加湿单体。

又在本发明中，提供一种燃料电池用加湿模组，其与一加湿流体供应源连通，且包括分别与燃料电池和加湿流体供应源连通的复数个加湿单体，而加湿单体分别包括一第三导气板、一第四导气板、以及一中间层；第三导气板与燃料电池连通，且在其上形成复数个第五沟槽，用以供大气经由第五沟槽而流至燃料电池；第四导气板与加湿流体供应源连通，且在其上形成复数个第六沟槽，用以供来自加湿流体供应源的流体经由第六沟槽而流至加湿单体的外部，其中第四导气板是以第六沟槽面对第三导气板的第五沟槽的方式设置；中间层设置于第三导气板和第四导气板之间，用以隔绝在第五沟槽中流动的气体以及在第六沟槽中流动的流体，且使在第六沟槽中流动的流体中的水份传递至第五沟槽。

附图说明

图1是本发明的燃料电池用加湿单体的第一实施例的分解示意图；

图2a是在图1中的第一导气板的前视图；

图2b是在图1中的第一导气板的后视图；

图3a是在图1中的第二导气板的前视图；

图3b是在图1中的第二导气板的后视图；

图4a是本发明的燃料电池用加湿单体的第一实施例的组合示意图；

图4b是在图4a中沿线b-b所得的剖面图；

图4c是在图4a中沿线c-c所得的剖面图；

图5是本发明的燃料电池用加湿模组的第一实施例的示意图；

图6a是本发明的燃料电池用加湿单体的第二实施例的分解示意图；

图6b是在图6a中的扩充板的前视图；

图6c是在图6a中的扩充板的后视图；

图7a是本发明的燃料电池用加湿单体的第三实施例的分解示意图；

图7b是在图7a中的第三导气板的前视图；

图7c是在图7a中的第三导气板的后视图；

图7d是在图7a中的第四导气板的前视图；

图7e是本发明的燃料电池用加湿单体的第三实施例的组合示意图；

图8是本发明的燃料电池用加湿模组的第三实施例的示意图。

图号说明：

1燃料电池用加湿模组

2燃料电池用加湿模组

5燃料电池

6加湿流体供应源

10第一导气板

11第一沟槽

12第一开口

13第二开口

14第六开口

15第七开口

20第二导气板

21第二沟槽

22第三开口

23第四开口

24第五开口

30中间层

31透水层

311第一粘着部

312第二粘着部

32第一吸水层

33第二吸水层

40扩充板

41第三沟槽

42第四沟槽

43第八开口

44第九开口

45第十开口

46第十一开口

50第三导气板

51第五沟槽

52第一开口

53第二开口

54第六开口

55第十三开口

60第四导气板

61第六沟槽

62第三开口

63第四开口

64第五开口

65第十二开口

100燃料电池用加湿单体

200燃料电池用加湿单体

300燃料电池用加湿单体

具体实施方式

第一实施例

参考图1、2a、2b、3a、3b、4a、4b、4c，其显示本发明的燃料电池用加湿单体的第一实施例，燃料电池用加湿单体100可用以对进入燃料电池的空气加湿，其包括一第一导气板10、一第二导气板20、以及一中间层30。

第一导气板10可与如图4a所示的燃料电池5连通，且如第2a、2b图所示，在其一表面上形成复数个第一沟槽11，在其四周分别形成两个第一开口12、两个第二开口13、两个第六开口14、一第七开口15，其中位于加湿单体100外界的燃料电池用较干燥的反应空气进气，可经由第一导气板10上的第一沟槽11而流至燃料电池5，第一开口12、第二开口13是在第一沟槽11的延伸方向上形成。

第二导气板20可与如图4a所示的燃料电池5连通，且如第3a、3b图所示，在其一表面上形成复数个第二沟槽21，在其周边的三个边缘上分别形成两个第三开口22、两个第四开口23、以及两个第五开口24，其中来自燃料电池5的饱含水汽的反应空气排气可经由第二导气板20上的第二沟槽21而流至加湿单体100的外部，第三开口22、第四开口23分别与第一导气板10上的第一开口12、第二开口13对应，而第五开口24是在第二沟槽21的延伸方向上形成并与第一导气板10上的第六开口14对应。

