TW200933965A - Fuel-cell structure - Google Patents

Description

200933965 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種燃料電池結構，特別是有關於一 種可針對陽極燃料進行加濕處理，且陰極所須燃料係採用 自然換氣方式供給之平面式燃料電池結構。 【先前技術】 一般的燃料電池結構雖可經由燃料電池之堆疊而達 ©到所需電力的輸出，但由於此種燃料電池結構，係使用石 墨作為陽極及陰極流道板，因此在陰極燃料供應上需供應 一具有足夠壓力陰極燃料來源，造成系統設計過於複雜， 且成本過高。除此之外，該種燃料電池在陽極燃料加濕 上，係採用高溫水蒸氣進行，亦容易造成操作困難。 【發明内容】 有鑑於此，本發明係提供另一種燃料電池結構，藉由 燃料電池結構以定時達到加溼處理與提供所搭配之電子 〇 裝置達到持續供電之具換氣之平面式燃料電池結構。燃料 電池結構包括一基底、至少一電池單元、一第一供給裝 置、一第二供給裝置與一第三供給裝置。 電池單元係設置於基底。電池單元包括一反應區、一 第一連接埠與一輸出端子，其中，第一連接埠與輸出端子 係耦接於反應區。第一供給裝置係可提供一第一流體經由 電池單元之第一連接埠輸送至電池單元之反應區。第二供 給裝置係可提供一第二流體至電池單元之反應區，並且藉 由第二流體與第一流體相對於電池單元之反應區進行反 200933965 應，如此係可經由反應區提供電能且第一電能可經由輸出 端子而輸出。第三供給裝置係可提供一第三流體經由電池 單元之第一連接埠輸送至電池單元之反應區，藉由第三流 體對於電池單元進行加濕處理。 電池單元更可包括一外表面，反應區包括複數電極， 複數電極係外露於外表面，第二供給裝置所提供之第二流 體係通過電池單元之外表面之複數電極。燃料電池結構包 括相互間隔之複數電池單元，於相鄰接之複數電池單元具 有一間隙，第二供給裝置所提供之第二流體係可經由間隙 ® 而傳輸至電池單元之反應區。 第一流體係為氫或曱醇。第二供給裝置係為一風扇。 第二流體係為氧或空氣。第三流韙係為水，水係可經由一 外部單元所供給。 電池單元經反應後產生水，此水係可做為第三流體而 經由電池單元之第一連接埠輸送至電池單元之反應區且 對於電池單元進行加濕處理。第三供給裝置係為一泵，此 泵係可將第三流體泵送至電池單元之反應區。 ❿ 燃料電池結構更可包括一第一控制器，第一控制器係 設置於電池單元之第一連接埠與第一供給裝置之間且對 於第一流體進行分流流量控制。第一控制器係為一分流 器。 燃料電池結構更可包括一第二控制器，電池單元更可 包括一第二連接埠，第二連接埠係耦接於反應區，第二控 制器係設置於電池單元之第二連接埠且對於流經電池單 元之第一流體進行合流流量控制。第二控制器係為一合流 器。 200933965 燃料電池結構更可包括一第三控制 設置於第一供込穿詈虚雷冰留-fJI§第二控制器係 行壓力控制。第三控制器係為一調壓閥。l -體進 燃料電池結構更可包括一第四控制 包括-第二連接璋，第二連接埠係丄更： 制器係設置於電池單元之第- _ 丨g ^反應G，第四控 閥 、體進行排放控制。第四控制器係為-排： 燃料電池結構更可包括一電 器括W元與電源供應器係受控於電路單元-，應 ^ 了電源管料統，當電池單元不提供電能時 二 供應器係可包括鋰電池。 電此，電源 第三供給裝置更可提供第一流 行混^，藉由混合過程可對於第一流體進行加濕間進 ❹ ^ -供給|置係可包括高壓氫容器、液態氫容哭 Hi合金或化學氫物質。 