TWM629333U - 石墨氈固定模組以及包含石墨氈固定模組的液流電池 - Google Patents

Abstract

一種石墨氈固定模組，用於固定一石墨氈單元；石墨氈固定模組包括一集流框體、一卡合結構以及一固定框體。集流框體包含有一第一卡接面以及一第一安裝口；卡合結構設於集流框體並位於第一安裝口之周壁；固定框體用以與集流框體結合，固定框體包含有一第二卡接面以及一第二安裝口；當固定框體與集流框體結合時，第一安裝口對應連通第二安裝口而形成一容置空間供石墨氈單元容置，且石墨氈單元容置於容置空間時，石墨氈單元之周側卡接卡合結構，使石墨氈單元被固定在固定框體與集流框體之間。一種液流電池亦揭露於此。

Description

石墨氈固定模組以及包含石墨氈固定模組的液流 電池

本創作係與液流電池有關；特別是指一種石墨氈固定模組以及包含石墨氈固定模組的液流電池。

已知隨著工業快速發展，人們消耗化石能源的速度越來越快，除了造成化石能源嚴重短缺外，亦使得生態環境日趨惡化；因此，發展再生能源來代替化石能源已是重要的發展趨勢。

目前再生能源的儲能技術，包含有氧化還原液流電池(redox flow battery,RFB)，以下簡稱為液流電池，其能提供循環充電及放電的使用，還能高效率地保持電壓，使得再生能源能穩定供電。

現有的液流電池結構通常包含有兩個電池單元以及一交換膜，該交換膜設置在所述兩個電池單元之間，各個電池單元連接正極電解液及負極電解液的容器，所述正極電解液及負極電解液的容器分別係藉由泵浦元件抽送到各個電池單元進行電化學反應來產生電能。

然而，各個電池單元係由多層結構堆疊而成，例如包含集流板、石墨氈、石墨紙、墊片以及金屬板；詳細來說，集流板設置有安裝槽以供設置石墨氈，由於集流板無法提供固定石墨氈的功能，在石墨氈設置在集流板的安裝槽時，需將石墨紙覆蓋在石墨氈之外側，再藉由墊片固定石墨紙的周圍，使得石墨氈才能被固定在集流板的安裝槽中， 而金屬板係相對石墨氈固定在集流板外側；由此可知，現有電池單元的多層結構造成組裝繁瑣，增加安裝成本，更無法有效地改善縮小液流電池體積的效果。

有鑑於此，本創作之目的在於提供一種石墨氈固定模組以及包含石墨氈固定模組的液流電池，其中石墨氈固定模組能提供固定石墨氈的功能，除了節省額外元件的設置，提升組裝效率，還能有效地縮小液流電池體積的效果。

緣以達成上述目的，本創作提供的一種石墨氈固定模組，用於固定一石墨氈單元；該石墨氈固定模組包括一集流框體、一卡合結構以及一固定框體。該集流框體包含有一第一卡接面以及一第一安裝口穿設該第一卡接面；該卡合結構設於該集流框體並位於該第一安裝口之周壁；該固定框體用以與該集流框體結合，該固定框體包含有一第二卡接面以及一第二安裝口穿設該第二卡接面；當該固定框體與該集流框體結合時，該第一卡接面與該第二卡接面相抵接，該第一安裝口對應連通該第二安裝口而形成一容置空間供該石墨氈單元容置，且該石墨氈單元容置於該容置空間時，該石墨氈單元之周側卡接該卡合結構，使該石墨氈單元被固定在該固定框體與該集流框體之間。

本創作另一目的在於提供一種液流電池，包括二電池組以及一交換膜。該二電池組個別包含有如請求項1所述之石墨氈固定模組、一石墨氈單元、一金屬極板以及一蓋板，該石墨氈固定模組中的該集流框體包含有一第一裝設面相背於該第一卡接面，以及一容槽設於該第一裝設面上，該容槽與該第一安裝口相連通；該石墨氈單元設於該石墨氈 固定模組中，該石墨氈單元容置在該集流框體與該固定框體所形成之該容置空間中，且該石墨氈單元之周側受到該卡合結構的卡接，而被固定在該石墨氈固定模組；該金屬極板設置在該石墨氈固定模組，該金屬極板容置在該容槽中並位於該石墨氈單元之一側；該交換膜設於該二電池組之間；當該二電池組相組合時，該交換膜被該二固定框體所夾固，且該二石墨氈單元分別位於該交換膜之兩側。