又，参考图1，在加湿单体100中，第二导气板20是以其第二沟槽21面对第一导气板10的第一沟槽11的方式设置，且第一沟槽11和第二沟槽21之间是以相互正交的方式设置。

借由第一导气板10和第二导气板20的上述构成，并参考图4a后可知，燃料电池用较干燥的反应空气进气可从第一开口12和第三开口22进入第一沟槽11，之后从第二开口13和第四开口23离开加湿单体100而流至燃料电池5，而来自燃料电池5的饱含水汽的反应空气排气，则从第五开口24和第六开口14进入第二沟槽21，直接离开加湿单体10进入大气环境。

如图1所示，中间层30设置于第一导气板10和第二导气板20之间，且包括一透水层31、一第一吸水层32、以及一第二吸水层33；透水层31作为中间层30的基底，且是由透水且不透气的材质所制成，用以隔绝在第一沟槽11中流动的气体以及在第二沟槽21中流动的气体，且可使在第二沟槽21中流动的气体中的水份通过而传递至第一沟槽11。

第一吸水层32是设置于透水层31面对第二导气板20的表面上，且由亲水性的材质所制成，用以吸取在第二沟槽21中流动的气体中的水份；第二吸水层33是设置于透水层31面对第一导气板20的表面上，且由亲水性的材质所制成，用以吸取通过透水层31的水份。

又，第一吸水层32和第二吸水层33是分别黏贴于透水层31而组合成中间层30，透水层31在其周围分别设有两个第一粘着部311、以及两个第二粘着部312，借由此第一粘着部311、第二粘着部312，可将中间层30是黏贴在第一导气板10和第二导气板20上；应注意的是第一粘着部311、第二粘着部312在透水层31上的位置，在与第一导气板10和第二导气板20组合后，需不影响气体在第一沟槽11、第二沟槽21中的流动。

本实施例的燃料电池用加湿单体100的构成如上所述，以下说明当其应用在燃料电池中的使用状况。

如上所述，外界大气可借由未图示的鼓风机从第一开口12和第三开口22进入加湿单体100的第一沟槽11，之后从第二开口13和第四开口23离开加湿单体100而流至燃料电池5的阴极；当气体通过燃料电池5的阴极侧后，则从第五开口24和第六开口14再进入加湿单体100的第二沟槽21中，直接离开加湿单体100排入大气；应注意的是外界气体在通过燃料电池5的阴极侧之后，其湿度和温度均会提高。

借由上述过程，外界大气在进入燃料电池5之前，其可在加湿单体100的第一沟槽11中，借由中间层30而吸取在第二沟槽21中流动的高湿度气体的水份，而达到加湿的效果。

因此，由于低温干燥的空气在进入高温的燃料电池中之前，已借由本发明的加湿单体100加湿，因此可使燃料电池内的质子交换膜中的湿度差异最小化，而防止质子交换膜中的水份会被大量蒸发，使其可顺利传导质子，以确保燃料电池的效率。

另外，本发明的加湿单体除了对外界大气具有加湿效果之外，也具有提高温度的效果，此对于燃料电池的效率提高，也有正面的影响。

应了解的是在实际使用时，可能会视需要，而将数个加湿单体100组合成一加湿模组1，如图5所示，借此可使欲进入燃料电池的空气流量加大。

第二实施例

参考第6a、6b、6c图，其显示本发明的燃料电池用加湿单体的第二实施例，燃料电池用加湿单体200包括一第一导气板10、一第二导气板20、两中间层30、以及一扩充板40；应注意的是在此实施例中，第一导气板10、一第二导气板20、以及中间层30均与第一实施例相同，因此标以相同的符号，并省略其说明。

如图6a所示，扩充板40设置于第一导气板10和第二导气板20之间，且在与第一导气板10之间设有一中间层30，在与第二导气板20之间也设有一中间层30；扩充板40在面对第一导气板10的一侧上形成复数个第三沟槽41，而在面对第二导气板20的一侧上形成复数个第四沟槽42，而第三沟槽41和第四沟槽42之间是以相互正交的方式设置，且第三沟槽41和第一沟槽11之间是以相互正交的方式设置，第四沟槽42和第二沟槽21之间是以相互正交的方式设置。