TO ^ 明顯Ϊ :讓ί J : f他目的、特徵、和優點能更 詳細說明如下：、 實施例’並配合所附圖示，作 【實施方式】 1 1Β圖係分別表示本發明之一燃料電池 之立體圖與分解圓，第？ 及全 稱β1 一電池早元2之立體圖。 之 燃料電池結構Β1句妊 Α , _ 1巴栝一基底1、至少一電池單元2、 200933965 =供：裝置31、_第二供給裝置μ 置仏-電路單元4、一電源供應器5、^^給裝 一第一控制器C2、一第三控制器c3盥―:|态d、 電池單元2、第—供給裝置3 ‘供=器二4。 =置33、電路单元4、電源供應器：。裝一置= 基底卜並且電池單元2、第 二盗=係設置於 ❹ ❹ r、第三供給裝置心裝 控制器c3與第四控 ;二=單元4包括-電源管理系統 藉由複數電池早元2與第一控制器c c 2共同構成了 —電池模組2 &，其巾，第^-控， :Π ’第二控制器c2係為-合流器；i三控制3 ，為二調壓閥4四控制器。4係為—排出閥；複二= :二=此相互間隔且於鄰接之任兩電池單元2之間係 200g;電源供應器5係為鋰電池或可為其它 ^^:驗於制，於下文中僅骑單—電池^ 第-供給裝置31(例如：可包括高壓氫容器、液 儲氫合金或化學氫物質之燃料槽）係用以提供一第 =流體wl (例如：氫或曱醇）至電池模組2a進行反^。 2供，裴置32(例如：風扇)係用以提供一第二流體:2(例 •氧或空氣）至電池模組2a以進行反應。第三供仏妒置 3 3 (例如/加溼裝置）係用以提供一第三流體w 3 (例'如D ^水) 至電池模組2a以進行加溼處理。第三控制器c3係設置於 200933965 第一供給裝置31與電池單元2之間且對於第一流體wl進 行壓力控制。值得注意的是，由於第二供給裝置32是利 用一般風扇（僅需較少動力）即可達到第二流體w2之流動 與換氣（air breathe)的效果’藉此以取代需較大動力之習知 空氣果（air pump)。 請同時參閱第1B、2圖。電池單元2包括一本體2〇、 一反應區200c、一第一連接埠20pl、一第二連接埠2〇p2 與兩輸出端子2〇el、20e2。第一連接埠2〇pl、第二連接 ❻埠20p2與輸出端子20el、2〇e2係耦接於反應區2〇〇c。本 體20係具有一外表面200f。反應㊣脈包括複數電極 20〇e與其它反應元件（例如：電解質、電解質薄膜、集電 器、觸媒、陽極）°為簡化說明，電化學反應關係等均未 圓示，並且相關燃料電池之化學能轉換為電能之反應的相 關說明係予以省略。複數電極2〇〇e係局部外露於本體2〇 之外表面200f。值付〉主意的是，複數電池單元2之各第一 連接埠20pl、各第二連接埠2〇1)2係分別經由上述之第一 控制器cl、第二控制器C2所連接’其中，第一控制器el、 第一控制器c2係分別對於流入、流出電池單元2之第一 ，體wl進行分流流量控制。第四控制器c4係設置於電池 單元2之第二控制器C2且對於流經電池單元2之第一流 體wl進行排放控制。 y由第一供給裝置31所提供之第一流體wl係沿著一路 杈L1而輸送至第一控制器cl，並且在第一控制器^之 刀流作用下係可經由各電池單元2之第一連接埠2〇pl而 輪送至反應區200c。當位於燃料電池結構b ]内部之第一 机體wl的壓力超過一既定值時，藉由第四控制器c4係可 200933965 進行一排放作業。 由第二供給裝置32所提供之第二流體w2係經由複數 電池單元2之複數間隙200g而通過了局部外露於本體20 之外表面200f之複數電極200e，而第二流體w2與第一流 體wl係可藉由電池單元2之反應區200c之各反應元件而 達到充份反應。 請同時參閱第3圖。第3圖係表示第三供給裝置33 之結構示意圖。 第三供給裝置33係為具有一泵330與一收容槽331 ® 之一加溼裝置。