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TWI772209B - 燃料電池裝置 - Google Patents

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Abstract

一種燃料電池裝置，包含一界定一內空間的外殼、一設置於該內空間的流道板、二其中之一與該流道板疊合的電極板，及一夾制於該等電極板間的質子交換膜。該流道板包括多個平直段及多個銜接段。該等平直段沿呈兩列併排並沿一軸線延伸，且每一列的所述平直段間隔界定出多個通口，而該等通口相互錯位。該等銜接段分別傾斜地銜接於一列之該等平直段的相反兩端，與另一列之該等平直段的相反兩端間。每兩個相鄰的該等銜接段與共同銜接的該平直段界定出一與個別之所述通口連通的排水道。即便疊合多個所述燃料電池裝置，該等排水道仍能發揮排水功能。

Description

燃料電池裝置
本發明是有關於一種電池，特別是指一種燃料電池裝置。
燃料電池是透過含氫燃料與空氣產生電力的裝置，目前主流技術是利用質子交換膜，在將氫氣導入陽極後，分解為氫離子與電子，而所述的氫離子後續則會與陰極的氧分子結合而產生水。正因為燃料電池在持續運作的過程中會持續產生水，為了確保燃料氣體的持續導入，以及質子交換膜與電極間的接觸與反應不會被水液阻礙，必須妥善設計將產生的水液持續向外排導的機制，才能維持燃料電池的正常運作。
據此，目前現有的燃料電池都是在電極板上同時設計流道，藉此達成排導產生之水液的目的。然而，因應現今各種用電設備的用電量逐漸龐大的趨勢，通常會將燃料電池密集化配置，藉此在有限的空間內盡可能產生相對較大的電量。在多個燃料電池密集配置時，有可能會產生結構之間逐層擠壓的情況，若是設計有流道的電極板受到擠壓，不但可能與質子交換膜無法如預期地接觸，產生的水液也有可能無法順利排導。因此，如何因應目前大用電的趨勢，同時顧及水液順利排導而維持燃料電池的正常運作，則成為相關領域從事者亟欲突破的課題。
因此，本發明之目的，即在提供一種能順利排導運作產生之水液，並能因應密集化配置的燃料電池裝置。
於是，本發明燃料電池裝置，包含一圍繞界定出一內空間的外殼、一設置於該內空間中的流道板、二彼此間隔且有其中之一與該流道板相互疊合的電極板，及一夾制於該等電極板之間的質子交換膜。
該外殼包括一圍繞界定出該內空間的殼體、二連通於該內空間且分別適用於導入氫氣及氧氣的導氣管，及一連通於該內空間且適用於導出水液的排水管。
該流道板包括多個沿一第一軸線相互間隔地呈兩列併排的平直段，及多個分別銜接於其中一列之該等平直段的相反兩端，與另一列之該等平直段的相反兩端之間的銜接段。每一列的該等平直段是沿一垂直於該第一軸線之第二軸線延伸，且沿一同時垂直該第一軸線及該第二軸線的第三軸線彼此相鄰間隔地界定出多個通口。該兩列之所述平直段的該等通口是相互錯位，且每一個所述平直段沿該第三軸線的寬度，大於每一個所述通口沿該第三軸線的寬度。每兩個相鄰的該等銜接段與共同銜接的該平直段圍繞界定出一沿該第二軸線延伸，且與個別之所述通口連通的排水道。
本發明之功效在於：利用直接與其中一個所述電極板接觸的該流道板來形成該等排水道時，藉由每一個所述平直段沿該第三軸線的寬度大於每一個所述通口沿該第三軸線的寬度，使得該等銜接段會相對於該等平直段而呈傾斜，於是該流道板整體具有沿該第一軸線形變的餘裕，因而能產生緩衝作用，即便在重複疊置多個所述燃料電池裝置而提高供電量的使用下，該流道板受到因層疊所產生之沿該第一軸線的外力時，該等銜接段仍能支撐於該等平直段之間，限制沿該第一軸線的形變而維持所形成的該等排水道，於是就能藉由該等排水道持續地排導運作所產生的水液，有利於因應密集化配置。
參閱圖1，為本發明燃料電池裝置的一實施例，本實施例包含一圍繞界定出一內空間100的外殼1、一設置於該內空間100中的流道板2、二彼此間隔且有其中之一與該流道板2相互疊合的電極板3，及一夾制於該等電極板3之間的質子交換膜4。要先說明的是，本實施例是以一個基本單元的方式來說明，實際使用時可如圖2所示地重複疊合兩個基本單元，甚至是更多個所述基本單元，以因應所需的供電量，並不僅限於單獨以本實施例的一個基本單元運作使用。而氫氣與氧氣導入後，透過該質子交換膜4而產生電力並產生副產物水液的原理，則並非本案所訴求的技術重點，故後續亦不再贅述。
該外殼1包括一圍繞界定出該內空間100的殼體10、二連通於該內空間100且分別適用於導入氫氣及氧氣的導氣管11，及一連通於該內空間100且適用於導出水液的排水管12。具體而言，該殼體10具有一個概呈外凸狀的殼蓋部101，及一可與該殼蓋部101相互組合而用以限位該流道板2的框圍部102。但要強調的是，該殼體10的具體型態，只要能確實界定出足以容納該流道板2、該等電極板3，以及該質子交換膜4的空間即可，並不以本案圖式所繪示的態樣為限。另外，該等導氣管11可分別連接於氫氣源以及氧氣源，而該排水管12則能連接於下游的儲水或排水設備。
參閱圖3與圖4並配合圖1，該流道板2包括多個沿一第一軸線L1相互間隔地呈兩列併排的平直段21，及多個分別銜接於其中一列之該等平直段21的相反兩端，與另一列之該等平直段21的相反兩端之間的銜接段22。每一列的該等平直段21是沿一垂直於該第一軸線L1之第二軸線L2延伸，且沿一同時垂直該第一軸線L1及該第二軸線L2的第三軸線L3彼此相鄰間隔地界定出多個通口201。該兩列之所述平直段21的該等通口201是相互錯位，也就是說，若以每一個平直段21而言，將會沿該第一軸線L1對位另一列的其中一個通口201。
