TWI473336B - 具有風力發電裝置之燃料電池 - Google Patents

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Description

具有風力發電裝置之燃料電池
本發明係有關一種燃料電池，特別是關於一種具有風力發電裝置之燃料電池。
近年來由於能源短缺與環保議題日益抬頭，環保能源之相關議題及研發隨之愈趨蓬勃，而燃料電池則是現今廣受矚目及研發的環保能源之一，其主要係透過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應的電化學原理，將燃料(如氫氣)中的化學能轉換成電能，以提供低汙染高環保的綠色能源。
第一A圖顯示傳統燃料電池100的剖面示意圖，而第一B圖則顯示燃料電池100之輸入氣體的流動示意圖。如第一A/一B圖所示，燃料電池100具有電池堆110、氣體輸入單元120及氣體輸出單元130。氣體輸入單元120及氣體輸出單元130分別設置電池堆110之兩端。當燃料電池100進行運作時，輸入氣體係從氣體輸入口124導入並藉由通道122傳送至電池堆110，接著再經由氣體輸出單元130予以輸出，其中在氣體傳送過程中往往導致輸入氣體直接衝擊至電池堆110之衝撞區112，且對應產生分流並從衝撞區112之周圍處逐漸進入電池堆110中。如此一來，則無法使輸入氣體同時且均勻地進入電池堆110，從而使電池堆110進口端至其出口端之間的壓力大幅損失，導致燃料電池100之整體效能無法達到最佳效率。由於傳統燃料電池無法提供充足之發電量，往往僅作為備位性替代能源，而令其難以廣泛應用普及化。
因此，亟需提出一種新穎的燃料電池之架構機制，用以改善上述傳統燃料電池的缺點，進而提升其發電效率及使用普及率。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種具有風力發電裝置之燃料電池，其主要係藉由風力發電裝置的設置機制，以增加風力能源的產生，並有效降低輸入氣體壓力的損失，進而提升燃料電池之整體效能與適用性。
根據本發明實施例，一種具有風力發電裝置之燃料電池包含電池堆、氣體輸入單元及風力發電裝置。氣體輸入單元用以提供一輸入氣體，並且包含氣體輸入通道及氣體輸入口。氣體輸入通道之一端連接電池堆。氣體輸入口設置於氣體輸入通道之另一端。風力發電裝置包含至少一第一風扇及至少一第一發電機。第一風扇設置氣體輸入通道內。其中，當燃料電池進行運作時，第一風扇受輸入氣體推動而驅動第一發電機運轉，以同步提供產生風力電能。
為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免造成本發明不必要的限制。
請同步參照第二A/二B圖，第二A圖顯示本發明之一實施例之一種具有風力發電裝置之燃料電池的部分剖面示意圖，第二B圖則顯示第二A圖中之風力發電裝置的側視圖。如圖所示，燃料電池200包含電池堆210、氣體輸入單元220及風力發電裝置240。氣體輸入單元220係用以提供一輸入氣體，其中氣體輸入單元220包含氣體輸入通道222及氣體輸入口224。氣體輸入通道222之一端連接電池堆210。氣體輸入口224設置於氣體輸入通道222之另一端。在本實施例中，氣體輸入通道222之寬度係大於氣體輸入口224之孔徑。風力發電裝置240包含至少一第一風扇242A及至少一第一發電機244A 。第一風扇242A係設置氣體輸入通道222內。其中，當燃料電池進行運作時，第一風扇242A受輸入氣體推動而驅動第一發電機244A運轉，以同步提供產生風力電能。
如第二B圖所示，在本實施例中，第一發電機244A 係設置於氣體輸入通道222之內側壁222A。此外，風力發電裝置240可更包含一轉軸246，用以連接第一風扇242A及第一發電機244A。然而，本發明不以此為限，在另一實施例中，第一發電機244A亦可設置於氣體輸入通道222之外側，進而降低風力發電裝置240配置於氣體輸入通道222的體積空間。
此外，請參照第二C圖，其顯示本發明另一實施例之風力發電裝置的側視圖。其中，第一風扇242A可藉由轉軸246同時連接兩個第一發電機244A及244B，而第一發電機244A及244B則分別對應設置通道222之內側壁222A與222B。如此一來，當第一風扇242A受輸入氣體推動時，將同時驅動第一發電機244A及244B進行發電，以形成一對多的配置架構，而可有效地將風力轉換成電能，並實質提升其能量轉換率。
