TWM539157U

TWM539157U - 燃料電池裝置

Info

Publication number: TWM539157U
Application number: TW105213445U
Authority: TW
Inventors: Wen-Huang Liao; Tien-Yi Lai
Original assignee: Usan Tech Inc
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-04-01

Description

燃料電池裝置

本創作有關於一種鋅空氣燃料電池，尤指一種透過氣壓作為驅動源，進行持續性或間歇性推動化學反應原料之燃料電池裝置。

幾世紀以來，由於人類大量地應用科技、製造工業，使得應用能源的面向及需求量急劇地增加，而傳統自然能源的開採及使用，例如：煤炭、石油、天然氣、火力等消耗量持續性地升高，人類造成地球出現一嚴重且不可逆反修復的環境污染及破壞，並間接地導致溫室效應、酸雨、與林消失、空氣汙染等自然現象持續性地存續與惡化。

而基於人類清楚意識到並體認天然能源的存取量有限，將於不久後的未來消耗殆盡，再加上普遍環保意識的抬頭，讓許多國家鼓勵研究學者致力於合成、開採或研發替代性能源，而以尋求零污染或低汙染的環境友好能源為目標。

其中，燃料電池即為其中一種已開發且具發展潛力及實用價值的替代性能源，其具有能量轉換效率高、排出物質為乾淨氣體、低環境噪音等優點。

本創作之主要目的在於，提供一能夠同時組接複數個鋅空氣燃料電池單元，並能夠使得複數個鋅空氣燃料電池單元彼此之間相互連接導通之定位裝置。

本創作之主要目的在於，提供一種由氣體壓力作為驅動源，進行間歇性或持續性地以正壓或負壓驅動鋅空氣燃料電池單元內部的鋅原料流動的燃料電池裝置。

本創作之再一目的在於，設計一能夠供驅動氣體及鋅原料通過的導流路徑，氣體能夠於導流路徑中斷開每一鋅空氣燃料電池單元之間的電性連接，使得每一鋅空氣燃料電池分別獨立呈現為一接近真空氣密的樣態，致能夠加成每一鋅空氣燃料電池單元所產電量，能夠應用於小至3C電子產品、大至電動車的能源供給。

本創作之另一目的在於，由持續性/間歇式流動的鋅原料依序地流經作為充電或放電效果的鋅空氣燃料電池單元，且每一鋅空氣燃料電池單元的結構完全相同，便可達到無須抽換、補充或增加鋅空氣燃料電池內部的化學原料之效果。

為達上述目的，本創作燃料電池裝置，包含：一連通座，具有複數個的組接部，且內部設有複數個通道連接每一個組接部，使上述組接部分別形成有一入料口以及一出料口；以及複數個鋅空氣燃料電池，具有一開放狀態的反應空間，並分別安裝於上述連通座的每一組接部，使上述反應空間形成一密閉狀態，且上述反應空間內部設有一能夠產生氧化還原反應的鋅材料，使得上述反應空間分隔成一一反應區以及一未包含鋅材料的氣隔區；其中，上述連通座的出料口位於上述反應空間的反應區內，而上述連通座的入料口則位於上述反應空間的氣隔區內。

其中，上述燃料電池裝置進一步包含一壓差產生器，而上述連通座由上述複數通道形成有與上述壓差產生器安裝的一第一連接口以及一第二連接口，上述壓差產生器將上述第一連接口與第二連接口之間形成一壓力差，進而驅使每一鋅空氣燃料電池的鋅材料透過上述通道流動至另一鋅空氣燃料電池。

於一較佳可行實施例中，上述連通座的複數個出料口分別位於各自對應反應區的高度位置皆不相同，且上述鋅空氣燃料電池與其他鋅空氣燃料電池彼此之間的反應區高度位置亦不相同。

而且，上述通道包含一形成於連通座內部的連通段以及一突出於上述組接部的延伸段，而進入上述鋅空氣燃料電池內部的延伸段與其他鋅空氣燃料電池內部的延伸段彼此之間的相對高度位置皆不相同。

又，本創作作為驅動源的壓差產生器有三種較佳實施態樣，於一第一較佳可行實施例中，由上述第一連接口或第二連接口其中之一與一真空罐連通，而另一者直接與大氣壓力導通共同構成上述壓力差，而於一第二較佳可行實施例中，上述壓力差設為一同時連通於上述第一連接口及一第二連接口的真空罐，另於一第三較佳可行實施例中，上述壓力差設為一同時連通於上述第一連接口及一第二連接口的磁軸馬達。