本創作之效果在於，本創作石墨氈固定模組能提供固定石墨氈單元的功能，係藉由該石墨氈單元之周側卡接該卡合結構，使得該石墨氈單元被固定在該集流框體與該固定框體之間，節省其他元件的設置，提升組裝效率，還能降低該液流電池整體厚度及體積，達到小型化結構的效果。

〔本創作〕

100:石墨氈固定模組

110:石墨氈單元

120:金屬極板

200:液流電池

10:集流框體

11:第一卡接面

111:第二環溝

12:第一裝設面

13:第一安裝口

131:第一側壁

14:容槽

141:第一環溝

15:第一防水墊圈

16:第二防水墊圈

20:卡合結構

21:齒部

211:凹槽

211A:側槽口

211B:側槽底

212:抵接緣

30:固定框體

31:第二卡接面

32:第二裝設面

33:第二安裝口

331:第二側壁

40:集流結構

41:導流部

411:導槽

411A:寬口端

411B:窄口端

412:流道

42:連接部

421:孔槽

50:電池組

51:蓋板

511:透孔

60:交換膜

70:第三防水墊圈

D:間隔區域

S:容置空間

圖1為本創作第一實施例的石墨氈固定模組的立體圖。

圖2為本創作第一實施例的石墨氈固定模組的結構分解圖。

圖3為本創作第一實施例的石墨氈固定模組的另一視角結構分解圖。

圖4為本創作第一實施例的石墨氈固定模組的集流框體與固定框體之前視圖。

圖5為本創作第一實施例的石墨氈固定模組的集流框體與固定框體之後視圖。

圖6為本創作第一實施例的石墨氈固定模組的俯視圖。

圖7為圖6沿剖面線7-7所得的剖視圖。

圖8為圖7的局部放大圖。

圖9為圖6沿剖面線9-9所得的剖視圖。

圖10為本創作第二實施例的液流電池的立體圖。

圖11為本創作第二實施例的液流電池的結構分解圖。

圖12為本創作第二實施例的液流電池之其中一電池組的元件組成前視圖。

圖13為本創作第二實施例的液流電池之其中一電池組的元件組成後視圖。

圖14為本創作第二實施例的液流電池的剖視圖。

為能更清楚地說明本創作，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參考圖1，為本創作第一實施例之石墨氈固定模組100，用於固定一石墨氈單元110；該石墨氈固定模組100包括一集流框體10、一卡合結構20、一固定框體30以及一集流結構40。

該集流框體10係為板體，其包含有一第一卡接面11、一第一裝設面12以及一第一安裝口13，該第一卡接面11位於該集流框體10之一側面，該第一裝設面12則相背於該第一卡接面11位於該集流框體10之另一側面，該第一安裝口13為矩形開口係穿設該第一卡接面11與該第一裝設面12；如圖3及圖5所示，在本實施例中，該集流框體10還包含一容槽14，該容槽14設於該第一裝設面12上，該容槽14與該第一安裝口13相連通，且該容槽14圍繞該第一安裝口13，該容槽用以供放置一金屬極板120，讓該金屬極板120能夠設置在該集流框體10上，在本實施例中，該金屬極板120為釩材質。

但在其他實施例中，該集流框體10的容槽14可省略不設， 該金屬極板120能夠選擇設置在該第一裝設面12上，只要該金屬極板120能夠設置在該集流框體10上即可。

該卡合結構20係為凹凸結構，其設於該集流框體10且位於該第一安裝口13之周壁；請參考圖4，該卡合結構20係設於該集流框體10之第一卡接面11上，其中該第一安裝口13定義有二相對之第一側壁131，該卡合結構20具有二齒部21，各該齒部21包含有複數個凹槽211以及複數個抵接緣212，該等凹槽211由該第一卡接面11沿各該第一側壁131的方向連續向外凹陷，其中各該凹槽211包含有一側槽口211A以及一側槽底211B，該側槽口211A穿設於該第一側壁131上，該側槽底211B相對該第一側壁131由該側槽口211A向外延伸，該等抵接緣212個別設置在兩相鄰凹槽211之間，各該抵接緣212係平直連接兩相鄰側槽口211A，且該等抵接緣212與該第一側壁131為同一平面。

