專利名稱：微型化燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種關(guān)于微型化燃料電池系統(tǒng)，用以整合燃料電池的數(shù)種感
測裝置，且特別是透過電路板架構(gòu)(PCB base)所整合的微型化燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
公知的燃料電池有著低污染、燃料本身補(bǔ)充簡單、高能量密度與高能量 轉(zhuǎn)換效率等特點(diǎn)，預(yù)計將是未來的電池主力，尤其是在便攜式電子商品的使 用中，更是具有其重要性。然而，在公知的燃料電池中，小型化與模塊化的 設(shè)計，是這類技術(shù)所不足的。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人有鑒于公知燃料電池的缺點(diǎn)，發(fā)明一種微型化燃 料電池系統(tǒng)，用以提供小型化與模塊化的燃料電池系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)主要目的，是提供一電路板架構(gòu)所整合的微 型化燃料電池系統(tǒng)，借以縮'j、燃料電池的體積。
本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的另一目的，是提供微小化的感測組件，而 達(dá)到小型化的燃料電池。
本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的再一目的，是在電路板架構(gòu)下，用以提供 電氣連接與機(jī)械耦接，而達(dá)到模塊化的燃料電池。
本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的再一目的，是提供一流體驅(qū)動器，用以提 供燃料電池的燃料的循環(huán)。
基于所述本發(fā)明的目的，提供一種微型化燃料電池系統(tǒng)，其包括 一燃 料電池電力生產(chǎn)部，其是用以進(jìn)行燃料的電化學(xué)反應(yīng)而輸出電力； 一電氣傳 輸機(jī)制，其是用以提供該微型化燃料電池系統(tǒng)中的電氣信息傳輸以及電力傳 輸； 一燃料循環(huán)模塊，其是用以儲存并輸送該燃料或該電力生產(chǎn)部電化學(xué)反 應(yīng)后的殘余溶液； 一感測模塊，其是用以偵測該燃料的物理性質(zhì)，并可輸出
對應(yīng)該物理性質(zhì)的電氣信息； 一運(yùn)算模塊，其是依據(jù)該物理性質(zhì)的電氣信息， 選擇且執(zhí)行所對應(yīng)的控制程序；以及一承載體；其中該電力生產(chǎn)部、該電氣 傳輸機(jī)制、該燃料循環(huán)模塊、該感測模塊以及該運(yùn)算模塊是設(shè)置于該承載體 中。
所述的燃料循環(huán)模塊進(jìn)一步具有一流體驅(qū)動器，用以驅(qū)動該燃料流道中 的燃料以及殘余溶液的循環(huán)。其中該流體驅(qū)動器進(jìn)一步包括至少 一單向閥、 一加熱部以及一冷卻部； 一單向閥，其是用以限制流體單向流動的組件；一 加熱部是該燃料流道在該電力生產(chǎn)部附近所形成的區(qū)域，使得該加熱部的流 體受到該電力生產(chǎn)部電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱的加熱；以及一冷卻部是該燃料循 環(huán)模塊在該燃料容器端附近的區(qū)域，使得該冷卻部的流體因?yàn)橄鄬Φ蜏氐沫h(huán) 境而冷卻。另外，可進(jìn)一步增加設(shè)置一加熱器，用以取代該加熱部的作用， 并透過該加熱器加熱該燃料循環(huán)模塊的局部，而產(chǎn)生該燃料循環(huán)模塊中的燃 料流動。
為使熟悉該項(xiàng)技術(shù)人士了解本發(fā)明的目的、特征及功效，茲通過下述具 體實(shí)施例，并配合附圖，對本發(fā)明詳加說明如后。
圖1是顯示本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)組件關(guān)聯(lián)圖； 圖2是顯示本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)一具體實(shí)施例的立體透視圖； 圖3是本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)雙極板的一表面?zhèn)纫晥D； 圖4是本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)的流道板的立體視圖； 圖5是本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)雙極板的另 一表面?zhèn)纫晥D； 圖6是本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)的側(cè)剖視圖； 圖7是顯示本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)的另 一具體實(shí)施例的側(cè)視圖； 圖8是顯示本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)的燃料循環(huán)模塊的局部組件剖視圖； 圖9是顯示本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的再一具體實(shí)施例的流道板立體 視圖。符號說明
電力生產(chǎn)部(l)電氣傳輸機(jī)制(2)
電壓轉(zhuǎn)換器(21)燃料循環(huán)模塊(3)
燃料容器(31)燃沖牛流道(32)