每一個所述平直段21沿該第三軸線L3的寬度，大於每一個通口201沿該第三軸線L3的寬度，使得每一個平直段21與自身相反兩端所銜接的該二個銜接段22，會共同形成沿該第二軸線L3之截面概呈三角形的態樣，而個別的通口201即是位於所述三角形的其中一個頂點處。因此，每兩個相鄰的該等銜接段22與共同銜接的該平直段21會圍繞界定出一沿該第二軸線L2延伸，且與個別之所述通口201連通的排水道200。
要特別說明的是，由於該流道板2是以受外力後會在彎折處產生適度形變的材質所製成，因此該流道板2在受到沿該第一軸線L1的外力時，得以產生適度形變並且累積彈性恢復力，也就得以藉此形成緩衝機制。每一個所述平直段21具有多個呈貫穿狀且沿該第二軸線L2相互間隔的透氣孔210，若是該流道板2受到外力而過度形變，甚至發生該等通口201因而被阻擋的情況時，所述透氣孔210仍能發揮導通氣體、排出水液的功能。
重新參閱圖1，每一個電極板3包括一用以與該質子交換膜4接觸的反應部31，及一自該反應部31向外延伸的連接部32。且每一個電極板3具有多個形成在該反應部31上且呈貫穿狀的微孔300，每一個所述微孔的孔徑為0.01至0.02毫米，且較佳為0.01毫米，使得因產生電力之反應而主要產生在該質子交換膜4周遭的水液，能經由該等微孔300以遠離該質子交換膜4的方向排出。另外，由於該等電極板3的該等連接部32是延伸至該內空間100外，在該等電極板3分別代表陰極與陽極的情況下，外部的用電設備只要與該等電極板3的該等連接部32達成電連接，即可取用本實施例運作所產生的電力。
參閱圖5，需要密集配置多個本實施例使用時，通常是將多個本實施例以沿該第一軸線L1的方向疊置，因此該流道板2疊合於該等電極板3時，將會受到沿該第一軸線L1之方向的外力。此時，由於該流道板2之該等平直段21沿該第三軸線L3的寬度大於該等通口201沿該第三軸線L3的寬度，使得該等銜接段22會相對於該等平直段21而呈傾斜，於是該流道板2整體具有沿該第一軸線L1形變的餘裕，因而能產生緩衝作用。另外，在該等平直段21與該等銜接段22的銜接處，也因材質關係而能產生形變，因此會在受到沿該第一軸線L1之方向的外力時，產生使得沿該第三軸線L3相鄰之該等平直段21更加靠近，也就是讓所述通口201變窄的形變，因而可透過該等銜接段22形成沿該第一軸線L1的支撐。在不影響整體結構強度的情況下，透過該等通口201因形變而窄化的特性，接觸其中一個所述電極板3的該等平直段21，也因而能推抵所述電極板3而確實接觸該質子交換膜4，即能確保該電極板3之該反應部31能有更大的面積接觸該質子交換膜4，藉此優化本實施例發電的效率。
要特別說明的是，使用越多的本實施例相互疊合時，無論是考量到重量因素，或者是相互鎖固的緊密程度，每一個本實施例理應都會受到更大之沿該第一軸線L1之方向的外力。當所述外力較大時，可能會讓該流道板2產生較大的形變，也就是相鄰之該等平直段21可能沿該第三軸線L3之方向而近乎貼合，使得該等通口201近乎封閉。此時，即便導入的氣體難以經由該等通口201流通，但透過該等平直段21的該等透氣孔210(見圖1或圖4)，仍能讓導入的氣體沿該第一軸線L1的方向流通，進而經由所述電極板3的所述微孔300而與該質子交換膜4接觸，藉此確保本實施例的正常運作。
參閱圖6並配合圖5，在本實施例運作發電時，所產生的水液能經由該等電極板3的所述微孔300滲出。由於該流道板2之該等銜接段22產生的支撐力，即便因重複疊置而受到較大的外力，仍能維持該等排水道200的空間，得以順利地持續將產生的水液經由與該等排水道200連通的該排水管12而向外排導，避免積水而影響本實施例的正常運作。
綜上所述，本發明燃料電池裝置的該實施例，藉由該流道板2受到外力能產生形變但仍不至於塌陷的特性，除了維持一定的結構強度而產生支撐力，更能確保該等排水道200的暢通，即便是因應密集化配置而重複疊合多個該實施例，仍能達成順利排導水液而避免積水的目的，使得本實施例能持續穩定運作。因此，確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:外殼 10:殼體 100:內空間 101:殼蓋部 102:框圍部 11:導氣管 12:排水管 2:流道板 200:排水道 201:通口 21:平直段 210:透氣孔 22:銜接段 3:電極板 300:微孔 31:反應部 32:連接部 4:質子交換膜 L1:第一軸線 L2:第二軸線 L3:第三軸線
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一立體分解圖，說明本發明燃料電池裝置的一實施例； 圖2是一示意圖，說明重複疊置多個基本單元的使用情況； 圖3是一局部放大的側視圖，說明該實施例的一流道板； 圖4是一不完整的俯視圖，由不同於圖3的視角說明該流道板的多個平直段； 圖5是一示意圖，說明該流道板受到外力而產生形變的情況；及 圖6是一示意圖，說明本實施例之二個電極板及一質子交換膜，以及利用該流道板排除運作而產生之水液的情況。
1:外殼
10:殼體
100:內空間
101:殼蓋部
102:框圍部
11:導氣管
12:排水管
2:流道板
200:排水道
201:通口
21:平直段
210:透氣孔
22:銜接段
3:電極板
300:微孔
31:反應部
32:連接部
4:質子交換膜
L1:第一軸線
L2:第二軸線
L3:第三軸線