在其他實施例中，該二齒部21的結構及排列方式可依需求有所調整，例如：該卡合結構20可包含一個齒部21設於該第一安裝口13之一側壁，亦可包含複數個齒部21圍設該第一安裝口13之周壁，只要能夠提供卡接該石墨氈單元110即可；該卡合結構20可將凹槽211替換成凸出第一側壁131的凸塊。

該固定框體30係為板體，且該固定框體30的形狀與該集流框體10的形狀相似，該固定框體30用以與該集流框體10結合；如圖4及圖5所示，該固定框體30包含有一第二卡接面31、一第二裝設面32以及一第二安裝口33，該第二卡接面31位於該固定框體30之一側面，該第二裝設面32相背於該第二卡接面31位於該固定框體30之另一側面，該第二安裝口33為矩形開口係穿設該第二卡接面31與該第二裝設面32，在本實施例中，該集流框體10與該固定框體30的周圍均設有穿孔，該集流框體 10與該固定框體30可藉由螺栓進行結合。

如圖7至圖9所示，當該固定框體30與該集流框體10結合時，該集流框體10之第一卡接面11與該固定框體30之第二卡接面31相互接觸及貼合，且該第一安裝口13對應連通該第二安裝口33而形成一容置空間S，該容置空間S提供該石墨氈單元110容置；如圖9及圖10所示，在該石墨氈單元110容置於該容置空間S時，該石墨氈單元110之兩側部分輪廓分別接觸該等抵接緣212上，並同時抵接在該二第一側壁131以及該二第二側壁331，由於該石墨氈單元110的尺寸略大於該容置空間S的內徑，所以該石墨氈單元110之兩側其餘輪廓受到空間擠壓而會個別卡入各該側槽口211A中，使得該石墨氈單元110的周側卡接該卡合結構20，使得該石墨氈單元110被固定在該固定框體30與該集流框體10之間，再將該金屬極板120容置在該容槽14中，且該金屬極板120抵貼該石墨氈單元110之一側；如此一來，該石墨氈固定模組100的設計除了能夠提供固定石墨氈單元110的功能，達到節省安裝成本以及提升組裝效率的功效，還能提供容置該金屬極板120，藉以有效地提供小型化結構的效果。

另外，在本實施例中，該集流框體10還包含有一第一防水墊圈15以及一第二防水墊圈16，用來防止電解液的溢漏，該第一防水墊圈15設於該容槽14中，其中該容槽14的槽底設有一第一環溝141，該第一防水墊圈15設置在該第一環溝141中，當該金屬極板120設置在該容槽14中時，該金屬極板120將緊迫地壓抵該第一防水墊圈15並與該容槽14之槽底相密合；該第二防水墊圈16設於該第一卡接面11上，其中該第一卡接面11上設有一第二環溝111圍繞該第一安裝口13及該卡合結構20，該第二防水墊圈16設置在該第二環溝111中，當該固定框體30與該 集流框體10結合時，該第二卡接面31將緊迫地壓抵該第二防水墊圈16並與該第一卡接面11相密合，以增強該第一卡接面11與該第二卡接面31之間的密合性。但在其他實施例中，該第一防水墊圈15與該第二防水墊圈16是能夠省略不設。

該集流結構40用來導流電解液，該集流結構40位於該卡合結構20之一側；當該固定框體30與該集流框體10結合時，該集流結構40連接該卡合結構20；詳細說明，如圖4所示，該集流結構40包含有二導流部41及二連接部42，該二導流部41設置在該集流框體10之第一卡接面11上，該二導流部41個別位於該卡合結構20之各該齒部21之一側，且各該導流部41與各該齒部21間形成一間隔區域D，其中各該導流部41包含有一導槽411以及一流道412，本實施例以其中一導流部41進行說明，該導槽411設於該齒部21之該等凹槽211的一側，該導槽411具有一寬口端411A以及一窄口端411B，該寬口端411A對應該齒部21朝向該第一側壁131設置，且該間隔區域D位於該導槽411的寬口端411A與該等凹槽211之間，該窄口端411B由該寬口端411A漸縮延伸，該流道412連接該導槽411之窄口端411B，用以供輸送電解液。