此外，本創作鋅材料有兩種較佳實施態樣，於一第一較佳可行實施例中，上述鋅材料設為一可流動並呈現為泥狀樣態的鋅泥電極，由鋅泥電極依序地持續性流通於上述連通座的通道中以及不同的鋅空氣燃料電池中，而於一第二較佳可行實施例中，上述鋅材料設為一呈現為顆粒樣態或粉狀樣態或其混合構成的鋅砂，由於上述鋅砂留滯於鋅空氣燃料電池的反應區，於是配合一電解液持續性地流通於上述連通座的通道中以及不同的鋅空氣燃料電池中，上述電解液進入上述鋅空氣燃料電池中的反應區，並與上述鋅砂接觸後，共同產生化學充電或放電之氧化還原反應。

最後，為了配合上述鋅材料的第二較佳實施例，達到避免上述鋅砂進入上述連通座的通道中，遂於上述出料口進一步設有一過濾件，由上述過濾件限制上述鋅砂於反應空間中，並僅供上述電解液通過，而能夠從上述反應空間流入上述通道。

由前述說明可知，本創作的特點在於：透過一具有通道的連通座將複數個鋅空氣燃料電池組裝，而上述鋅空氣燃料電池內部的鋅材料能夠透過上述通道依序的持續性/間歇性於上述通道及不同的鋅空氣燃料電池中流通移動，當上述鋅材料進入鋅空氣燃料電池中時，由上述鋅材料與鋅空氣燃料電池的電極管產生一氧化還原反應，而完成充電或放電的效果。

而且，本創作能夠供鋅材料進行循環充電，放電，故無須重新置換或填充鋅空氣燃料電池內部中新的鋅材料。

另外，當壓差產生器以間歇性或持續性方式，利用正壓或負壓驅動氣體推動鋅泥電極或電解液，而鋅泥電極或電解液進入通道的過程中，氣體能夠將不同的鋅空氣燃料電池之間的通道加以區隔，使得不同的鋅空氣燃料電池之間的鋅泥電極或電解液彼此斷開，讓每一鋅空氣燃料電極分別獨立地成為單一充電或放電的電極管，如此一來，本創作燃料電池裝置便能夠加總每一鋅空氣燃料電極所產電量。

茲為便於更進一步對本創作之構造、使用及其特徵有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下：

請參照圖1至圖4所示，本創作燃料電池裝置1主要包含有一連通座2以及複數個鋅空氣燃料電池3兩大部分，上述連通座2的一側向內凹陷形成有複數個的組接部20，於一較佳實施例中，上述組接部20的內側形成一公螺紋201。

而且，上述連通座2的內部形成有複數個通道21，上述通道21包含一形成於連通座2內部的連通段210以及一延伸突出於上述組接部20的延伸段211，由上述複數個通道21將每兩個組接部20彼此之間相互連接導通，使得上述通道21的末端於上述組接部20中分別形成有一入料口202以及一出料口203。

上述鋅空氣燃料電池3包含一殼體30、一容置於上述殼體30中的電極管31以及一容置於上述電極管31中的鋅材料4，上述電極管31的一端呈現一開放狀態，於一較佳實施例中，上述殼體30的一端形成有一對應於上述公螺紋201的母螺紋300，使得上述殼體30能夠與上述組接部20相互對應組接連結，並使得上述電極管31呈現一密閉狀態。

其中，如圖4所示，上述電極管31由內而外依序設為一反應空間32、一完整包覆於上述反應空間32外圍的金屬集電管33、一完整包覆於上述金屬集電管33外圍的隔離膜34以及一完整包覆於上述隔離膜34外圍的空氣電極35所構成，而上述殼體30套設組接於上述空氣電極35的外圍，且上述殼體30具有複數個供空氣進入上述空氣電極35的通孔301，上述殼體30與電極管31之間具有一簍空空間36與殼體30外部的空氣連接導通，其中，上述金屬集電管33的材料設為由銅或鎳其中之一所製成。

上述電極管31的反應空間32內部裝填一能夠配合上述殼體30及電極管31產生氧化還原反應的鋅材料4，使得上述反應空間32分隔成一置放上述鋅材料4的反應區320以及一未包含上述鋅材料4的氣隔區321，於本創作圖1至圖5D所示第一較佳可行實施例中，上述鋅材料4設為一可流動並呈現為泥狀樣態的鋅泥電極40。

