TWI304280B - Fuel cell and fuel supply module - Google Patents

Description

1304280 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種燃料傳輸模組，特別關於一種應用於燃料 電池之燃料傳輸模組。 【先前技術】 麟電池係為-糊化學能紐轉換為電能的發電裝置， • 與傳統發電方式比較，燃料電池具有低污染、低噪音以及高能量 # 轉換效率等優點，且由於燃料電池係直接由燃料氧化產生電能， 因此其放電電流可以隨著燃料供應量增加而增大，且只要持續供 給燃料及氧氣，便可持續發電，因此沒有電力衰竭及充電的問題， 而成為極具前瞻性的乾淨能源。 依據電解質之不同，目前發展中的燃料電池可區分為鹼液型 燃料電池（AFC)、磷酸型燃料電池（PAFc)、熔融碳酸鹽型燃料 電池（MCFC)、固態氧化物型燃料電池（s〇FC)及質子交換膜型 燃料電池（PEMFC)等。 •以下係以質子交換膜型燃料電池為例說明，請參照圖丨所示， 一種習知之燃料電池1係包括一基座10、至少一膜電極組11 : (Membrane-Electrode Assembly, MEA)、一供應通道 12 以及一排 出通道13 ’其中膜電極組11係包括一第一電極in、一質子交換 膜 112 (proton exchange membrane，PEM)及一第二電極 η3 依序 形成於基座10之一表面，供應通道12與排出通道13係設置於基 座10内’分別與膜電極組11連通’以質子交換膜型燃料電池之 直接曱醇燃料電池（direct methanol fUel cell，DMFC)為例，曱醇 20605-CP-TW-060306-發明專利說明書七巧^沉 1304280 燃料由供應通道12供應，於第—電極m進行氧化反應，產生氫 離子（H+)電子（e_)及二氧化碳（c〇2)，氫離子可經由質子交 換膜112傳遞至第二電極113，電子則可經由連結第一電極出之 外部電路傳輸至負載作功之後再傳遞至第^極ιΐ3，而供給至第 :電極113的氧氣（〇1)會與氫離子及電子於第二電極出進行 ，原反應並產生水*例如二氧化碳等廢棄物則由排$通道I;排 為達到較商之操作電壓，一般係串聯複數燃料電池形成一燃 料電池模組，姻縣射式不同可分為轉型（缝❼卿 =型（pan曰d)。然而’由於習知結構之複雜度，不易組裝與大量生 ，且重量及厚度無法進__步薄化，因此不利於輕量 之產品應用。 i化 有鑑於此，如何提供—種結構簡單，且符合輕量化與小型化 趨勢之燃料電池及其簡傳輸模組，實為#今重要課題之一。 【發明内容】 有鏜於上述課題，本發明之目的為提供—種結構簡單， 5輕量，與小型化趨勢之祕電池及其燃料傳輸模組。 緣疋’為達上述目的，依據本發明之—種 於-燃料電池，該燃料傳輸模組包括一第一基板、一第= 2隔板。該第一基板係具有一反應區;該第二基板:二 J：應通道及—排出通道，該供應通道與該排出通道連通該反應 ^該分隔板係設置於該第—基板與該第二基板之間，並具有二 一通孔及-第二通孔，該供應通道及該反應區藉由該第一通孔 1 〇6〇5-CP-TW—_3〇6囔明專利說明書_邮如 1304280 連通，該排出通道及該反應區藉由該第二通孔連通。 為達上述目的，依據本發明之一種燃料電池包括一燃料傳輸 模組以及至少一膜電極組。該燃料傳輸模組係包括一第一基板、 一第二基板及一分隔板；該第一基板係具有一反應區；該第二基 板係具有一供應通道及一排出通道，該供應通道與該排出通道連 一 通該反應區；該分隔板係設置於該第一基板與該第二基板之間， 、 並具有一第一通孔及一第二通孔，該供應通道及該反應區藉由該 • 第一通孔連通，該排出通道及該反應區藉由該第二通孔連通；該 膜電極組係與該燃料傳輸模組連結。 承上所述，因依據本發明之一種燃料電池及其燃料傳輸模組 係藉由多層結構並配合簡單之通道設計，使燃料由供應通道進 入，傳輸至反應區進行反應，而反應後之廢棄物或燃料則可藉由 排出通道排放或回收再利用。與習知技術相較，本發明具有更簡 單之結構，因此利於大量生產，當欲組裝複數燃料電池以增加操 作電壓時，僅需藉由例如增加反應區與複數膜電極組分別連結， 藝即可達到燃料電池模組化之目的，並進而符合輕量化與小型化之 趨勢，擴大燃料電池之應用。 。