接著，請參照第二D圖，其顯示第二A圖中之燃料電池之輸入氣體的流動示意圖。其中，第一風扇242A係設置於氣體輸入口224之前端。藉此，輸入氣體經由氣體輸入口224導入至氣體輸入通道222後，輸入氣體將可直接驅動第一風扇242A，同時亦可有效避免輸入氣體直接衝撞至電池堆210，進而減少其壓力損失。
接著，請同時參照第二E/二F圖，第二E圖顯示本發明之另一實施例之一種具有風力發電裝置之燃料電池的部分剖面示意圖，第二F圖顯示第二E圖中之燃料電池之輸入氣體的流動示意圖。燃料電池200更包含一輸入擋板226。輸入擋板226設置於氣體輸入通道222內且對應於氣體輸入口224之前端，其中輸入擋板226與氣體輸入口224之間具有一間距。另外，輸入擋板226之寬度係大於氣體輸入口224之孔徑。如此一來，輸入氣體經由氣體輸入口224導入至氣體輸入通道222後，輸入氣體將可直接衝擊於輸入擋板226，並往輸入擋板226之兩側進行分流擴散，以避免輸入氣體直接衝撞至電池堆210，進而減少其壓力損失。於本實施例中，輸入擋板226係具有一長條形狀，惟本發明不以此為限，輸入擋板226之形狀可根據實際所需之流場分佈而予以調整。
再者，如圖所示，第一風扇242A係設置於輸入擋板226之兩側。因此，經沖擊輸入擋板226而產生分流之輸入氣體，將流向位於輸入擋板226兩側之第一風扇242A，致使轉動第一風扇242A以產生動能，進而透過轉軸246驅動第一發電機244A轉換產生電能。接著，當輸入氣體流經風扇242A後，即可往氣體輸入通道222四周均勻進入至電池堆210，進行其化學能轉換成電能，以形成複合式能源系統，從而提升燃料電池200之整體效能及供電量。
請參照第三A/三B圖，其分別顯示本發明另一實施例之燃料電池300的剖面示意圖。燃料電池300更包含電池堆310、氣體輸入單元320、氣體輸出單元330及風力發電裝置340。氣體輸出單元330係設置於電池堆310之另一端。如第三A圖所示，氣體輸出單元330包含氣體輸出通道332、氣體輸出口334及輸出擋板336。氣體輸出通道332之一端連接電池堆310之另一端，而氣體輸出口334則設置於氣體輸出通道332之另一端。輸出擋板336係配置於氣體輸出通道332內且設置對應於氣體輸出口334，其中輸出擋板336與氣體輸出口334之間具有一間距。藉此，自電池堆310流出之輸出氣體，流經氣體輸出通道332至氣體輸出口334時，由於輸出擋板336遮蔽氣體輸出口334，導致輸出氣體之實際輸出口徑減縮，且輸出擋板336亦使輸出氣體產生分流而往兩側擠壓，從而使氣體輸出單元330之氣體壓力大幅增加，以有效補償改善燃料電池300之整體內部氣體壓力的減損。另外，由於氣體輸入單元320之結構相似於上述實施例，容此不再贅述。
然而於再一實施例中，如第三B圖所示，風力發電裝置340更包含至少一第二風扇342B及至少一第二發電機345。第二風扇342B設置氣體輸出通道332內。其中，當燃料電池運作時，第二風扇342B受自電池堆310流出之輸出氣體推動而驅動第二發電機345運轉，以同步提供產生風力電能。再者，第二風扇342B係可藉由轉軸346連接至該至少第二發電機345。由於第二發電機345及轉軸346之結構關係相似於上述實施例之第一發電機244A及244B與轉軸246，容此不再繪示及贅述之。
再者，更進一步地說，第二風扇342B係設置對應於氣體輸出口334之前端。藉此，當氣體自電池堆310流出並流向氣體輸出口334時，將推動第二風扇342B產生動能，進而透過轉軸346驅動第二發電機345轉換產生電能。如此一來，當燃料電池運轉時，亦可藉由其氣體的輸出輸入而同步穩定提供風力發電，以大幅提升整體發電率。
藉由本案以上所揭露之具有風力發電裝置之燃料電池的架構，除了可大幅改善燃料電池本身的發電效能，同時亦可藉由燃料電池之輸入氣體的流場特性及結構簡易輕巧的風力發電裝置，以產生額外的風力能源，從而增加燃料電池的發電率及普及率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧燃料電池
110‧‧‧電池堆
112‧‧‧衝撞區
120‧‧‧氣體輸入單元
122‧‧‧通道
130‧‧‧氣體輸出單元
200‧‧‧燃料電池
210‧‧‧電池堆
220‧‧‧氣體輸入單元
222‧‧‧氣體輸入通道
222A‧‧‧內側壁
222B‧‧‧內側壁