第三流體w3係經由一外部單元Ext (例 如：給水裝置）所供給至收容槽331，藉由泵330輸送至 路徑L3以進入第一流體（例如：乾燥氳氣）wl輸送路徑中 以達到對第一流體的加濕效果，經混合後之第三流體 w3ml(亦即，具有潤溼狀態之氫氣）沿著路徑L1移動且經 由電池單元2之第一連接埠20pl而輸送至反應區200c， 如此便可對於電池模組2a之各電池單元2進行加溼處理。 請參閱第4圖。第4圖係表示另一第三供給裝置33’ ❹之示意圖。於收容槽331内設置有一加熱器35，藉由加 熱器35係可對於收容槽331内之水w3’進行加熱形成氣 態，隨後泵330之傳輸作用下係沿著路徑L3進行輸送且 匯整於路徑L1中之第一流體wl，進而再沿著路徑L1移 動且經由電池單元2之第一連接埠20pl而輸送至反應區 200c，如此便可對於電池模組2a之各電池單元2進行加 溼處理。而第三供給裝置33’所提供之第三流體w3m2係利 用電池模組2a進行相關反應後所產生之水w3’來對於電 池模組2a之各電池單元2進行加溼處理。由於水w3’係為 200933965 電池模組2a於反應過程中所必然的產物，並且於水w3, 星，徑上係③置有―保溫材料34 ’藉此可將水w3’ 、’’、於氫氣並直接混合第一流體中，以達加濕效果。 ❿ 如此-來，在電池單元2之化學能轉換為電能之反應 ^下!t可提供—第—電能_，此第—電能PW1係可經 一池單元2之輸出端子20el、20e2而輸出。當電池單 1不提供第一電能pwl時’則可經由電源管理系統題 =控制而使得電源供應器5產生一第二電能_。此外， 虽電源管理系統EMS停止了電源供應器5之第二電能 之提供且再經由電池單元2提供第一電能pwi時，藉 由電源管理系統EMS係可利用電池單元2所提供之第一 電能pwl對於電源供應器5進行充電。 ❹ 第5圖係表示本發明之燃料電池結構m中之加 理之操作模式。燃料電池結構⑴係用以提供一電子 (例如：筆記型電腦或行動式電話，但未圖示）之所需電^。 若持續輸出電力之電池模組2a受到不當脈衝、休眠 相^齡均由f子裝置之系統所發…或電池模組 ^:置過低時(步驟100〉時，此時電源管理系統歷 停止電池模組2a進行放電（亦即，電池模組&不提 :電能pwl)(步驟1〇2)。若否，則電子裝置進行一般操 ^步驟^)。於步驟1〇2中，在電源管理系統麵 之控制下，電源供應器5持續的供電（亦即，經由電源管 理系統E：MS之控制而使得電源供應器5產生第 2二模雷組仏之停止放電期間係同時利用第三供: =裝置33對於電池模組2a進行加座處理（步驟咖）。去 完成電池模組2 a之加渥處理時，電源管理系統侧停: 200933965 電池模組2a之加溼處理（步驟106)，並且利用電源管理 系統EMS停止了電源供應器5之第二電能pw2的供電且 改由電池模組2a提供第一電能pwl，同時可藉由電池模 組2a對於電源供應器5進行充電（步驟108)。 因此，在本發明所提供之具換氣之平面式燃料電池結 構的作用下，除了可藉由燃料電池結構以定時達到加溼處 理之外，由於複數電池單元之平面式堆疊作用下係可有效 地達到空間上的運用與提供所需之額定電力，更可提供所 搭配使用之電子裝置或設備達到持續供電，亦即，本發明 ® 之燃料電池結構係可適用於不斷電系統（Unplug Power-supply System, UPS)或相關設備之應用。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限制本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