其中，上述連通座2的出料口203位於上述反應空間32的反應區320內，而上述連通座2的入料口202位於上述反應空間32的氣隔區321內，於一較佳可行實施例中，本創作連通座2對應於每一管鋅空氣燃料電池3的延伸段211的長度皆不同，且每一管鋅空氣燃料電池3包含有鋅材料4的反應區320大小亦不同，此將進一步導致每一管鋅空氣燃料電池3中的上述出料口203對應於各自管中的反應區320的高度位置皆不相同的結果。

如此一來，本創作燃料電池裝置1便能夠透過上述連通座2的組接部20與上述複數個鋅空氣燃料電池3組接連結，並透過上述連通座2的通道21分別將上述呈現為密閉狀態的鋅空氣燃料電池3彼此之間相互連接導通。

請接續參閱圖5A至圖5D所示，為本創作燃料電池裝置1的第一較佳實施例進一步配合一壓差產生器5之使用狀態說明，於此實施例中以四管組合的鋅空氣燃料電池3進行說明，上述四管組合的鋅空氣燃料電池3能夠透過一位於上述連通座2側面的導通孔24，將兩組各為兩管的鋅空氣燃料電池3完成四管組合的樣態，或者是由單一組四管樣態的鋅空氣燃料電池3完成四管組合的樣態，而上述導通孔24的兩端分別設為一導通於大氣壓力的第一導通孔以及一導通於其中一延伸段211的第二導通孔。但凡兩管、四管等其他偶數管組合的燃料電池裝置1皆能夠完成並實施本創作之目的。

上述連通座2的外部形成有一第一連接口22及一第二連接口23，上述第一連接口22與第二連接口23分別與上述連通座2內部的通道21相互連接導通，上述第一連接口22對應設於第一管的鋅空氣燃料電池3的上方位置，而第二連接口23對應設於最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的上方位置，於圖5A至圖5D所示上述壓差產生器5之第一較佳可行實施例為，上述壓差產生器5設為一真空罐50。

由上述第一連接口22或第二連接口23其中之一者與上述真空罐50安裝連通，而另一者直接與大氣壓力導通進而共同構成一介於上述第一管的鋅空氣燃料電池3以及最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3之間的壓力差，上述壓力差可設為一吸入或打入空氣氣體的負壓差或正壓差。

如此一來，由上述真空罐50與大氣壓力構成的壓力差，迫使大氣壓力中的氣體從上述第一連接口22依序地進入上述連通座2的通道21、連通段210、第一管的鋅空氣燃料電池3的反應空間32、上述連通座2的延伸段211、連通段210、其他管的鋅空氣燃料電池3的反應空間32、上述連通座2的延伸段211、連通段210、最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的反應空間32、上述連通座2的延伸段211、上述第二連接口23、以及上述真空罐50。

而且，於氣體依循前述說明路徑流動行運的過程中，由於上述每一鋅空氣燃料電池3與連通座2安裝組接之下分別呈現為一密閉狀態，而且，上述通道21的延伸段211延伸進入上述第一管鋅空氣燃料電池3中包含有上述鋅泥電極40的反應區320內，故上述鋅泥電極40將受到前述氣體驅動進一步依循氣體的路徑流動，亦即是，由上述壓差產生器5於上述第一連接口22與第二連接口23之間形成一壓力差，驅使每一鋅空氣燃料電池3的鋅材料4透過上述通道21流動至另一鋅空氣燃料電池3。

請再參照圖5A至圖5D所示，第一管鋅空氣燃料電池3透過上述第一連接口22與大氣壓力連接導通，而最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3透過上述第二連接口23組接於上述真空罐50，於上述真空罐50尚未啟動且尚未以負壓方式驅動氣體推動鋅泥電極40之狀態下，第一管的鋅空氣然電池3的反應區320中鋅泥電極40的位置高度最高，上述鋅泥電極40的位置依序遞減至最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的反應區320中鋅泥電極40的位置高度最低，而第一管的鋅空氣然電池3的延伸段211的長度最長且出料口203相對於反應區320的位置最低(第一管的鋅空氣燃料電池3的延伸段211位於上述反應區320中，且上述延伸段211中同樣容納有上述鋅泥電極40)。