陽極流道(33)流體驅(qū)動器(34)
單向閥(343)力口熱部(34b)
冷卻部(34c)加熱器(34d)
感測模塊(4)濃度計(41)
光感應(yīng)組件(斗la)光源組件(41b)
水位計(42)電容感測組件(42a)
溫度感測組件(43)運(yùn)算模塊(5)
微控制器(51)負(fù)載(6)
承載體(7)第一局部(71)
第二局部(72)流道板(73)
雙極板(74)流道板(75)
雙極板(76)系統(tǒng)外部連接器(8)
燃料注入口(81)燃料輸出口(82)
電氣連接器(83)第一系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9A)
第二系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9B)燃料匣(IO)
燃料輸出口(IOI)燃料注入口(102)
具體實(shí)施例方式
參考圖1所示，其是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)組件關(guān)聯(lián)圖，該
微型化燃料電池系統(tǒng)是具有一電力生產(chǎn)部(l)、 一電氣傳輸機(jī)制(2)、 一燃料循
環(huán)模塊(3)、 一感測模塊(4)以及一運(yùn)算模塊(5)，用以提供該電力生產(chǎn)部(l)運(yùn)作 所需的燃料，并監(jiān)視燃料的濃度、溫度或燃料量等物理性質(zhì)，且可同時控制 該電力生產(chǎn)部(l)輸出對應(yīng)一負(fù)載(6)所需的電力。本發(fā)明的微型化燃料電池系 統(tǒng)中，該燃料電池的電力生產(chǎn)部(l)是具有觸媒物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換器，且可用以 和富氫燃料以及氧燃料同時進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，并進(jìn)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能輸 出，例如直接曱醇燃料電池是可使用以杜邦的Nafion膜提供進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的 媒介，并可進(jìn)行甲醇溶液與氧氣體的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力輸出；該電氣傳 輸機(jī)制(2)是提供將該電力生產(chǎn)部(l)的電力傳輸至外部的該負(fù)載(6)中；該燃料 循環(huán)模塊(3)是用以儲存并輸送該電力生產(chǎn)部(l)運(yùn)作所需的燃料或該電力生產(chǎn) 部(l)電化學(xué)反應(yīng)后的殘余溶液；該感測模塊(4)是用以偵測該燃料電池的燃料 的濃度、容量或溫度等物理性質(zhì)，且該感測模塊(4)并可輸出對應(yīng)這些物理性 質(zhì)的電氣信息；以及該運(yùn)算模塊(5)是可擷取該感測模塊(4)所回饋(feedback) 的電氣信息，并依據(jù)該回饋的電氣信息執(zhí)行對應(yīng)的控制程序。
參考圖2以及圖3所顯示，圖2是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)一具體實(shí) 施例的立體透視圖，圖3是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)雙極板的一表面?zhèn)纫?圖。本發(fā)明的微型化燃料電池系統(tǒng)進(jìn)一步具有一承載體(7)，該承載體(7)是用 以設(shè)置所述該微型化燃料電池系統(tǒng)的電力生產(chǎn)部(l)、電氣傳輸機(jī)制(2)、燃料 循環(huán)模塊(3)、感測模塊(4)以及運(yùn)算模塊(5)，其中該承載體(7)包括一第一局部 (71)以及一第二局部(72)，該電力生產(chǎn)部(1)是設(shè)置于該承載體(7)的第一局部 (71)，且該電氣傳輸機(jī)制(2)、該燃料循環(huán)模塊(3)、該感測模塊(4)以及該運(yùn)算 模塊(5)是設(shè)置于該承載體(7)的第二局部(72)。再者，該承載體(7)可以是一板 體結(jié)構(gòu)，且該承載體(7)的材質(zhì)可以是選擇FR4基板、FR5基板、環(huán)氧樹酯基 板、玻纖基板、陶瓷基板、高分子塑化基板以及復(fù)合式材料基板中的任一材 質(zhì)。
所述的電氣傳輸機(jī)制(2)是包括該微型化燃料電池系統(tǒng)中的各種電氣連 接，且至少具有一系統(tǒng)外部連接器(8),該系統(tǒng)外部連接器(8)是一電氣介接的
結(jié)構(gòu)，用以提供電氣連接(electric connect)以及才幾構(gòu)耦接(mechanical engagement)至該負(fù)載(6),而達(dá)到該運(yùn)算模塊(5)與該負(fù)載(6)的信息輸出或輸 入，以及達(dá)到將該電力生產(chǎn)部(1)所產(chǎn)生的電力傳輸至該負(fù)載(6)。另外，該系 統(tǒng)外部連接器(8)可進(jìn)一步包括一作為該燃料流道(32)對外連通使用的燃料注 入口(81)與燃料輸出口(82)，以及包括一電氣連接器(83)用以提供該電氣傳輸 機(jī)制(2)的電氣連接。
