CN103022533A - 供电装置 - Google Patents

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Abstract

一种供电装置，包括一第一壳体、一第二壳体、一电池模组、一抽气元件及一热交换模组。第一壳体具有一气孔。第二壳体配置于第一壳体内，其中第二壳体内具有一燃料电池。电池模组配置于第一壳体内，其中燃料电池与电池模组用以相互供电。抽气元件配置于第一壳体内且邻近气孔，其中抽气元件用以透过气孔将一气体抽入第一壳体。热交换模组配置于第一壳体内，用以加热气体，其中在气体流经热交换模组而被加热之后，至少部分气体流经燃料电池、电池模组。

Description

供电装置
【技术领域】
本发明关于一种供电装置，且特别是关于一种应用燃料电池的供电装置。
【背景技术】
燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种利用化学能转换为电能的发电装置，与传统发电方式比较之下，燃料电池具有低污染、低噪音、高能量密度以及较高的能量转换效率等优点，是极具未来前瞻性的干净能源，可应用的范围包括携带式电子产品、家用发电***、运输工具、军用设备、太空工业以及小型发电***等各种领域。
各类燃料电池依其运作原理及操作环境的不同而有不同的应用市场，在可移动式能源上的应用主要是以质子交换膜燃料电池(Proton ExchangeMembrane fuel Cell，PEMFC)及直接甲醇燃料电池(Direct Methanol FuelCell，DMFC)为主，两者皆属于使用质子交换膜进行质子传导机制的低温启动型燃料电池。此类质子交换膜燃料电池操作原理为氢气在阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H+)以及电子(e-)(PEMFC原理)，或甲醇与水在阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H+)、二氧化碳(CO2)以及电子(e-)(DMFC原理)，其中氢离子可以经由质子传导膜传递至阴极，而电子则经由外部电路传输至负载作功之后再传递至阴极，此时供给至阴极端的氧气会与氢离子及电子于阴极触媒层进行还原反应并产生水。
由于燃料电池在上述反应过程会产生水，因此若在负温的环境下(如温度在0℃以下的高山、极地等低温环境)进行燃料电池的启动或操作，可能会在质子交换膜的表面发生结冰的情况，造成质子交换膜被冰刺穿而有所损坏。此外，燃料电池化学产氢的反应物若为水，水在负温时会结冰，而造成无法与其他反应物进行产氢反应的结果。
中国台湾专利编号TW I255577揭露一种燃料电池模组，其利用风扇将热空气导引至燃料电池的阴极端。美国专利编号US 20090253092揭露一种热产生器，其燃烧器、热交换器及燃料电池模组容置于一壳体内。美国专利编号US 7470479揭露一种燃料电池***，其热交换器所加热的空气被引导至燃料电池。美国专利编号US 20080118787揭露一种燃料电池，其顶盖用来加热致冷盖板的致冷器。
【发明内容】
本发明提出一种供电装置，其燃料电池可在负温环境下正常运作。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明之一实施例提供一种供电装置，包括一第一壳体、一第二壳体、一电池模组、一抽气元件及一热交换模组。第一壳体具有一气孔。第二壳体配置于第一壳体内，其中第二壳体内具有一燃料电池。电池模组配置于第一壳体内，其中燃料电池与电池模组用以相互供电。抽气元件配置于第一壳体内且邻近气孔，其中抽气元件透过气孔将气体抽入第一壳体。热交换模组配置于第一壳体内，用以加热气体，其中在气体流经热交换模组而被加热之后，至少部分气体流经燃料电池、电池模组。
基于上述，在本发明的上述实施例中，被热交换模组加热后的气体流经燃料电池、电池模组，而使燃料电池及电池模组在较高的温度下进行供电。藉此，可避免燃料电池内产生结冰现象而影响其正常运作，且电池模组藉由较高的温度而提升供电效率，以使供电装置可在高山、极地或其它负温环境下进行正常供电。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
图1为本发明一实施例的供电装置的示意图。
图2为图1的供电装置内气体流动的示意图。
图3为本发明另一实施例的热交换模组的示意图。
图4为本发明另一实施例的热交换模组的示意图。
图5为本发明另一实施例的热交换模组的示意图。
100：供电装置
110：第一壳体
112：气孔
114：泄气阀
116：排气口
120：第二壳体
122：燃料电池
122a：发热元件
130：电池模组
140：抽气元件
150、250、350、450：热交换模组
152、252、352、452a～452c：加热片
154、254、354、454：隔板
160：燃料储存匣
P1～P7：路径
【具体实施方式】
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的多个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
图1为本发明一实施例的供电装置的示意图。图2为图1的供电装置内气体流动的示意图。请参考图1及图2，本实施例的供电装置100包括一第一壳体110、一第二壳体120、一电池模组130、一抽气元件140及一热交换模组150。第一壳体110具有一气孔112。第二壳体120配置于第一壳体110内，且第二壳体120内具有一燃料电池122。电池模组130配置于第一壳体110内，电池模组130用以对燃料电池122进行供电，以提供燃料电池122初期运作所需电力。燃料电池122反应产生电能之后亦可对电池模组130进行供电，使电池模组130维持足够的电量。
抽气元件140例如为风扇且配置于第一壳体110内而邻近气孔112。抽气元件140透过气孔112用以将气体(如：外界的空气)透过112沿路径P1抽入第一壳体110内。由于本实施例中的第一壳体110与第二壳体120并非完全紧靠贴合，且在第一壳体110与第二壳体120之间存在有一定的空间可作为气体流通的通道，故进入第一壳体110内的气体可在第一壳体110内与第二壳体120之间流动。热交换模组150配置于第一壳体110内，当气体沿路径P2经过热交换模组150而被加热之后，部分气体会沿路径P3流经燃料电池122，接着沿路径P4流经电池模组130，最后沿路径P5流至抽气元件140而继续流动。
