燃料电池系统的燃料反应控制装置及其燃料反应控制方法

摘要

本发明是一种燃料电池系统的燃料反应控制装置，其包括一外层开关机构、一燃料电池系统，以及进一步包括一隔离层。外层开关机构用以控制外界的空气是否能够流通至燃料电池系统。燃料电池系统是夹置于隔离层与外层开关机构之间，并包含一转接环及一燃料补充装置。隔离层用以隔绝燃料电池系统在电化学反应中产生的热，以及隔离燃料电池系统在电化学反应中产生的水蒸气。当燃料补充装置插置于转接环时，则使外层开关机构处于开启状态，而当燃料补充装置拔离于转接环时，则使外层开关机构处于关闭状态。

说明书

技术领域

本发明是关于燃料电池及其控制方法，尤指一种燃料电池系统的燃料反应控制装置，以控制外界空气是否得以进入至燃料电池系统，及该燃料电池系统的燃料反应控制方法。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应将化学能直接转化成低压直流电能的装置。燃料电池是由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成。以氢氧燃料电池为例，当阳极和阴极连接负载时，氢在阳极氧化，氧气在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电能而驱动负载工作。燃料电池与一般干电池的不同点是，只要保持燃料供应，电池就会不断工作提供电能，而且电池反应的最终产物仅止于水，对环境不会造成任何污染情况。燃料电池有多种结构，可以通过材料、组成形式及大小进行区别，并且它们通过化学反应提供由空气中的氧气与氢气的质子相结合。以下所述将记载标准的DMFC中甲醇水溶液为燃料做阳极端，另一端阴极端则强迫空气中氧进入，其中央可用Nafion材料或聚合物电解膜(PEM)的质子导电膜分开，质子可穿过的膜。核心部是以电解质将电极(阴极和阳极)互相分开，电解质可以是离子导电液体，也可以是酸、碱液、陶瓷或膜。这些材料能够阻止电极(阳极和阴极)直接发生化学反应，膜对分子和电子有阻碍作用，而质子能穿过，使燃料电池不断地从电极中得到补充，这类电池非常适合用于微型及小型设备。

燃料电池的阳极反应时从氢分子中产生自由的电子和质子。电解质在其中起催化作用。阴极消耗自由电子，为了发生电子化学反应，由阳极产生的自由电子必须通过外围的电流从阳极流向阴极。此时，电子和穿过膜而来到的质子及输入的氧气结合，形成水分子。大多数燃料电池都从空气中取得氧气，所产生的反应热和残余气体即水份通过风扇不断排出。为取决电力的需求可由若干块电池产生所谓的堆栈效果，当然可以用串联以获得较高的电压或用并联以获得较高的电流的方式连接。

以直接甲醇燃料电池系统为例，其需补充甲醇燃料，以便直接甲醇燃料电池系统进行电化学反应的所需。当补充甲醇燃料或是甲醇燃料耗尽时，则让直接甲醇燃料电池系统停止电化学反应，以便补充甲醇燃料，当甲醇燃料补充后，则让该直接甲醇燃料电池系统进行电化学反应。在公知技术中停止或是进行电化学反应，均需使用者进行相关的操作，这在使用上，增加使用者许多不方便之处，所以公知燃料电池系统使用方法及设计仍有诸多缺点而有予以改进的必要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料电池系统的燃料反应控制装置，能够依使用者需求执行停止或是进行电化学反应相关的操作，以增加使用燃料电池系统的便利性。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池系统的燃料反应控制方法，使得依据本发明方法所实施的燃料反应控制装置，能够自动地执行停止或是进行电化学反应相关的操作，以增加使用燃料电池系统的便利性。

依据本发明上述目地，本发明提出一种燃料电池系统的燃料反应控制装置包括：一燃料电池系统，夹置于一隔离层与一外层开关机构之间，包含一转接环及一燃料补充装置；外层开关机构用以控制外界的空气是否能够流通至燃料电池系统；以及进一步包括该隔离层，用以隔绝燃料电池系统在电化学反应中产生的热传递至笔记型计算机的显示面板，以及用以隔离燃料电池系统在电化学反应中产生的水蒸气逸出至笔记型计算机的显示面板；其中，当燃料补充装置插置于转接环时，外层开关机构处于开启状态，而当燃料补充装置拔离于转接环时，外层开关机构处于关闭状态。

依据本发明的上述另一目地，本发明提出一种燃料电池系统的燃料反应控制方法，包括下列步骤：提供一个夹置于一隔离层与一外层开关机构之间的燃料电池系统，其包含一转接环及一燃料补充装置；提供外层开关机构，其用以控制外界的空气是否能够流通至燃料电池系统；以及当燃料补充装置插置于转接环时，控制外层开关机构处于开启状态，当燃料补充装置拔离于转接环时，控制外层开关机构处于关闭状态。再者，进一步包括：提供隔离层用以隔绝该燃料电池系统在电化学反应中产生的热，以及用以隔离燃料电池系统在电化学反应中产生的水蒸气的步骤；

由于本发明设计新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效的优点

附图说明

图1显示本发明燃料电池系统的燃料反应控制装置的分解结构图。

图2是本发明燃料电池系统的燃料反应控制方法的流程图。

图3A至图3B是显示本发明燃料电池系统的燃料反应控制装置的动作示意图。

图4A至图4B是显示外层开关机构关闭/开启状态的动作示意图。

图中

100  燃料反应控制装置

110  隔离层

120  燃料电池系统

120  直接甲醇燃料电池系统

121  燃料槽/流道构件

122  膜电池组

123  转接环

124  燃料补充装置

125  传动组件

126  前端

130  外层开关机构

130  百叶窗结构

131  叶片

132  前端

具体实施方式

图1显示本发明燃料电池系统的燃料反应控制装置的分解结构图。燃料反应控制装置100可以运用在电子产品的内部，例如将燃料反应控制装置100内置贴靠在笔记型计算机的显示面板。燃料反应控制装置100主要包括有一隔离层110、一燃料电池系统120以及一外层开关机构130。燃料电池系统120系夹置于隔离层110与外层开关机构130之间，以提供电子产品所需的电力，而燃料电池系统120主要组成构件包含一燃料槽/流道构件121、一膜电池组122、一转接环123、一燃料补充装置124、一传动组件125及一前端126。