【實施方式】 _ 以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之一種燃 料電池及其燃料傳輸模組。 請參照圖2與圖3所示，依據本發明較佳實施例之一種燃料 傳輸模組20包括一第一基板21、一第二基板22以及一分隔板23。 本實施例中，該燃料傳輸模組20係可用於一燃料電池，其中該第 20605-CP-TW-060306-發明專利說明書-DlF.dcx 1304280 一基板21、該第二基板22或該分隔板23之材質係為陶瓷，例如 但不限於低溫陶瓷共燒基板（LTCC)。 該第一基板21係具有一反應區211，該反應區211係可為一 通道（如圖2所示）或是一腔室（如圖3所示），其中該通道係可 為一蛇行通道，但不以此為限。 該第二基板22係具有一供應通道221及一排出通道222，該 • 供應通道221具有一第一端2211與一第二端2212，該排出通道 φ 222具有一第三端2221與一第四端2222。 該分隔板23係設置於該第一基板21與該第二基板22之間， 並具有一第一通孔231及一第二通孔232，在本實施例中，該第一 通孔231係相對該供應通道221之該第二端2212設置，該二通孔 232係相對該排出通道222之該第三端2221設置，更詳細說，該 L應通道221之該第一端2211係可為一燃料入口，該燃料由該燃 料入口進入該供應通道221後，藉由該第一通孔231而可與該反 應區211連通，而反應生成物則可藉由該第二通孔幻2與該排出 通道222連通。其中，該燃料係可為一氣體或是一液體。 一本實知例之燃料傳輸模組20更包括一致動元件24,係鄰設於 :該供應通道221以推動燃料以一方向D流動，如圖2所示，該致 動元件24係设置於或供應通道221之至少一内侧。其中，該致動 兀件24係可為—微型幫浦包括—壓電元件，藉由該壓電元件之形 變造成橋動效果以推動該供應通道221中之燃料前進。 如圖3所示，在本實施例中，該第二基板22更包括一容置區 223 4谷置區223係可為一腔室以作為一燃料儲槽，用以容置大 20605-CP-TW-060306-發明專利說明書-DlF.doc 1304280 量之燃料進入，該供應通道221係連結該容置區如之 動燃料之該致動元件24係可設置於該容置區223之—外側，如上 所述，該致動元件24係可為-壓電元件，且該壓電树係可為一 膜片式壓電餅，藉由該壓電元件之形，動—_(di_^ 形變來改變該容置區223内義力，以達到推動該容置區從内 之燃料前進的目的。另外’該排出通道222亦可連通於該容置區 223，以利反應生成物之回收再利用。 如圖2與圖3所示，該供應通道221之至少一部分的口徑係 朝内漸縮，更詳細說’該供應通道221係可在該致動元件％設置 位置之前後部分的π飾罐之流動方向D賴，明加燃=之 本實施例之燃料傳輸模組20更包括至少一感測元件25,該感 測元件25係可設置於該分隔板23上，又，該感測元件^亦可設 置於該排出通道222 (如圖4所示）之至少一内側上，但此僅為舉 例並不以此為限’該感測元件25亦可設置於該供應通道221之至 少-内侧上（圖未顯示）’其中’該感測耕25可為溫度感測元 件、濃度感測元件或壓力感測元件。 此外，本實施例之燃料傳輸模組2〇的該分隔板23亦可設置 有一訊號傳導線路250,以回饋控制燃料之溫度、濃度或壓力等。 另外，請參照圖5所示，依據本發明較佳實施例之一麵料 電池2包括一燃料傳輸模組20以及至少一膜電極組。 該燃料傳輸模組20係包括一第一基板21、一第二基板22及 一分隔板23，且本實施例之該燃料傳輸模組2〇更包括一致動元件 2〇6〇5-CP-TW-〇6〇3〇6-發明專利說明書 _D1F d〇c J304280 24，該第二基板22更包括一容置區223，由於本實施例之該第一 基板21 A第_基板22、該分隔板23、該致動元件24及該容置 區223之設置關係、結構特徵、材質與功能特徵皆如上相同元件 所述，故不再贅述。 该第一基板21之該反應區211係鄰設有耐餘性之金屬電極 - (圖未顯示），舉例來說，金屬電極可設置於如圖3所示之腔室反 : 應區之周圍或是如圖2所示之通道反應區之通道之間。 • °亥膜電極組30係由該第一基板21承載’而與該燃料傳輸模 組20連結，該膜電極組30係包括一第一電極31、一薄膜％及一' 第二電極33依序組合而成，其中該薄膜32係為一質子交換膜， 在本實施例中，該第-電極31係可作為陽極，為燃料注入端，該 第二電極33則可作為陰極，為氧氣注入端。 / 而為使本發明之内容更容易瞭解，以下係以直接甲醇燃料電 池為例說明。一甲醇燃料係由該供應通道221之該第一端22丨丨注 人’經由該致動元件24之作動推動該曱醇燃料往該方向D前進， 穿過該分隔板23之該第-通孔231進入該反應區2ιι，於該膜電 極組30之該第-電極31進行氧化反應，產生氮離子、電子及二 '氧化碳，其中電子係由該金屬電極導出至該第二電極33,氫離; -則經由該薄膜32傳遞至該第二電極33,氫離子與電子貝恤供_ 第二電極33之氧氣於該第二電極33進行還原反應並產生水= 反應後之燃料或廢棄物例如二氧化碳則可經由該分隔板^之 二通孔2贱入該排出通道222，分別回收再利用或直接排出4 中可藉由設置於該供應通道22卜該排出通道從或該分隔板- -10- 20605-CP-TW-060306_發明專利說明書撕如 1304280 上之該等感測元件25感測燃料之溫度、濃度與壓力，並可藉由該 分隔板23上之該訊號傳導線路進行信號回饋控制。 為獲得較高之操作電壓，本實施例之該燃料電池2係可採平 面式或立體式串聯形成一燃料電池模組，於此，可藉由大容積之 該容置區223以對應複數個反應區211設置，是以複數個膜電極 — 組30則可分別對應該等反應區211設置，並彼此串聯形成平面式 - 燃料電池模組結構。另外，亦可於該第一基板21上依序堆疊該膜 • 電極組30、該分隔板23與該第一基板21，並彼此串聯形成立體 式燃料電池模組結構。 綜上所述，因依據本發明之一種燃料電池及其燃料傳輸模組 係藉由多層結構並配合簡單之通道設計，使燃料由供應通道進 入，傳輸至反應區進行反應，而反應後之廢棄物或燃料則可藉由 排出通道排放或回收再利用。與習知技術相較，本發明具有^簡 單之結構，因此利於大量生產，當欲組裝複數燃料電池以增加操 作電壓時，僅需藉由例如增加反應區與複數膜電極組分別連結， •即可達到燃料電池模組化之目的，並進而符合輕量化與小型^之 趨勢，擴大燃料電池之應用。 m所述僅為舉例性’而非為限制性者。任何未脫離本發明 之精神絲4 ’而對其進行之等效修改樣更，均應包含於後附 之申請專利範圍中。 ' 【圖式簡單說明】 圖1為一種習知之燃料電池的示意圖； 圖2為依據本發明較佳實施例之一種燃料傳輸模組的示咅圖· -11- 20605 CP-TW-〇6〇3〇6·月專利翻書柳— 1304280 圖3為依據本發明另一較佳實施例之一種燃料傳輸模組的示意圖； 圖4為依據本發明再一較佳實施例之一種燃料傳輸模組的示意 圖，以及 圖5為依據本發明較佳實施例之一種燃料電池的示意圖。 【主要元件符號說明】

卜2 燃料電池 2212 第二端 10 基座 2221 第三端 U、30 膜電極組 2222 第四端 in、31 第一電極 223 容置區 112 質子交換膜 23 分隔板 113、33 第二電極 231 第一通孔 12、221 供應通道 232 第二通孔 13、222 排出通道 24 致動元件 20 燃料傳輸模組 25 感測元件 21 第一基板 250 訊號傳導線路 211 反應區 32 薄膜 22 苐二基板 D 方向 2211 第一端 -12- 20605-CP-TW-060306-發明專利說明書-DlF.doc

Claims (1)

1304280 十、申請專利範圍： 1、 —種燃料傳輸模組’係用於一珊電池，該燃料傳輸模組包括： —第一基板，係具有一反應區； 第一基板’係具有一供應通道及一排出通道，該供應通道與 該排出通道連通該反應區；以及 刀Pm板，係设置於該第一基板與該第二基板之間，並具有一 第一通孔及一第二通孔，該供應通道及該反應區藉由該第— 通孔連通，該排出通道及該反應區藉由該第二通孔連通。 2、 如申請專利範圍第丨項所述之燃料傳輸模組，其中該第二基板 更包括一容置區，係連結該供應通道。 3、 如申請專利範圍第2項所述之燃料傳輸模組，其中該排出通道 係連通該容置區。 4、 如申請專利範圍第2項所述之燃料傳輸模組，其中該容置區係 為一腔室或一燃料儲槽。 5、 如申請專利範圍第2項所述之燃料傳輸模組，更包括一致動元 件’係鄰設於該容置區以推動一燃料流動。 6、 如申請專利範圍第5項所述之燃料傳輸模組，其中該致動元件 係設置於該容置區之一外側。 7、 如申請專利範圍第1項所述之燃料傳輸模組，更包括一致動元 件，係鄰設於該供應通道以推動一燃料流動。 