所述的燃料循環(huán)模塊(3)是具有一燃料容器(31)以及燃料流道(32)，該燃料 容器(31)儲存該電力生產(chǎn)部(1)運(yùn)作所需的燃料或該電力生產(chǎn)部(1)電化學(xué)反應(yīng) 后的殘余溶液，且該燃料流道(32)是輸送該電力生產(chǎn)部(l)運(yùn)作所需的燃料或該 電力生產(chǎn)部(1)電化學(xué)反應(yīng)后的殘余溶液。其中該燃料容器(31)是設(shè)置于該承載 體(7)的第二局部(72)中的一容置空間，該燃料流道(32)則是設(shè)置于該承載體(7) 中的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，且該燃料流道(32)的局部形成一陽極流道(33),使得該陽 極流道(33)對應(yīng)該電力生產(chǎn)部(1)的陽極反應(yīng)部，而可提供該電力生產(chǎn)部(1)電 化學(xué)反應(yīng)所需的陽極燃料。
所述的感測模塊(4)是具有一濃度計(41)、 一水位計(42)以及一溫度感測組 件(43)，分別用以偵測該燃料電池的燃料的濃度、容量或溫度等物理性質(zhì)。
所述的電氣傳輸機(jī)制(2)具有一電壓轉(zhuǎn)換器(21),該電壓轉(zhuǎn)換器(21)可以是 升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器或可升可降的直流轉(zhuǎn)換器，用以將輸出的電力轉(zhuǎn)換 為特定的電壓輸出，且該電壓轉(zhuǎn)換器(21)是設(shè)置于該承載體(7)的雙極板(74) 上，并透過電路4反4支術(shù)而達(dá)成。
參考圖4以及圖6所顯示，圖4是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的流道板 的立體視圖，且圖6是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。該燃料容器(31) 可以是由該承載體(7)的流道板(73)局部鏤空所形成，同樣地，該燃料流道(32) 以及該陽極流道(33)也可以是該承載體(7)的流道板(73)中的局部鏤空而形成， 且該燃料容器(31)與該燃料流道(32)以及該陽極流道(33)是相互連通，該陽極 流道(33)是對應(yīng)該電力生產(chǎn)部(l)的陽極部，使得該燃料容器(3l)的燃料可經(jīng)由 該燃料流道(32)傳輸至該陽極流道(33),進(jìn)而供給該電力生產(chǎn)部(l)的陽極部。
再者，該感測才莫塊(4)的濃度計(41 )是具有 一 光感應(yīng)組件(41 a)以及一 光源 組件(41b),其中該光感應(yīng)組件(41a)是至少具有一光傳感器，該光感應(yīng)組件(41a) 是利用光敏組件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，且該光傳感器會依據(jù)所接 受的光照射劑量而輸出一對應(yīng)的電氣信息， 一般是輸出電流信息；以及該光 源組件(41b)是用以提供光源，且該光源可以是紅外線、可見光或單頻光。再 者，該光感應(yīng)組件(41a)以及光源組件(41b)的設(shè)置是配合該燃料循環(huán)模塊(3)的
燃料，并由該光感應(yīng)組件(41a)接收通過燃料后所射出的光源。由于光源組件 (41b)照射燃料時，該燃料容器(31)中的燃料在不同濃度的狀態(tài)下，該燃料會有 不同的光學(xué)性質(zhì)，使得該光傳感器所輸出的電氣信息是與燃料濃度具有相關(guān) 性，且該運(yùn)算模塊(5)儲存有該光傳感器輸出電氣信息是與燃料濃度的相關(guān)性 信息。因此，當(dāng)該感測模塊(4)的濃度計(41)回饋電氣信息至該運(yùn)算模塊(5)時， 該運(yùn)算模塊(5)可根據(jù)該相關(guān)性信息，而判斷獲得對應(yīng)的燃料濃度，且該運(yùn)算 模塊(5)可同時執(zhí)行一對應(yīng)的控制程序。
所述的光感應(yīng)組件(41 a)以及光源組件(41 b)是配合設(shè)置亦可以是該燃料循 環(huán)模塊(3)的燃料流道(32)(如圖2所顯示)或是該燃料循環(huán)模塊(3)中的任一構(gòu) 件處，使得該光源組件(41b)所射出的光源可穿過該燃料循環(huán)模塊(3)中的燃料， 再由該光感應(yīng)組件(41 a)接收通過燃料后所射出的光源。
另外，所述的溫度感測組件(43)是可設(shè)置于該承載體(7)的流道板(73)中， 并對應(yīng)該燃料循環(huán)模塊(3)的燃料容器(31)，用以感測燃料的溫度。
參考圖2以及圖5所顯示，且圖5是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)雙極板 的另 一表面?zhèn)纫晥D。該感測模塊(4)的水位計(42)是具有一電容感測組件(42a)， 該電容感測組件(42a)是具有特定的電容特性，且該電容感測組件(42a)會依據(jù) 該燃料循環(huán)模塊(3)的燃料容器(31)中的燃料量而輸出 一對應(yīng)的電容信息。再 者，該電容感測組件(42a)的設(shè)置是配合該燃料循環(huán)模塊(3)的燃料容器(31)， 使得該電容感測組件(42a)在該燃料容器(31)中的燃料量或燃料高度改變后，該 電容感測組件(42a)可對應(yīng)不同的燃料容量而有不同的電容值，且該運(yùn)算模塊(5)儲存有該電容感測組件(42a)與輸出電容信息是與電容值的相關(guān)性信息。因 此，當(dāng)該感測模塊(4)的水位計(42)回饋電氣信息至該運(yùn)算模塊(5)時，該運(yùn)算 模塊(5)可根據(jù)該相關(guān)性信息，而判斷獲得對應(yīng)的燃料量，且該運(yùn)算模塊(5)可 同時執(zhí)行一對應(yīng)的控制程序。