如第6b、6c图所示，扩充板40在第三沟槽41的延伸方向上分别形成有两个第八开口43、以及两个第九开口44，且在第四沟槽42的延伸方向上分别形成有两个第十开口45、以及两个第十一开口46。

借由上述构成，外界大气可借由未图示的鼓风机从第一开口12、第三开口22、第十开口45进入加湿单体200的第一沟槽11、第四沟槽42，之后从第二开口13和第四开口23、第十一开口46离开加湿单体200而流至燃料电池5的阴极；当气体通过燃料电池5的阴极侧后，则从第五开口24和第六开口14、第八开口43再进入加湿单体200的第二沟槽21、第三沟槽41中，之后从第七开口15、第九开口44离开加湿单体200。

因此，本实施例的加湿单体200除了可达成第一实施例的加湿单体100所能达成的效果之外，更具有扩充性，而更方便使用。

应了解的是在实际使用时，可在两导气板之间设置一个以上的扩充板。

又，本实施例的加湿单体200也可如第一实施例般，将数个组合成一加湿模组。

第三实施例

参考第7a、7b、7c、7d、7e图，其显示本发明的燃料电池用加湿单体的第三实施例，燃料电池用加湿单体300包括一第三导气板50、一第四导气板60、以及一中间层30；应注意的是在此实施例中，第一导气板10、一第二导气板20、以及中间层30中与第一实施例相同的部分，标以相同的名称，并省略其说明。

第三导气板50可与如图7e所示的燃料电池5连通，且如第7b、7c图所示，在其一表面上形成复数个第五沟槽51，在其四周分别形成两个第一开口52、两个第二开口53、两个第六开口54、以及两个第十三开口55，其中位于加湿单体300外界的大气可经由第三导气板50上的第五沟槽51而流至燃料电池5，第一开口52、第二开口53是在第五沟槽51的延伸方向上形成。

第四导气板60可与如图7e所示的加湿流体供应源6连通，且如第7c、7d图所示，在其一表面上形成复数个第六沟槽61，在其四周分别形成两个第三开口62、两个第四开口63、两个第五开口64、以及两个第十二开口65，其中来自加湿流体供应源6的流体可经由第四导气板60上的第六沟槽61而流至加湿单体300的外部，第三开口62、第四开口63分别与第三导气板50上的第一开口52、第二开口53对应，而第五开口64、第十二开口65是在第六沟槽61的延伸方向上形成，并与第三导气板50上的第六开口54、第十三开口55对应。

借由上述构成，外界大气可借由未图示的鼓风机从第一开口52、第三开口62进入加湿单体300的第五沟槽51，之后从第二开口53和第四开口63离开加湿单体300而流至燃料电池5的阴极；来自加湿流体供应源6的流体则从第五开口64和第六开口54进入加湿单体300的第六沟槽61中，之后从第十二开口65、第十三开口55离开加湿单体300。

本实施例与第一实施例不同点在于：第一实施例是利用通过燃料电池的气体来对进入燃料电池前的外界大气加湿，而本实施例是利用一加湿流体供应源来对进入燃料电池前的外界大气加湿，因此加湿流体的选择性更高，例如，可利用液体，而不限于气体，且可确实掌握加湿流体的性质，例如，湿度和温度等，而可更确保其加湿效果；不过由于需另外增设加湿流体供应源，其所占的空间比第一实施例大。

又，本实施例的第三导气板和第四导气板可分别由第一实施例中的第一导气板和第二导气板所取代。

又，本实施例的加湿单体300也可如第一实施例般，将数个组合成一加湿模组3，如图8所示。

又，本实施例的加湿单体200也可如第二实施例般，增设扩充板，以增加使用方便性。

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，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (13)

1.一种燃料电池用加湿单体，包括：

一第一导气板，与该燃料电池连通，且在其上形成复数个第一沟槽，用以供大气经由该第一沟槽而流至该燃料电池；

一第二导气板，与该燃料电池连通，且在其上形成复数个第二沟槽，用以供来自该燃料电池的气体经由该第二沟槽而流至该加湿单体的外部，其中该第二导气板是以该第二沟槽面对该第一导气板的该第一沟槽的方式设置；以及