Claims (5)

  1. 一種燃料電池裝置，包含：一外殼，包括一圍繞界定出一內空間的殼體、二連通於該內空間且分別適用於導入氫氣及氧氣的導氣管，及一連通於該內空間且適用於導出水液的排水管；一流道板，設置於該內空間中，並包括多個平直段，沿一第一軸線相互間隔地呈兩列併排，每一列的該等平直段是沿一垂直於該第一軸線之第二軸線延伸，且沿一同時垂直該第一軸線及該第二軸線的第三軸線彼此相鄰間隔地界定出多個通口，該兩列之所述平直段的該等通口是相互錯位，且每一個所述平直段沿該第三軸線的寬度，大於每一個所述通口沿該第三軸線的寬度，每一所述平直段具有多個呈貫穿狀且沿該第二軸線相互間隔的透氣孔，及多個銜接段，分別銜接於其中一列之該等平直段的相反兩端，與另一列之該等平直段的相反兩端之間，每兩個相鄰的該等銜接段與共同銜接的該平直段圍繞界定出一沿該第二軸線延伸，且與個別之所述通口連通的排水道；二電極板，彼此間隔且有其中之一與該流道板相互疊合；及一質子交換膜，夾制於該等電極板之間。
  2. 如請求項1所述的燃料電池裝置，其中，該流道板是以受 外力後會在彎折處產生形變的材質所製成。
  3. 如請求項1所述的燃料電池裝置，其中，每一個電極板包括一用以與該質子交換膜接觸的反應部，及一自該反應部向外延伸的連接部。
  4. 如請求項1或3任一項所述的燃料電池裝置，其中，每一個電極板具有多個呈貫穿狀的微孔。
  5. 如請求項4所述的燃料電池裝置，其中，每一個電極板的每一個所述微孔的孔徑為0.01至0.02毫米。
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