所述的該電容感測組件(42a)可以是由其它帶線(strip line)所取代，因此可 透過量測該帶線的電氣信號而獲得燃料物理特性的信息，且所量測的帶線電 氣信號可以是帶線組件的等效電容值、等效電感值、阻抗值或是這些電氣信 號的組合。所述的運(yùn)算模塊(5)是進(jìn)一步具有一微控制器(51)，該微控制器(51) 是可掛載邏輯運(yùn)算及控制程序，或是該微控制器(51)也可以是任何的一邏輯控 制閘芯片。因此，可透過該微控制器(51)讀取該電氣傳輸機(jī)制(2)所傳輸?shù)男畔ⅲ?這些信息是可以包括該感測模塊(4)所回饋的各個電氣信息。
再次參考圖2與圖6所顯示，本發(fā)明的微型化燃料電池系統(tǒng)的承載體(7) 進(jìn)一步包括至少一流道板(73)以及至少一雙極板(74)，該流道板(73)與該雙極 板(74)分別是一板體結(jié)構(gòu)，且該承載體(7)是該流道板(73)與該雙極板(74)相互 接合所構(gòu)成。其中所述的燃料流道(32)的局部是設(shè)置于該流道板(73)中，該雙 極板(74)對應(yīng)該承載體(7)的第一局部(71)處是構(gòu)成該電力生產(chǎn)部(1)，且該流道 板(73)中的燃料流道(32)至少部份是對應(yīng)該電力生產(chǎn)部(1)，用以透過該流道板 (73)中的燃料流道(32)將該燃料容器(31)的燃料傳輸至該電力生產(chǎn)部(1)，或由 該燃料流道(32)將該電力生產(chǎn)部(l)電化學(xué)反應(yīng)后的殘余物輸送離開該電力生 產(chǎn)部(l)。再者，該流道板(73)與該雙極板(74)的材質(zhì)分別可以是選擇FR4基板、 FR5基板、環(huán)氧樹酯基板、玻纖基板、陶瓷基板、高分子塑化基板以及復(fù)合 式材料基板中的任一材質(zhì)。另外，該燃料流道(32)是該流道板(73)的板體本身 所形成的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。
所述的雙極板(74)可以是形成一電路板結(jié)構(gòu)，且該電氣傳輸機(jī)制(2)、該感 測模塊(4)以及該運(yùn)算模塊(5)可以分別透過電路板技術(shù)設(shè)置于該雙極板(74) 上。再者，該燃料循環(huán)模塊(3)也可以是設(shè)置于該流道板(73)，且該燃料容器(31) 是該流道板(73)的板體本身所形成的一局部中空的燃料容置空間。
另外，所述的承載體(7)可以是一流道板(73)兩側(cè)面分別接合一雙極板(74) 所構(gòu)成，該流道板(73)兩側(cè)面分別形成有燃料流道(32)用以導(dǎo)引燃料至該雙極 板(74)上的電力生產(chǎn)部(1),而產(chǎn)生可輸出電力的電化學(xué)反應(yīng)，并將反應(yīng)后的殘 余物導(dǎo)引離開該電力生產(chǎn)部(l)。
參考圖7所顯示，其是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的另一具體實(shí)施例的 側(cè)視圖。本發(fā)明的微型化燃料電池系統(tǒng)承載體(7)的第一局部(71)與第二局部 (72)是分離的結(jié)構(gòu)，其中該第一局部(71)進(jìn)一步包括至少一流道板(75)、至少 一雙極板(76)以及一第一系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9A),且該第二局部(72)進(jìn)一步包括 至少一第二系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9B)。其中，該流道板(75)與該雙極板(76)分別是 一板體結(jié)構(gòu)，該第一系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9A)與該第二局部(72)的第二系統(tǒng)內(nèi)部連 接器(9B)是具有電氣連接與機(jī)構(gòu)耦接并同時可相互嚙合的連接器結(jié)構(gòu)，且該流 道板(75)與該雙極板(76)是側(cè)面相互接合所構(gòu)成。所述的燃料流道(32)的局部 是設(shè)置于該流道板(75)中，該燃料流道(32)的另 一局部則設(shè)置于該第二局部(72) 中，該電氣傳輸機(jī)制(2)的局部是設(shè)置于該雙極板(76)中，該電氣傳輸機(jī)制(2) 的另 一局部則設(shè)置于該第二局部(72)中，該感測模塊(4)以及該運(yùn)算模塊(5)可 以分別透過電路板技術(shù)設(shè)置于該第二局部(72)中，該電力生產(chǎn)部(l)是設(shè)置于該 雙極板(76)中，以及該流道板(75)中的燃料流道(32)的部份是對應(yīng)該電力生產(chǎn) 部(l)，用以將該燃料容器(31)的燃料傳輸至該電力生產(chǎn)部(1)，或由該燃料流 道(32)將該電力生產(chǎn)部(1)電化學(xué)反應(yīng)后的殘余物輸送離開該電力生產(chǎn)部(1)。
該第一局部(71)的流道板(75)、該第一局部(71)的雙極板(76)以及該第二局 部(72)的材質(zhì)分別可以是選擇FR4基板、FR5基板、環(huán)氧樹酯基板、玻纖基板、 陶瓷基板、高分子塑化基板以及復(fù)合式材料基板中的任一材質(zhì)。
另外，該第一局部(71)的第一系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9A)是用以作為該第一局部 (71)流道板(75)中的燃料流道(32)與雙極板(76)中的電氣傳輸機(jī)制(2)的傳輸接 口 。該第二局部(72)的第二系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9B)是用以作為該第二局部(72)的 燃料流道(32)與電氣傳輸機(jī)制(2)的傳輸接口。因此，透過該第一系統(tǒng)內(nèi)部連接 器(9A)與該第二系統(tǒng)內(nèi)部連接器(9B)的嚙合，可使得該第 一局部(71)中的燃料