以一直接甲醇燃料电池系统作为燃料电池系统120的范例说明，燃料槽/流道构件121的主要功能为置放甲醇燃料，以及提供甲醇燃料与反应气体的信道。转接环123系设置在燃料槽/流道构件121上端，以搭接燃料补充装置124。膜电池组122系为直接甲醇燃料电池系统120的核心组件，主要是进行电化学反应的地方。

隔离层110的一侧面是与电子产品的内部结构接触，承上例说明，例如接触笔记型计算机的显示面板，而隔离层110的另一侧面则与直接甲醇燃料电池系统120连接接触。隔离层110的第一项功能系隔绝直接甲醇燃料电池系统120在电化学反应中所产生的热，以避免所产生的热传递至电子产品，确保电子产品能够正常运作。隔离层110的第二项功能系隔离直接甲醇燃料电池系统120在电化学反应中产生的水蒸气，防止水蒸气逸出到电子产品。为了要确实隔离直接甲醇燃料电池系统120的水蒸气进入至电子产品，隔离层110的材质最好是采用聚苯乙烯塑料、复合材料或者是其它能够有效隔绝热与水的材料等等。

外层开关机构130除了保护隔离直接甲醇燃料电池系统120不受碰触以外，其主要的功能乃是控制外界的空气，控制其是否能够流通至直接甲醇燃料电池系统120。直接甲醇燃料电池系统120的阳极反应如下：

阴极反应如下：

总反应如下：

       

从观察以上反应式可发现，若氧气供应中断，则直接甲醇燃料电池系统120的电化学反应就无法进行，因此本发明在直接甲醇燃料电池系统120的阴极外层，设置外层开关机构130，而外层开关机构130的实施方式，例如采用类似百叶窗结构130。在需要直接甲醇燃料电池系统120反应时，则开启百叶窗的复数个叶片131，使直接甲醇燃料电池系统120的阴极，能够充分得到空气中的氧气补充，在不需要直接甲醇燃料电池系统120反应时，则关闭百叶窗的叶片131来隔绝直接甲醇燃料电池系统120的阴极与外界空气的接触。作为本发明外层开关机构130具体实现的百叶窗，其叶片131可以视需要选择开启角度，例如0度90度之间，若完全关闭则为0度，完全开放时则为90度。若考虑到在完全开启叶片131的情况下，外界空气供应速率仍可能发生不足的现况，则百叶窗结构130进一步设置至少一个以上的进气风扇，例如电风扇或鼓风器等等，用来加速外界的空气流通至直接甲醇燃料电池系统120。

燃料补充装置124是作为储存及补充甲醇燃料，以提供直接甲醇燃料电池系统120所需的燃料。燃料补充装置124所采用的形状可为圆柱型、长方体、或是多边形柱体，而采用的材质可为塑料、高分子材料、或是不会与甲醇燃料产生化学反应的材料。再者，燃料补充装置124具有前端126，其是用以嵌入转接环123。转接环123系设置在燃料槽/流道构件121上端，其具有传动组件125，以当燃料补充装置124插置于转接环123其上时，传动组件125开启外层开关机构130。

图2是本发明燃料电池系统的燃料反应控制方法的流程图。首先，在步骤S210中，燃料电池系统120的阴极被外层开关机构130遮盖住，呈现与外界空气隔绝状态。在步骤S220中，燃料补充装置124插置于燃料槽/流道构件121上的转接环123，其前端126并推动传动组件125。在步骤S230中，传动组件125受到燃料补充装置124的前端126推挤后，进而推挤外层开关机构130的前端132，再由前端132推挤外层开关机构130，而将外层开关机构130转变成开启状态。图3A至图3B是显示本发明燃料电池系统的燃料反应控制装置的动作示意图，图3A所显示的外层开关机构130是表示为关闭状态，若经由传动组件125动作，而使外层开关机构130变成如图3B所示的开启状态。图4A至图4B是显示外层开关机构关闭/开启状态的动作示意图。在步骤S240中，由于外层开关机构130已处于开启状态，故直接甲醇燃料电池系统120的阴极得与空气接触，直接甲醇燃料电池系统120开始进行电化学反应。

在步骤S250中，燃料补充装置124拔离燃料槽/流道构件121上端的转接环123，燃料补充装置124的前端126往上移动，并与传动组件125失去接触，即从图3B的状态转换到图3A的状态。在步骤S260中，传动组件125失去与燃料补充装置124的前端126接触后，进而使外层开关机构130的前端132回复至原先位置，而使外层开关机构130变成关闭状态，即从图4B的状态转换到图4A的状态。在步骤S270中，由于外层开关机构130已处于关闭状态，故直接甲醇燃料电池系统120的阴极不再与空气接触，直接甲醇燃料电池系统120停止进行电化学反应。

由上述说明可知，藉由传动组件125及相关机构，本发明可在燃料补充装置124插置于燃料槽/流道构件121上时，使得外层开关机构130处于开启状态，让直接甲醇燃料电池系统120开始进行电化学反应。而当燃料补充装置124拔离于燃料槽/流道构件121时，使得外层开关机构130处于关闭状态，让直接甲醇燃料电池系统120停止进行电化学反应。

上述较佳具体实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的保护范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。