一中间层，设置于该第一导气板和该第二导气板之间，用以隔绝在该第一沟槽中流动的气体以及在该第二沟槽中流动的气体，且使在该第二沟槽中流动的气体中的水份传递至该第一沟槽。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用加湿单体，其中该中间层包括：

一透水层，用以供在该第二沟槽中流动的气体中的水份通过至该第一沟槽；以及

一第一吸水层，设置于该透水层面对该第二导气板的表面上，用以吸取在该第二沟槽中流动的气体中的水份。

3.根据权利要求2所述的燃料电池用加湿单体，其中该中间层包括：

一第二吸水层，设置于该透水层面对该第一导气板的表面上，用以吸取通过该透水层的水份。

4.根据权利要求1所述的燃料电池用加湿单体，其中该第一沟槽和该第二沟槽之间是以相互正交的方式设置。

5.根据权利要求1所述的燃料电池用加湿单体，其中该第一导气板在该第一沟槽的延伸方向上分别形成有一第一开口、以及一第二开口，且该第二导气板分别形成有与该第一开口、以及该第二开口对应的一第三开口、以及一第四开口，借此大气从该第一开口和该第三开口进入该第一沟槽，而从该第二开口和该第四开口离开上述加湿单体。

6.根据权利要求1所述的燃料电池用加湿单体，其中该第二导气板在该第二沟槽的延伸方向上分别形成有一第五开口，且该第一导气板形成有与该第五开口对应的一第六开口，借此来自该燃料电池的气体从该第五开口和该第六开口进入该第二沟槽。

7.根据权利要求6所述的燃料电池用加湿单体，其中该第一导气板在该第六开口的相对侧上形成有一第七开口，借此在该第二沟槽流动的气体从该第七开口离开上述加湿单体。

8.根据权利要求1所述的燃料电池用加湿单体，更包括：

一扩充板，设置于该第一导气板和该第二导气板之间，且在面对该第一导气板的一侧上形成复数个第三沟槽，且在面对该第二导气板的一侧上形成复数个第四沟槽。

9.根据权利要求8所述的燃料电池用加湿单体，其中该第三沟槽和该第四沟槽之间是以相互正交的方式设置，且该第三沟槽和该第一沟槽之间是以相互正交的方式设置，该第四沟槽和该第二沟槽之间是以相互正交的方式设置。

10.根据权利要求8所述的燃料电池用加湿单体，其中该扩充板在该第三沟槽的延伸方向上分别形成有一第八开口、以及一第九开口，且在该第四沟槽的延伸方向上分别形成有一第十开口、以及一第十一开口。

11.一种燃料电池用加湿模组，包括：

复数个加湿单体，分别与该燃料电池连通，且分别包括：

一第一导气板，与该燃料电池连通，且在其上形成复数个第一沟槽，用以供大气经由该第一沟槽而流至该燃料电池；

一第二导气板，与该燃料电池连通，且在其上形成复数个第二沟槽，用以供来自该燃料电池的气体经由该第二沟槽而流至该加湿单体的外部，其中该第二导气板是以该第二沟槽面对该第一导气板的该第一沟槽的方式设置；以及

一中间层，设置于该第一导气板和该第二导气板之间，用以隔绝在该第一沟槽中流动的气体以及在该第二沟槽中流动的气体，且使在该第二沟槽中流动的气体中的水份传递至该第一沟槽。

12.根据权利要求11所述的燃料电池用加湿模组，其中该中间层包括：

一透水层，用以供在该第二沟槽中流动的气体中的水份通过至该第一沟槽；

一第一吸水层，设置于该透水层面对该第二导气板的表面上，用以吸取在该第二沟槽中流动的气体中的水份；以及

一第二吸水层，设置于该透水层面对该第一导气板的表面上，用以吸取通过该透水层的水份。

13.根据权利要求11所述的燃料电池用加湿模组，更包括：

一扩充板，设置于该第一导气板和该第二导气板之间，且在面对该第一导气板的一侧上形成复数个第三沟槽，且在面对该第二导气板的一侧上形成复数个第四沟槽。

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