在上述配置方式之下，气体被热交换模组150加热之后可依序流经燃料电池122、电池模组130及抽气元件140，而使燃料电池122及电池模组130在较高温度的环境下进行供电，且气体在抽气元件140的作用下能不断地被循环加热，确保供电装置100内处于非负温状态。藉此，可避免燃料电池122内产生结冰现象而影响其正常运作，且电池模组130藉由较高的温度而提升供电效率，以使供电装置100可在高山、极地或其它负温环境下进行正常供电。
本发明不对第一壳体110内与第二壳体120内的温度的上升幅度加以限制。举例来说，为了避免燃料电池122内产生结冰现象，热交换模组150需将所述气体加热至足够高的温度，以使第一壳体110内与第二壳体120内的温度能够从低于摄氏0度上升至高于摄氏0度。为了进一步提升燃料电池122与电池模组130的供电效率，可藉由热交换模组150将所述气体加热至更高的温度，以使第一壳体110内与第二壳体120内的温度能够上升至摄氏5度或其它适当温度值以上。此外，本发明不对气体的流动方式加以限制，在气体沿路径P4流经电池模组130之后，部分气体可沿路径P6进入第二壳体120内，然后沿路径P3流出第二壳体120。
详细而言，本实施例的第一壳体110的材质包括如泡棉或保丽龙等保温材料，以使第一壳体110内的温度不致因外界的低温而快速下降。在其它实施例中，第一壳体110内亦可设置真空层，以降低与外界热交换的速度，进一步避免第一壳体110内的温度因外界的低温而快速下降。
此外，本实施例的第一壳体110具有一泄气阀114，第一壳体110内的气体可透过泄气阀114被排至外界，以调整该第一壳体110内的气压，避免第一壳体110内的压力过大而使外界的气体(如空气)难以被抽气元件140抽入第一壳体110。另外，第一壳体110更具有一排气口116，排气口116连通第二壳体120，燃料电池122反应后所剩余的气体可透过排气口116被排至外界。在其它实施例中，第一壳体110亦可在泄气阀114处设置排气口以取代泄气阀114，且更可于所述排气口设置透气不透液膜，以避免外界的液体进入供电装置100内而影响其正常运作。
如图1及图2所示，本实施例的热交换模组150包括两加热片152及多个隔板154。这些隔板154配置于两加热片152之间，以在两加热片152之间构成流道。所述气体沿路径P2流经所述流道以藉由两加热片152获得充分的加热。然而本发明不以图1及图2为限，于其他实施例中，热交换模组可包括一或多个加热片，并视实际的需求来将多个隔板配置于加热片的一侧或是两侧边，以下藉由图式对此加以举例说明。
图3为本发明另一实施例的热交换模组的示意图。请参考图3，本实施例的热交换模组250包括两加热片252及一隔板254，隔板254配置于两加热片252之间，以在两加热片252之间构成流道。
图4为本发明另一实施例的热交换模组的示意图。请参考图4，本实施例的热交换模组350包括一加热片352及多个隔板354，一部分隔板354配置于加热片352的一侧，另一部分隔板354配置于加热片352的另一侧，以在加热片352的两侧构成流道。
图5为本发明另一实施例的热交换模组的示意图。请参考图5，本实施例的热交换模组450包括三加热片452a～452c及多个隔板454，部分隔板454配置于加热片452a及加热片452b之间以在加热片452a及加热片452b之间构成流道，另一部分隔板454配置于加热片452b及加热片452c之间以在加热片452b及加热片452c之间构成流道。
如图2所示，本实施例的燃料电池122包括一发热元件122a。在燃料电池122反应的过程中，发热元件122a会产生热能，所述气体沿路径P3流动时会流经发热元件122a而进一步被加热，藉以利用燃料电池122本身运作时产生的热能来增加供电装置100内的温度。
本实施例的燃料电池122例如为质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane fuel Cell，PEMFC)、甲醇燃料电池(Direct MethanolFuel Cell，DMFC)或固态氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)，本发明不对燃料电池122的种类加以限制。此外，本实施例的电池模组可包括锂电池(lithium ion battery)、磷酸锂铁电池(LiFePO4 Battery)、铅酸电池(lead-acid battery)、镍氢电池(nickel-metal hydride battery)或干电池(dry battery)。
如图2所示，本实施例的供电装置100更包括至少一燃料储存匣160(绘示为三个)。燃料储存匣160配置于第一壳体110内且用以提供燃料电池120反应所需燃料。举例来说，各燃料储存匣160例如为储氢匣，用以存放燃料电池120反应所需氢气或产氢的反应物。气体在沿路径P3流出第二壳体120之后，部分气体可沿路径P7流经燃料储存匣160并到达抽气元件140。流经燃料储存匣160的气体会增加燃料储存匣160的温度，以使燃料储存匣160供给至燃料电池122的燃料具有较高的温度，提升燃料电池122的反应效率。
本发明不对第一壳体110内各构件的配置位置加以限制。可对第二壳体120、电池模组130、抽气元件140、热交换模组150及燃料储存匣160的相对位置加以适当安排，并在第一壳体110内的适当位置设置适当数量的挡板或其它气流导引结构，以使气体随着抽气元件140的作用以上述方式在第一壳体110内循环流动。
综上所述，在本发明的上述实施例中，被热交换模组加热后的气体流经燃料电池、电池模组、燃料储存匣及抽气元件，而使燃料电池及电池模组在较高的温度下进行供电，且气体在抽气元件的作用下而不断地循环加热，确保供电装置内处于非负温状态。藉此，可避免燃料电池内产生结冰现象而影响其正常运作，且电池模组藉由较高的温度而提升供电效率，并让燃料储存匣供给至燃料电池的燃料具有较高的温度以提升燃料电池的反应效率，而使供电装置可在高山、极地或其它负温环境下进行正常供电。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。