流道(32)連通該第二局部(72)中的燃料流道(32)，且該第一局部(71)中的電氣傳 輸機(jī)制(2)電氣連接該第二局部(72)中的電氣傳輸機(jī)制(2)。
再者，該燃料循環(huán)模塊(3)的燃料容器(31 )是該第二局部(72)所形成的一局 部中空的燃料容置空間。
另外，所述的燃料循環(huán)模塊(3)中的燃料流道(32)是透過重力效應(yīng)以及虹吸 現(xiàn)象輸送燃料或殘余溶液。
考圖8所示，其是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的燃料循環(huán)模塊的局部組 件剖視圖。本發(fā)明的微型化燃料電池系統(tǒng)中，該燃料循環(huán)模塊(3)進(jìn)一步具有 一流體驅(qū)動器(34),用以驅(qū)動該燃料流道(32)中的燃料以及殘余溶液的循環(huán)。 該流體驅(qū)動器(34)進(jìn)一步包括至少一單向閥(34a)、 一加熱部(34b)以及一冷卻 部(34c)，其中該單向閥(34a)是用以限制流體單向流動的組件；該加熱部(34b) 是該燃料流道(32)在該電力生產(chǎn)部(1)附近所形成的區(qū)域，使得該加熱部(34b) 的流體受到該電力生產(chǎn)部(l)電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱的加熱；以及該冷卻部(34c) 是該燃料循環(huán)模塊(3)在該燃料容器(31)端附近的區(qū)域，使得該冷卻部(34c)的 流體因?yàn)橄鄬Φ蜏氐沫h(huán)境而冷卻。因此，當(dāng)本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的電 力生產(chǎn)部(l)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時，會使得該燃料循環(huán)模塊(3)中的燃料依循該單 向閥(34a)所限制的流體流動方向流動，而達(dá)到燃料以及殘余溶液的循環(huán)。
所述的流體驅(qū)動器(34)可進(jìn)一步包括一加熱器(34d)，該加熱器(34d)可以 是由電阻式加熱絲所構(gòu)成，并設(shè)置于該燃料流道(32)中，而取代該加熱部(34b) 的加熱功能。
基于所述的各個實(shí)施例，當(dāng)本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的電力生產(chǎn)部(l) 進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時，該燃料循環(huán)模塊(3)的燃料容器(31)中的燃料會經(jīng)由該燃料 流道(32)輸送至該電力生產(chǎn)部(1)，且該電力生產(chǎn)部(l)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)后所形 成的殘余溶液會再經(jīng)由該燃料流道(32)輸送至該燃料容器(31)。再者，當(dāng)本發(fā) 明微型化燃料電池系統(tǒng)的電力生產(chǎn)部(l)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而輸出電力時，會透 過該電氣傳輸機(jī)制(2)進(jìn)行電氣傳輸至該微型化燃料電池系統(tǒng)外部的負(fù)載(6)， 且其電力經(jīng)過該電氣傳輸機(jī)制(2)中的電壓轉(zhuǎn)換器(21)時，會輸出特定電壓的電
力，用以配合該負(fù)載(6)的電力需求。
另外，在本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的電力生產(chǎn)部(l)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而
輸出電力的過程中，該感測模塊(4)的濃度計(41)、水位計(42)以及溫度感測組 件(43)會分別偵測出該燃料電池的燃料的濃度、容量以及溫度等物理性質(zhì)，并 將這些物理性質(zhì)的電氣信息回饋至該運(yùn)算模塊(5)的微控制器(51),使得該微控 制器(5l)依據(jù)該回饋的電氣信息，執(zhí)行對應(yīng)的控制程序。
參考圖9所示，其是本發(fā)明微型化燃料電池系統(tǒng)的再一具體實(shí)施例的流 道板立體視圖。本發(fā)明所述的微型化燃料電池系統(tǒng)中，該燃料循環(huán)模塊(3)可 由該燃料流道(32)與該陽極流道(33)所構(gòu)成，且該濃度計(41)與溫度感測組件 (43)可以是設(shè)置于該燃料流道(32)的局部，其中該光感應(yīng)組件(41a)與光源組件 (41b)是設(shè)置于所對應(yīng)的該燃料流道(32)局部的兩側(cè)。再者，本發(fā)明微型化燃料 電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括一燃料匣(IO)，該燃料匣(10)是一具有容置燃料的中空 結(jié)構(gòu)，且該燃料匣(10)具有一燃料輸出口(101)以及一燃料注入口(102)分別對 應(yīng)該流道板(73)上的燃料注入口(81)與燃料輸出口(82)，使得該燃料輸出口(IOI) 以及燃料注入口 (102)分別與所對應(yīng)的燃料注入口 (81)以及燃料輸出口 (82)可 相互機(jī)械嚙合并相互連通。因此該燃料匣(10)中的燃料可以經(jīng)由該燃料輸出口 (101)以及該燃料注入口 (81 )進(jìn)入該流道板(73)中的燃料流道(32),再透過該陽 極流道(33)供給該電力生產(chǎn)部(1);以及該電力生產(chǎn)部(l)的殘余燃料則可經(jīng)由 該燃料輸出口 (82)以及該燃料注入口 ( 102)回收到該燃料匣(10)中。