該二連接部42設於該固定框體30之第二卡接面31上，該第二安裝口33定義有二相對之第二側壁331，該二連接部42對應該二第二側壁331分別位於該第二安裝口33之兩側，如圖4所示，該二連接部42分別具有複數個孔槽421，該等孔槽421沿各該第二側壁331的方向排列；如圖8及圖9所示，當該固定框體30與該集流框體10結合時，各該連接部42位於各該間隔區域D中，此時各該連接部42之該等孔槽421之一端對應連通各該齒部21之該等凹槽211，各該連接部42之該等孔槽421之另一端連通各該導流部41之導槽411，使各該導流部41與各該齒部21 透過各該連接部42相連通，藉以電解液能夠經由該集流結構40流通該容置空間S。

在其他實施例中，該集流結構40之導流部41及連接部42不限於個別分開設置在該集流框體10與該固定框體30上，亦能夠將導流部41與連接部42同時設置在該集流框體10上，只要該集流結構40與該卡合結構20能夠相連通即可。

藉此，本創作石墨氈固定模組100藉由上述結構設計，在石墨氈單元110設置在該容置空間S時，該石墨氈單元110之周側能夠卡接該卡合結構，使得該石墨氈單元110能直接固定在該集流框體10與該固定框體30之間，藉以節省其他元件的設置，還能提供容置該金屬極板120，使本創作石墨氈固定模組100達到提升組裝效率的功效。

另外，該集流結構40與該卡合結構20的搭配設計，讓電解液輸送時能有效率地經由該卡合結構20之該等凹槽211直接滲入該石墨氈單元110中，藉以增進電化學反應的效率。

請參考圖10，為本創作第二實施例之液流電池200，其包含二電池組50、一交換膜60以及一第三防水墊圈70。

該二電池組50個別包含有如前述第一實施例之石墨氈固定模組100、該石墨氈單元110以及該金屬極板120，該二電池組50個別還包含有一蓋板51；如圖11至圖13所示，該石墨氈固定模組100、該石墨氈單元110與該金屬極板120的結構與上述實施例所描述者相同，在此不再贅述。

該蓋板51設置在該集流框體10之第一裝設面12上，且該蓋板51密封該容槽14之槽口，讓該金屬極板120被固定在該容槽14中；如圖14所示，該蓋板51中心穿設有一透孔511，該透孔511用來提供電極 桿穿透(圖中未示)，當該金屬極板120設置在該容槽14中時，該電極桿能穿入該透孔511並壓抵該金屬極板120，使得該電極桿能夠外接電路進行放電。

該交換膜60設於該二電池組50之間；當該二電池組50相組合時，該交換膜60被該二固定框體30所夾固，且該二石墨氈單元110分別位於該交換膜60之兩側。

該第三防水墊圈70設於該二電池組50之間，其中該第三防水墊圈70係設置在其中一固定框體30之第二裝設面32上；當該二電池組50相組合時，該二固定框體30之第二裝設面32將緊迫地壓抵該第三防水墊圈70，使該二固定框體30之第二裝設面32相密合，且該第三防水墊圈70圍繞該交換膜60。在其他實施例中，該第三防水墊圈70能夠省略不設。

藉此，本創作液流電池200的結構簡單，由於該石墨氈固定模組100的結構能提供固定石墨氈的功能，藉以有效地節省其他元件的設置，提升組裝效率，還能降低該液流電池200整體厚度及體積，達到小型化結構的效果。

以上所述僅為本創作較佳可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本創作之專利範圍內。

100:石墨氈固定模組

10:集流框體

111:第二環溝

13:第一安裝口

131:第一側壁

16:第二防水墊圈

20:卡合結構

21:齒部

30:固定框體

32:第二裝設面

33:第二安裝口

331:第二側壁

40:集流結構

41:導流部

42:連接部

Claims (24)