上述延伸段211的長度依序遞減至最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的延伸段211的長度最短且出料口203相對於反應區320的位置最高(由於最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的延伸段211可設為剛好與反應區320的高度相同或並未與上述反應區320接觸，故上述延伸段211中並不會容納有上述鋅泥電極40)。

於此狀態下，上述鋅泥電極40皆能夠與每一管鋅空氣燃料電池3發生一氧化還原反應，並產生電力可進行充電或放電作業。

如圖5A所示，為啟動上述真空罐50，並以負壓方式驅動氣體推動上述鋅泥電極40之狀態，大氣壓力中氣體由上述連通座2的第一連接口22進入上述入料口202後再接續進入上述第一管鋅空氣燃料電池3的氣隔區321，在氣密狀態的鋅空氣燃料電池3中，上述氣體迫使第一管的鋅空氣燃料電池3中鋅泥電極40進入上述延伸段211再接續進入上述連通段210，再進一步將上述鋅泥電極40帶動進入其他管鋅空氣燃料電池3中(如圖5B所示)，依據此種負壓氣體推動上述鋅泥電極40進入不同的鋅空氣燃料電池3的流動路徑，便能夠將第一管的鋅空氣燃料電池3中鋅泥電極40作為其他管鋅空氣燃料電池3的鋅材料4補充材料，於此循環之下，便無需由燃料電池裝置1的外部進行額外補充上述鋅材料4的作業。

請參照圖5C及圖5D所示，當上述真空罐50進行間歇性負壓方式驅動氣體推動上述鋅泥電極40時，上述真空罐50短暫地暫停負壓驅動作業時，原先朝向上述其他管鋅空氣燃料電池3的單一方向流動之鋅泥電極40，將短暫地失去被氣體驅動的力量，而原先流動於上述通道21中的鋅泥電極40，將受到自然重力影響，而分別朝向第一管鋅空氣燃料電池3的延伸段211以及朝向另一管鋅空氣燃料電池3的連通段210兩種不同的流動路徑，進而流進不同的鋅空氣燃料電池3的反應空間32內，據此，第一管鋅空氣燃料電池3內的鋅泥電極40的高度位置將下降，而另一管鋅空氣燃料電池3內的鋅泥電極40的高度位置將上升。

依據前述說明段落以此類推，前述氣體及鋅泥電極40的流動方式及流動方向將持續性地循環進行於第一管、第二管、第三管及最末管(第四管)鋅空氣燃料電池3之間，反之，若上述第一管鋅空氣燃料電池3透過上述第一連接口22組接於上述真空罐50，而最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3透過上述第二連接口23與大氣壓力連接導通，上述氣體及鋅泥電極40的流動方向將變為由最末管(第四管)鋅空氣燃料電池3朝向第一管鋅空氣燃料電池3移動。

另外，上述壓差產生器5設為一同時連通於上述連通座2的第一連接口22以及一第二連接口23的真空罐50(圖未示)，亦能夠構成上述壓力差，並完成相同於前述氣體及鋅泥電極40的流動方式及流動方向之結果。

請參照圖6至圖8所示，為本創作燃料電池裝置1的第二較佳實施例，於此實施例中以六管組合的鋅空氣燃料電池3進行說明，上述六管組合的鋅空氣燃料電池3能夠同樣地透過一位於上述連通座2側面的導通孔24，將三組各為兩管的鋅空氣燃料電池3完成六管組合的樣態，或將一組兩管以及一組四管的鋅空氣燃料電池3完成六管組合的樣態，而上述導通孔24的兩端分別設為一導通於大氣壓力的第一導通孔以及一導通於其中一延伸段211的第二導通孔。

此實施例中與前述第一較佳實施例不同點在於，上述鋅材料4設為一呈現為顆粒樣態或粉狀樣態其中之一或其混合構成的鋅砂41，上述鋅砂41沉澱留置於上述鋅空氣燃料電池3內的反應空間32中，並不會隨著前述氣體的流動進而改變位置，為了避免氧化還原過程中體積逐漸縮小的鋅砂41透過的延伸段211進入上述通道21中並進一步影響本創作燃料電池裝置1的充電或放電功效，而進一步於上述連通座2的出料口203位置設有一過濾件204，透過上述過濾件204將上述鋅砂41限制在上述反應空間32內，於一較佳可行實施例中，上述過濾件204設為一不織布材質構成的阻擋面並能夠將上述連通座2的出料口203完整地包覆。