雖然本發(fā)明已以具體實(shí)施例公開如上，然其所公開的具體實(shí)施例并非用 以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng) 可作各種的更動與潤飾，其所作的更動與潤飾都應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括一燃料電池電力生產(chǎn)部，其是用以進(jìn)行燃料的電化學(xué)反應(yīng)而輸出電力；一電氣傳輸機(jī)制，其是用以提供該微型化燃料電池系統(tǒng)中的電氣信息傳輸以及電力傳輸；一燃料循環(huán)模塊，其是包括一燃料流道，用以輸送該微型化燃料電池系統(tǒng)中的燃料；一濃度計，其是包括一光感應(yīng)組件以及一光源組件，該光感應(yīng)組件與該光源組件是對應(yīng)設(shè)置于該燃料流道局部的兩個相對側(cè)，用以偵測該燃料的濃度物理性質(zhì)，并可輸出對應(yīng)該濃度物理性質(zhì)的電氣信息；一運(yùn)算模塊，其是依據(jù)該物理性質(zhì)的電氣信息，選擇且執(zhí)行所對應(yīng)的控制程序；以及一承載體；其中該燃料電池電力生產(chǎn)部、該電氣傳輸機(jī)制、該燃料循環(huán)模塊、該濃度計以及該運(yùn)算模塊是設(shè)置于該承載體中。
2. 如權(quán)利要求1所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體是一板 體結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求2所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體的板體 結(jié)構(gòu)是包括至少一流道板，其是一板體結(jié)構(gòu)，并設(shè)置該燃料循環(huán);漠塊；以及 至少一雙極板，其是一電路板結(jié)構(gòu)，并設(shè)置該燃料電池電力生產(chǎn)部、該電 氣傳輸機(jī)制、該濃度計以及該運(yùn)算模塊；其中該燃料流道至少局部是設(shè)置于該流道板中，且該流道板中的燃料流道 至少部份是對應(yīng)該燃料電池電力生產(chǎn)部并用以將燃料傳輸至該燃料電池電 力生產(chǎn)部以及由該燃料流道將殘余燃料輸送離開該燃料電池電力生產(chǎn)部。
4. 如權(quán)利要求3所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料流道是該 流道板的板體本身所形成的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求4所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料流道是該 流道板中的局部鏤空而形成。
6. 如權(quán)利要求4所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其中該燃料循環(huán)模塊進(jìn)一步包 括一燃料容器，該燃料容器是該流道板的板體本身所形成的一局部中空的 燃料容置空間，且該燃料容器是連通該燃料流道。
7. 如權(quán)利要求6所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一水 位計，該水位計的設(shè)置是對應(yīng)該燃料容器，且該水位計是依據(jù)該燃料循環(huán) 模塊的燃料容器中的燃料量而輸出 一對應(yīng)的電氣信息。
8. 如權(quán)利要求7所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該水位計是包括 一電容感測組件，該電容感測組件是對應(yīng)該燃料容器而設(shè)置于該雙極板， 且該電容感測組件是具有特定的電容特性，并會依據(jù)該燃料容器中的燃料 量輸出一對應(yīng)的電容信息。
9. 如權(quán)利要求8所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電容感測組件 是一帶線電容。
10. 如權(quán)利要求8所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電容感測組件 是一帶線電容，且該帶線的等效電容值、等效電感值、阻抗值以及這些電 氣信號的組合中的任一種電氣信號是對應(yīng)該燃料的水位物理特性的信息。
11. 如權(quán)利要求3所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該流道板進(jìn)一步 具有一燃料注入口以及一燃料輸出口 ，該燃料注入口與燃料輸出口是設(shè)置 于該流道板并連通該燃料循環(huán)模塊。
12. 如權(quán)利要求11所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一燃 料匣，該燃料匣是一具有容置燃料的中空結(jié)構(gòu)，且該燃料匣具有一燃料輸 出口以及一燃泮+注入口 ，該燃利-輸出口與該燃泮+注入口是分別對應(yīng)該流道 板上的燃料注入口與該燃料輸出口 ，且該燃料輸出口以及該燃料注入口是 分別與所對應(yīng)的燃料注入口以及燃料輸出口相互機(jī)械嚙合并相互連通。
13. 如權(quán)利要求3所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體可以是 一流道板是兩側(cè)面分別接合一雙極板所構(gòu)成，該流道板兩側(cè)面分別形成有 燃料流道用以導(dǎo)引燃料至該雙極板上的燃料電池電力生產(chǎn)部，并將殘余燃 料導(dǎo)引離開該燃料電池電力生產(chǎn)部。