1. 一種石墨氈固定模組，用於固定一石墨氈單元；該石墨氈固定模組包括： 一集流框體，其包含有一第一卡接面以及一第一安裝口穿設該第一卡接面； 一卡合結構，其設於該集流框體並位於該第一安裝口之周壁；以及 一固定框體，用以與該集流框體結合，該固定框體包含有一第二卡接面以及一第二安裝口穿設該第二卡接面；當該固定框體與該集流框體結合時，該第一卡接面與該第二卡接面相抵接，該第一安裝口對應連通該第二安裝口而形成一容置空間供該石墨氈單元容置，且該石墨氈單元容置於該容置空間時，該石墨氈單元之周側卡接該卡合結構，使該石墨氈單元被固定在該固定框體與該集流框體之間。
2. 如請求項1所述之石墨氈固定模組，其中該第一安裝口定義有二相對之第一側壁，該卡合結構包含有二齒部，各該齒部具有複數個凹槽，該等凹槽由該第一卡接面沿各該第一側壁的方向連續向外凹陷。
3. 如請求項2所述之石墨氈固定模組，其中各該齒部具有複數個抵接緣，該等抵接緣個別設置在兩相鄰凹槽之間，當該固定框體與該集流框體結合時，該石墨氈單元之兩側部分輪廓分別抵接在該等抵接緣上，且該石墨氈單元之兩側其餘輪廓個別卡入該等凹槽中。
4. 如請求項3所述之石墨氈固定模組，其中各該凹槽包含有一側槽口以及一側槽底，該側槽口設於該第一側壁上，該側槽底相對該第一側壁由該側槽口向外延伸，各該抵接緣平直連接兩相鄰側槽口，且該等抵接緣與該第一側壁為同一平面。
5. 如請求項2所述之石墨氈固定模組，包含一集流結構，該集流結構位於該卡合結構之一側；當該固定框體與該集流框體結合時，該集流結構連接該卡合結構。
6. 如請求項5所述之石墨氈固定模組，其中該集流結構包含有二導流部，該二導流部設於該集流框體之第一卡接面上，並個別位於各該齒部之一側，且各該導流部與各該齒部間形成一間隔區域。
7. 如請求項6所述之石墨氈固定模組，其中各該導流部包含有一導槽以及一流道，該導槽設於該齒部之該等凹槽的一側，該導槽具有一寬口端以及一窄口端，該寬口端對應該齒部朝向該第一側壁設置，且該間隔區域位於該導槽的寬口端與該等凹槽之間，該窄口端由該寬口端漸縮延伸，該流道連接該導槽之窄口端，用以供輸送電解液。
8. 如請求項6所述之石墨氈固定模組，其中該集流結構包含有二連接部設於該固定框體之第二卡接面上，該第二安裝口定義有二相對之第二側壁，該二連接部對應該二第二側壁分別位於該第二安裝口之兩側；當該固定框體與該集流框體結合時，各該連接部位於各該間隔區域中，且各該導流部與各該齒部透過各該連接部相連通。
9. 如請求項8所述之石墨氈固定模組，其中該二連接部分別具有複數個孔槽，該等孔槽沿各該第二側壁的方向排列；當該固定框體與該集流框體結合時，各該連接部之該等孔槽之一端對應連通各該齒部之該等凹槽，各該連接部之該等孔槽之另一端連通各該導流部。
10. 如請求項1所述之石墨氈固定模組，其中該集流框體具有一第一裝設面以及一容槽，該第一裝設面相背於該第一卡接面，該容槽設於該第一裝設面上，該容槽與該第一安裝口相連通，且該容槽圍繞該第一安裝口，用以供放置一金屬極板。
11. 如請求項10所述之石墨氈固定模組，其中該集流框體包含有一第一防水墊圈，該第一防水墊圈設於該容槽中，當該金屬極板設置在該容槽中時，該金屬極板將緊迫地壓抵該第一防水墊圈並與該容槽之槽底相密合。
12. 如請求項1所述之石墨氈固定模組，其中該集流框體包含有一第二防水墊圈，該第二防水墊圈設於該第一卡接面上且圍繞該第一安裝口及該卡合結構；當該固定框體與該集流框體結合時，該第二卡接面將緊迫地壓抵該第二防水墊圈並與該第一卡接面相密合。