12 200933965 【圖式簡單說明】 第1A圖係表示本發明之一燃料電池結構之立體圖； 第1B圖係表示根據第1A圖中之燃料電池結構之分解 圖； 第2圖係表示本發明之燃料電池結構中之一電池單元 之立體圖； 第3圖係表示本發明之燃料電池結構中之一第三供給 裝置之結構示意圖； 第4圖係表示本發明之燃料電池結構中之另一第三供 ® 給裝置之示意圖；以及 第5圖係表示本發明之燃料電池結構中之加溼處理之 操作模式。 【主要元件符號說明】 1〜基底； 2〜電池單元； 20〜本體； 200〜反應區； 200e〜電極； 200f〜外表面； 200g〜間隙； 20el、20e2〜輸出端子； 20pl〜第一連接埠； 20p2〜第二連接埠； 2a〜電池模組； 31〜第一供給裝置； 32〜第二供給裝置； 33、33’〜第三供給裝置； 35〜妒熱器； 330〜泵； 331〜收容槽； 34〜保溫材料， 4〜電路單元； 5〜電源供應， B1-燃料電池結構； cl〜第一控制器； c2〜第二控制器； c3〜第三控制器； 13 200933965 c4〜第四控制器； EMS〜電源管理系統；

Ext〜外部單元； L3〜路徑； pw2〜第二電能； w2〜第二流體； w3’〜水； w4〜第四流體。 L1〜路徑； pwl~第一電能； wl〜第一流體； w3〜第三流體； w3ml、w3m2〜第三流體（混合後） 〇 14

Claims (1)

1. 200933965 十、申請專利範圍： 1. 一種燃料電池結構，包括： 一基底； 至少一電池單元，設置於該基底，該電池單元包括一 反應區、一第一連接埠與一輸出端子，其中，該第一連接 埠與該輸出端子係耦接於該反應區； 一第一供給裝置，提供一第一流體經由該電池單元之 該第一連接埠輸送至該電池單元之該反應區； 一第二供給裝置，提供一第二流體至該電池單元之該 ® 反應區，藉由該第二流體與該第一流體相對於該電池單元 之該反應區進行反應，如此係可經由該反應區提供該電能 且經由該輸出端子而輸出；以及 一第三供給裝置，提供一第三流體經由該電池單元之 該第一連接埠輸送至該電池單元之該反應區，藉由該第三 流體對於該電池單元進行加濕處理。 2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池結構，其 中，該電池單元更包括一外表面，該反應區包括複數電 ❹極，該等電極係外露於該外表面，該第二供給裝置所提供 之該第二流體係通過該電池單元之該外表面之該等電極。 3. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池結構，其 中，該燃料電池結構包括相互間隔之複數電池單元，於相 鄰接之該等電池單元具有一間隙，該第二供給裝置所提供 之該第二流體係經由該間隙而傳輸至該電池單元之該反 應區。 4. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池結構，其 中，該第一流體包括氳或曱醇。 15 200933965 中 中請專利範圍第1項所述之燃料電池結構，JL 該第二供給裝置包括一風扇。 具 中 6.如申請專利範圍第丨項所述之燃料 士 該筮一 A减A ^。 、'、口 1再’具 中 中 該第二流體包括氧或空氣。 7. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池結 該第三流體包括水。 8. 如申請專利範圍第7項所述之燃料電池結構，沒 該水係經由一外部單元所供給。 〃 装

   ❹ 9.如申請專利範圍第1項所述之燃料電池結 中，-該電池單元經反應後產生水，該水係做為該^三、、 而、、’里由該電池單元之該第一連接埠輸送至該電池單元之 該反應區且對於該電池單元進行加濕處理。 10. 如申請專利範圍第i項所述之燃料電池結構， 供給裝置包括一栗’該泵係將該第三流體栗送 至該電池早元之該反應區。 11. 如申請專利範圍第i項所述之燃料電池結構，更 包括一第一控制器，該第一控制器係設置於該電池單元之 該第一連接埠與該第一供給裝置之間且對於該冷 進行分流流量控制。 " 12.如申請專利範圍第u項所述之燃料電池結構，其 中，該第一控制器係為一分流器。 八 .13.如申請專利範圍第丨項所述之燃料電池結構，更 包括一第二控制器，該電池單元更包括一第二速接埠，該 第一連接埠係耦接於該反應區，該第二控制器係設置於該 電池單元之該第二連接埠且對於流經該電池單元之該第 一流體進行合流流量控制。 ~ 200933965 中，^第13項所述之_電池結構，其 禾一控制盗係為一合流器。 包範圍第1項所述之燃料電池結構，更 # π一控制态，該第三控制器係設置於該第一# 置與^於該第-流體進行壓力二裝

   卜該第三咖述之簡電池結構’其 包二如:控=，範二第池1 單項=燃:電池結構，更 電：單元ϊΐΐ 反應區’該第四控制器係設置於該 姑 〜一控制器出口且對於流經該電池單元之 該第一流體進行排放控制。 18. 如申請專利範圍第17項所述之燃料電池結 中，該第四控制器包括一排出閥。 、 19. 如申專利範圍第1項所述之燃料電池結構，更 包括一電路單元與_電源供應^，該f池單元與該電源供 應器係受控於該電路單元，該電路單元包括一電源管理系 統’當該電池單元不提供該電能時，該電源供應器係經由 該電源管理系統之控制而產生另一電能，該電源供應器所 產生之該電能與該電路單元所產生之該第二電能係 同時存在。 ^ 20. 如申請專利範圍第19項‘所述之燃料電池結構，其 中’該電源供應器係包括鋰電池。 八 21. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池結構，其 中，該第一供給裝置係包括高壓氳容器、液態氫容器、 氫合金或化學氫物質。 17