Claims (14)

1.一种供电装置，包括：
一第一壳体，具有一气孔；
一第二壳体，配置于该第一壳体内，其中该第二壳体内具有一燃料电池；
一电池模组，配置于该第一壳体内，其中该燃料电池与该电池模组用以相互供电；
一抽气元件，配置于该第一壳体内且邻近该气孔，该抽气元件用以透过该气孔将一气体抽入该第一壳体
一热交换模组，配置于该第一壳体内，用以加热该气体，其中在该气体流经该热交换模组而被加热之后，至少部分该气体流经该燃料电池、该电池模组。
2.如权利要求1所述的供电装置，其中该供电装置还包括一通道，该通道形成于该第一壳体与该第二壳体之间，该气体经由该通道流经该热交换模组、该燃料电池、该电池模组。
3.如权利要求1所述的供电装置，其中该第一壳体具有一泄气阀，该第一壳体内的该气体透过该泄气阀被排至外界以调整该第一壳体内的气压。
4.如权利要求1所述的供电装置，其中该第一壳体具有一排气口，该排气口连通该第二壳体，该燃料电池反应后所剩余的气体透过该排气口被排至外界。
5.如权利要求1所述的供电装置，其中该第一壳体的材质包括保温材料。
6.如权利要求1所述的供电装置，其中该燃料电池为质子交换膜燃料电池、甲醇燃料电池或固态氧化物燃料电池。
7.如权利要求1所述的供电装置，其中该燃料电池包括一发热元件，该气体流经该发热元件而被加热。
8.如权利要求1所述的供电装置，其中该电池模组包括锂电池、磷酸锂铁电池、铅酸电池、镍氢电池或干电池。
9.如权利要求1所述的供电装置，其中该抽气元件为一风扇。
10.如权利要求1所述的供电装置，其中该热交换模组包括：
至少一加热片；以及
至少一隔板，该至少一隔板构成一流道，其中该气体流经该流道以被该至少一加热片加热。
11.如权利要求10所述的供电装置，其中该至少一加热片的数量为二，该至少一隔板配置于该二加热片之间。
12.如权利要求1所述的供电装置，其中还包括至少一燃料储存匣，该燃料储存匣配置于该第一壳体内且用以提供该燃料电池反应所需燃料。
13.如权利要求12所述的供电装置，其中该燃料储存匣为一储氢匣。
14.如权利要求12所述的供电装置，其中该气体经过该热交换模组而被加热之后，部分该气体流经该燃料电池、该燃料储存匣及该抽气元件。
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