13. 一種液流電池，包括： 二電池組，個別包含有： 如請求項1所述之石墨氈固定模組，該石墨氈固定模組中的該集流框體包含有一第一裝設面相背於該第一卡接面，以及一容槽設於該第一裝設面上，該容槽與該第一安裝口相連通； 一石墨氈單元，設於該石墨氈固定模組中，該石墨氈單元容置在該集流框體與該固定框體所形成之該容置空間中，且該石墨氈單元之周側受到該卡合結構的卡接，而被固定在該石墨氈固定模組； 一金屬極板，設置在該石墨氈固定模組，該金屬極板容置在該容槽中並位於該石墨氈單元之一側；以及 一蓋板，設置在該集流框體之第一裝設面上且密封該容槽之槽口； 一交換膜，設於該二電池組之間；當該二電池組相組合時，該交換膜被該二固定框體所夾固，且該二石墨氈單元分別位於該交換膜之兩側。
14. 如請求項13所述之液流電池，其中該第一安裝口定義有二相對之第一側壁，該卡合結構包含有二齒部，各該齒部具有複數個凹槽，該等凹槽由該第一卡接面沿各該第一側壁的方向連續向外凹陷。
15. 如請求項14所述之液流電池，其中各該齒部具有複數個抵接緣，該等抵接緣個別設置在兩相鄰凹槽之間，當該固定框體與該集流框體結合時，該石墨氈單元之兩側部分輪廓分別抵接在該等抵接緣上，且該石墨氈單元之兩側其餘輪廓個別卡入該等凹槽中。
16. 如請求項15所述之液流電池，其中各該凹槽包含有一側槽口以及一側槽底，該側槽口設於該第一側壁上，該側槽底相對該第一側壁由該側槽口向外延伸，各該抵接緣平直連接兩相鄰側槽口，且該等抵接緣與該第一側壁為同一平面。
17. 如請求項14所述之液流電池，其中各該石墨氈單元包含一集流結構，該集流結構位於該卡合結構之一側；當該固定框體與該集流框體結合時，該集流結構連接該卡合結構。
18. 如請求項17所述之液流電池，其中該集流結構包含有二導流部，該二導流部設於該集流框體之第一卡接面上，並個別位於各該齒部之一側，且各該導流部與各該齒部間形成一間隔區域。
19. 如請求項18所述之液流電池，其中各該導流部包含有一導槽以及一流道，該導槽設於該齒部之該等凹槽的一側，該導槽具有一寬口端以及一窄口端，該寬口端對應該齒部朝向該第一側壁設置，且該間隔區域位於該導槽的寬口端與該等凹槽之間，該窄口端由該寬口端漸縮延伸，該流道連接該導槽之窄口端，用以供輸送電解液。
20. 如請求項18所述之液流電池，其中該集流結構包含有二連接部設於該固定框體之第二卡接面上，該第二安裝口定義有二相對之第二側壁，該二連接部對應該二第二側壁分別位於該第二安裝口之兩側；當該固定框體與該集流框體結合時，各該連接部位於各該間隔區域中，且各該導流部與各該齒部透過各該連接部相連通。
21. 如請求項20所述之液流電池，其中該二連接部分別具有複數個孔槽，該等孔槽沿各該第二側壁的方向排列；當該固定框體與該集流框體結合時，各該連接部之該等孔槽之一端對應連通各該齒部之該等凹槽，各該連接部之該等孔槽之另一端連通各該導流部。
22. 如請求項13所述之液流電池，其中該石墨氈固定模組包含有一第一防水墊圈，該第一防水墊圈設於該容槽中，當該金屬極板設置在該容槽中時，該金屬極板將緊迫地壓抵該第一防水墊圈並與該容槽之槽底相密合。
23. 如請求項13所述之液流電池，其中該石墨氈固定模組包含有一第二防水墊圈，該第二防水墊圈設於該第一卡接面上且圍繞該第一安裝口及該卡合結構；當該固定框體與該集流框體結合時，該第二卡接面將緊迫地壓抵該第二防水墊圈並與該第一卡接面相密合。
24. 如請求項13所述之液流電池，包含有一第三防水墊圈，該第三防水墊圈設於該二電池組之間，各該石墨氈固定模組中的該固定框體包含有一第二裝設面，該第二裝設面相背於該第二卡接面；當該二電池組相組合時，該二第二裝設面將緊迫地壓抵該第三防水墊圈，使該二固定框體相密合，且該第三防水墊圈圍繞該交換膜。

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