14. 如權(quán)利要求3所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體是選擇 自FR4基板、FR5基板、環(huán)氧樹酯基板、玻纖基板、陶瓷基板、高分子塑 化基板以及復(fù)合式材料基板中的任一材質(zhì)。
15. 如權(quán)利要求3所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電氣傳輸機(jī)制 是包括一 電氣連接器，該電氣連接器是設(shè)置于該雙極板中的 一提供電氣連 接以及機(jī)構(gòu)耦接的電氣介接的結(jié)構(gòu)。
16. 如權(quán)利要求3所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電氣傳輸機(jī)制 是包括一燃料注入口以及一燃料輸出口 ，該燃料注入口與該燃料輸出口是 設(shè)置于該流道板且分別連通燃料流道，并用以提供該燃料流道的對外連通。
17. 如權(quán)利要求3所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一溫 度感測組件，用以偵測該燃料電池的燃料的溫度物理性質(zhì)。
18. 如權(quán)利要求17所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該溫度感測組件， 是設(shè)置在該雙極板上并對應(yīng)該燃料流道。
19. 如權(quán)利要求17所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該溫度感測組件， 是設(shè)置在該雙極板上并對應(yīng)該燃料容器。
20. 如權(quán)利要求1所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該光源是選擇紅 外線、可見光以及單頻光中的任一光源。
21. 如權(quán)利要求1所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體包括一 第一局部以及一第二局部，該燃料電池電力生產(chǎn)部、該電氣傳輸機(jī)制的局 部以及該燃料循環(huán)模塊的局部是設(shè)置于該承載體的第一局部，且該電氣傳 輸機(jī)制的另一局部、該燃料循環(huán)模塊的另一局部、該濃度計以及該運(yùn)算模 塊是設(shè)置于該承載體的第二局部。
22. 如權(quán)利要求21所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體的第一 局部是一板體結(jié)構(gòu)，該承載體的第二局部是另一板體結(jié)構(gòu)，且該第一局部 包括一第一系統(tǒng)內(nèi)部連接器，該第二局部包括一第二系統(tǒng)內(nèi)部連接器，且 該第一系統(tǒng)內(nèi)部連接器與該第二局部的第二系統(tǒng)內(nèi)部連接器是包括一電氣 連接與機(jī)構(gòu)耦接結(jié)構(gòu)以及連通對應(yīng)該承載體的第 一局部與第二局部的燃料 循環(huán)模塊的結(jié)構(gòu)。
23. 如權(quán)利要求22所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該第一局部的第 一系統(tǒng)內(nèi)部連接器是用以作為該第 一局部流道板中的燃料流道與雙極板中 的電氣傳輸機(jī)制的傳輸接口 。
24. 如權(quán)利要求22所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料循環(huán)模塊 的燃料容器是該第二局部所形成的 一局部中空的燃料容置空間，且該第二 局部的第二系統(tǒng)內(nèi)部連接器是用以作為該第二局部的燃料流道與電氣傳輸 機(jī)制的傳輸接口。
25. 如權(quán)利要求22所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體第一局 部進(jìn)一步包括至少一流道板以及至少一雙極板，該流道板與該雙極板分別 是一板體結(jié)構(gòu)。
26. 如權(quán)利要求25所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料循環(huán)模塊 進(jìn)一步包括一 陽極流道連通該燃料流道，該陽極流道是設(shè)置于該承載體第 一局部的流道板中并對應(yīng)該燃料電池電力生產(chǎn)部，且該燃料電池電力生產(chǎn) 部是設(shè)置于該承載體第一局部的雙極板中。
27. 如權(quán)利要求26所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體第一局 部的流道板的材質(zhì)是選擇FR4基板、FR5基板、環(huán)氧樹酯基板、玻纖基板、 陶瓷基板、高分子塑化基板以及復(fù)合式材料基板中的任一材質(zhì)。
28. 如權(quán)利要求26所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體第一局 部的雙極板的材質(zhì)分別是選擇FR4基板、FR5基板、環(huán)氧樹酯基板、玻纖 基板、陶瓷基板、高分子塑化基板以及復(fù)合式材料基板中的任一材質(zhì)。