224‧‧‧氣體輸入口
226‧‧‧輸入擋板
236‧‧‧輸出擋板
240‧‧‧風力發電裝置
242A‧‧‧第一風扇
244A‧‧‧第一發電機
244B‧‧‧第一發電機
246‧‧‧轉軸
300‧‧‧燃料電池
310‧‧‧電池堆
320‧‧‧氣體輸入單元
322‧‧‧氣體輸入通道
324‧‧‧氣體輸入口
330‧‧‧氣體輸出單元
332‧‧‧氣體輸出通道
334‧‧‧氣體輸出口
336‧‧‧輸出擋板
340‧‧‧風力發電裝置
342A‧‧‧第一風扇
342B‧‧‧第二風扇
345‧‧‧第二發電機
346‧‧‧轉軸
第一A圖顯示傳統燃料電池的剖面示意圖。 第一B圖顯示第一A圖中之輸入氣體的流動示意圖。 第二A圖顯示本發明之一實施例之具有風力發電裝置之燃料電池的部分剖面示意圖。 第二B圖顯示第二A圖中之風力發電裝置的側視圖。 第二C圖顯示本發明另一實施例之風力發電裝置的側視圖。 第二D圖顯示第二A圖中之燃料電池之輸入氣體的流動示意圖。 第二E圖顯示本發明之另一實施例之一種具有風力發電裝置之燃料電池的部分剖面示意圖。 第二F圖顯示第二E圖中之燃料電池之輸入氣體的流動示意圖。 第三A圖顯示本發明另一實施例之具有風力發電裝置之燃料電池的部分剖面示意圖。 第三B圖顯示本發明另一實施例之具有風力發電裝置之燃料電池的部分剖面示意圖。
200‧‧‧燃料電池
210‧‧‧電池堆
220‧‧‧氣體輸入單元
222‧‧‧氣體輸入通道
224‧‧‧氣體輸入口
240‧‧‧風力發電裝置
242A‧‧‧風扇

Claims (10)

  1. 一種具有風力發電裝置之燃料電池，包含：一電池堆；及一氣體輸入單元，用以提供一輸入氣體，其中該氣體輸入單元包含：一氣體輸入通道，其中該氣體通道之一端連接該電池堆；及一氣體輸入口，設置於該氣體輸入通道之另一端，其中該氣體輸入通道之寬度大於該氣體輸入口之孔徑；及一風力發電裝置，包含：至少一第一風扇，設置於該氣體輸入通道內；及至少一第一發電機，其中當燃料電池進行運作時，該至少一第一風扇受該輸入氣體推動而驅動該至少一第一發電機運轉，以同步提供產生風力電能。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該至少一第一發電機設置於該氣體輸入通道之內側壁或該氣體輸入通道之外側。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該至少一第一風扇藉由一轉軸連接至該至少一第一發電機。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該至少一第一風扇設置於該氣體輸入口之前端。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該氣體輸入單元更包含一輸入擋板，設置於該氣體輸入通道內且對應於該氣體 輸入口之前端，其中該輸入擋板與氣體輸入口之間具有一間距，且該至少一第一風扇設置於該輸入擋板之兩側。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，更包含：一氣體輸出單元，設置於該電池堆之另一端，其中該氣體輸出單元包含：一氣體輸出通道，其中該氣體輸出通道之一端連接該電池堆之另一端；及一氣體輸出口，設置於該氣體輸出通道之另一端。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該氣體輸出單元更包含一輸出擋板，配置於該氣體輸出通道內且設置對應於該氣體輸出口，其中該輸出擋板與該氣體輸出口之間具有一間距。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該風力發電裝置更包含：至少一第二風扇，設置該氣體輸出通道內；及至少一第二發電機，其中當燃料電池運作時，該至少一第二風扇受自該電池堆流出之輸出氣體推動而驅動該至少一第二發電機運轉，以同步提供產生風力電能。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該至少一第二風扇設置對應於該氣體輸出口之前端。
  10. 根據申請專利範圍第8項所述之具有風力發電裝置之燃料電池，其中該至少一第二風扇藉由一轉軸連接至該至少一第二發電機。
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