8、 如申請專利範圍第7項所述之燃料傳輸模組，其中該致動元件 -13- 20605-CP-TW-060306-發明專利說明書-DlF.doc 1304280 係$又置於该供應通道之至少一内侧。 9、 如申請專利範圍第5項所述之燃料傳輸模組，其中該致動元件 係包括一壓電元件或一微型幫浦。 10、 如中請專利翻第9項所述之燃料傳輸模組，其巾該壓電元 件係為一膜片式壓電元件。 11、 如申請專利範圍第丨項所述之燃料傳輸模組，其中該供應通 道之至少一部分的口徑係朝内漸縮。 12、 如申請專利範圍第1項所述之燃料傳輸模組，更包括至少一 感測元件，其係設置於該分隔板或該排出通道之至少一内側。 13、 如申請專利範娜π項所狀燃料傳輪模組，其巾該感測元 件係為溫度感測元件、濃度感測元件或壓力感測元件。 Η、如申請專利範圍帛η項所述之燃料傳輸模組，其中該感測元 件更進-步包括-訊號傳導線路，用以回饋控制—燃料之溫 度、濃度或壓力。 15、 如申請專利範圍第丨項所述之燃料傳輸模組，其中該反應區 係為一通道或一腔室。 16、 如申請專利範圍第1項所述之燃料傳輸模組，其甲該第一基 板、該第二基板或該分隔板之材質係為陶甍。 17、 如申請專利範圍第16項所述之燃料傳輸模組，其中該第一基 板、該第二基板或該分隔板係為低溫陶兗共燒基板（LTCC)。 18、 一種燃料電池，包括： 14 - 2_5-cp-tw-_306·發明專利說明書棚d〇c 1304280 一燃料傳輸模組’係包括一第一基板、一第二基板及一分隔 板，該第一基板係具有一反應區，該第二基板係具有一供應 通道及一排出通道，該供應通道與該排出通道連通該反應 區’該分隔板係設置於該第一基板與該第二基板之間，並具 有一第一通孔及一第二通孔，該供應通道及該反應區藉由該 第一通孔連通，該排出通道及該反應區藉由該第二通孔連 通；以及 至少一膜電極組，係與該燃料傳輸模組連結。 19、如申請專利範圍第18項所述之燃料電池，其中該膜電極組係 包括一第一電極、一薄膜及一第二電極依序組合而成。 2〇、如申請專利範圍第19項所述之燃料電池，其中該薄膜係為一 質子交換膜。 21、 如申請專利範圍第18項所述之燃料電池，更包括一容置區， 係連結該供應通道。 22、 如申請專利範圍第21項所述之燃料電池，其中該排出通道係 連通該容置區。 23、 如申請專利範圍第21項所述之燃料電池，其中該容置區係為 一腔室或一燃料儲槽。 24、 如申請專利範圍第21項所述之燃料電池，更包括一致動元件， 係鄰設於該容置區以推動一燃料流動。 25、 如申請專利範圍第24項所述之燃料電池，其中該致動元件係 -15 - 20605-CP-TW-060306·發明專利說明書-DlF.doc 1304280 設置於該容置區之一外侧。 26、 如申請專利範圍第18項所述之燃料電池，更包括一致動元件， 係鄰設於該供應通道以推動一燃料流動。 27、 如申請專利範圍第26項所述之燃料電池，其中該致動元件係 設置於該供應通道之至少一内側。 28、 如申請專利範圍第24項所述之燃料電池，其中該致動元件係 為一壓電元件或一微型幫浦。 29、 如申請專利範圍第28項所述之燃料電池，其中該壓電元件係 為一膜片式壓電元件。 30、 如申請專利範圍第18項所述之燃料電池，其中該供應通道之 至少一部分的口徑係朝内漸縮。 31、 如申請專利範圍第18項所述之燃料電池，更包括至少一感測 疋件，其係設置於該分隔板或該排出通道之至少一内侧。 32、 如申請專利範圍第31項所述之燃料電池，其中該感測元件係 為λ度感測元件、濃度感測元件或壓力感測元件。 33、 如中請專利範圍第13項所述之燃料電池，其中該感測元件更 進步包括一訊號傳導線路，用以回饋控制一燃料之溫度、濃 度或壓力。 34、 如申請專利範圍第18項所述之祕電池，其巾該反應區係為 —通道或一腔室。 35、 如申請專利範圍第18項所述之燃料電池，其中該第一基板、 -16- 20605-CP-TW-060306-發明專利說明書-D1 F.doc 1304280 該第二基板或該分隔板之材質係為陶瓷。 36、如申請專利範圍第35項所述之燃料電池，其中該第一基板、 該第二基板或該分隔板係為低溫陶瓷共燒基板（LTCC)。

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