據此，此實施例中鋅砂41須配合一電解液42遂能夠完成相同於前述第一較佳實施例之結果，由上述電解液42進入上述反應空間32並流入上述通道21中，進行相同於前述第一較佳實施例中之鋅泥電極40的動作。

而且，上述連通座2的第一連接口22對應於上述第一管鋅空氣燃料電池3的位置，且上述第二連接口23對應於上述最末管(第六管)鋅空氣燃料電池3的位置，前述氣體及鋅砂41的流動方式及流動方向將持續性地循環進行於第一管、第二管、第三管、第四管、第五管以及最末管(第六管)鋅空氣燃料電池3之間。

此外，請再參閱圖8所示，此實施例中能夠將上述壓差產生器5設為一同時連通於上述連通座2的第一連接口22以及一第二連接口23的磁軸馬達51，由上述磁軸馬達51構成介於上述第一連接口22以及一第二連接口23之間的壓力差，便能夠完成與上述真空罐50相同之功效，其他部分技術特徵皆與前述第一較佳實施例相同，於此便不再加以贅述。

最後，請參閱圖9所示，為本創作燃料電池裝置1的第三較佳實施例，於此實施例中，以十六管組合的鋅空氣燃料電池3進行說明，與前述第一及第二較佳實施例不同點在於，上述連通座2的第一連接口22設於對應第一管鋅空氣燃料電池3的位置，而第一連接口22設於對應最末管(第十六管)鋅空氣燃料電池3的位置，並能夠將左側兩排(共八管組合)的鋅空氣燃料電池3設為進行放電功效，而相對於右側兩排(共八管組合)的鋅空氣燃料電池3設為進行充電功效，如此便可於此實施例燃料電池裝置1中持續性/間歇性循環同時完成充放電之效果，而無須改變上述磁軸馬達51組接於上述連通座2的第一連接口22以及第二連接口23的位置，或改變上述磁軸馬達51的電流方向。

如此一來，由前述三種燃料電池裝置1的實施例可得知，透過本創作連通座2的設計，使得氣體能夠於每一通道21的連通段210中分別區隔開每一管鋅空氣燃料電池3之間的電性連接，使得每一管鋅空氣燃料電池3的鋅材料4能夠分別獨立各自進行充/放電作業，導致能夠將每一管鋅空氣燃料電池3所產電量加總，所產總電量足以應用於小至3C電子產品、大至電動車的能源供給。

上述所舉實施例，僅用為方便說明本創作並非加以限制，在不離本創作精神範疇，熟悉此一行業技藝人士依本創作申請專利範圍及創作說明所作之各種簡易變形與修飾，均仍應含括於以下申請專利範圍中。

1‧‧‧燃料電池裝置

2‧‧‧連通座

20‧‧‧組接部

201‧‧‧公螺紋

202‧‧‧入料口

203‧‧‧出料口

204‧‧‧過濾件

21‧‧‧通道

210‧‧‧連通段

211‧‧‧延伸段

22‧‧‧第一連接口

23‧‧‧第二連接口

24‧‧‧導通孔

3‧‧‧鋅空氣燃料電池

30‧‧‧殼體

300‧‧‧母螺紋

301‧‧‧通孔

31‧‧‧電極管

32‧‧‧反應空間

320‧‧‧反應區

321‧‧‧氣隔區

33‧‧‧金屬集電管

34‧‧‧隔離膜

35‧‧‧空氣電極

36‧‧‧簍空空間

4‧‧‧鋅材料

40‧‧‧鋅泥電極

41‧‧‧鋅砂

42‧‧‧電解液

5‧‧‧壓差產生器

50‧‧‧真空罐

51‧‧‧磁軸馬達

圖1為燃料電池裝置的第一較佳實施例之立體圖；圖2為圖1之分解圖；圖3為通道之結構示意圖；圖4為鋅空氣燃料電極之剖面示意圖；圖5A至圖5D為圖1配合真空罐之使用狀態示意圖；圖6為燃料電池裝置的第二較佳實施例之立體圖；圖7為圖6之分解圖；圖8為圖6配合磁軸馬達之使用狀態示意圖；圖9為燃料電池裝置的第三較佳實施例之俯視圖。