29. 如權(quán)利要求26所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料流道以及 陽極流道是該承載體第 一局部的流道板本身所形成的流體導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。
30. 如權(quán)利要求22所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該承載體第二局 部進(jìn)一 步包括至少 一流道板以及至少 一 電路板，該流道4反與該電路板分別 是一板體結(jié)構(gòu)。
31. 如權(quán)利要求30所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置于該承載體 第二局部的該燃料循環(huán)模塊局部是電氣設(shè)置于該承載體第二局部的流道板上；以及設(shè)置于該承載體第二局部的該電氣傳輸機(jī)制局部、該濃度計以及 該運(yùn)算模塊是電氣設(shè)置于該承載體第二局部的電路板上。
32. 如權(quán)利要求31所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料循環(huán)模塊 進(jìn)一步包括一燃料容器，該燃料容器是該承載體第二局部的流道板本身所 形成的一局部中空的燃料容置空間，且該燃料容器是連通該燃料流道。
33. 如權(quán)利要求32所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一水 位計，該水位計的設(shè)置是對應(yīng)該燃料容器，且該水位計是依據(jù)該燃料循環(huán) 模塊的燃料容器中的燃料量而輸出 一對應(yīng)的電氣信息。
34. 如權(quán)利要求33所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該水位計是包括 一電容感測組件，該電容感測組件是對應(yīng)該燃料容器而設(shè)置于該承載體第 二局部的電路板，且該電容感測組件是具有特定的電容特性，并會依據(jù)該 燃料容器中的燃料量輸出 一對應(yīng)的電容信息。
35. 如權(quán)利要求34所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電容感測組件 是一帶線電容。
36. 如權(quán)利要求35所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電容感測組件 是一帶線電容，且該帶線的等效電容值、等效電感值、阻抗值以及這些電 氣信號的組合中的任一種電氣信號是對應(yīng)該燃料的水位物理特性的信息。
37. 如權(quán)利要求1所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料循環(huán)模塊 進(jìn)一步包括一流體驅(qū)動器，用以驅(qū)動該燃料流道中的燃料以及殘余溶液的 循環(huán)。
38. 如權(quán)利要求37所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該流體驅(qū)動器進(jìn) 一步包括至少 一單向閥、 一加熱部以及一冷卻部；至少 一單向閥，其是用以限制流體單向流動的組件；加熱部是該燃料流道在該燃料電池電力生產(chǎn)部附近所形成的區(qū)域，使得該 加熱部的流體受到該燃料電池電力生產(chǎn)部電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱的加熱；以 及一冷卻部是該燃料循環(huán)模塊在該燃料容器端附近的區(qū)域，使得該冷卻部的 流體因?yàn)橄鄬Φ蜏氐沫h(huán)境而冷卻。
39. 如權(quán)利要求37所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該流體驅(qū)動器進(jìn) 一步包括至少一單向?qū)?一加熱器以及一冷卻部；至少 一單向閥，其是用以限制流體單向流動的組件；該加熱器是設(shè)置于該燃料循環(huán)模塊中，用以加熱燃料；以及 一冷卻部是該燃料循環(huán)模塊在該燃料容器端附近的區(qū)域，使得該冷卻部的 流體因?yàn)橄鄬?氐溫的環(huán)境而冷卻。
40. 如權(quán)利要求39所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該加熱器是一電 阻式加熱絲所構(gòu)成。
41. 如權(quán)利要求1所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電氣傳輸機(jī)制 包括一電壓轉(zhuǎn)換單元，該電壓轉(zhuǎn)換單元是用以將輸出的電力轉(zhuǎn)換為特定的 電壓車命出。
42. 如權(quán)利要求41所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該電壓轉(zhuǎn)換單元 是選擇升壓單元、降壓單元以及升降壓單元中的任一單元。
43. 如權(quán)利要求1所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該運(yùn)算模塊進(jìn)一 步包括一微控制器，該微控制器是可掛載邏輯運(yùn)算及控制程序。
44. 如權(quán)利要求1所述的微型化燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該運(yùn)算模塊進(jìn)一 步包括一微控制器，該微控制器是任何的一邏輯控制閘芯片。
全文摘要
一種微型化燃料電池系統(tǒng)，其包括一燃料電池電力生產(chǎn)部，其是用以進(jìn)行燃料的電化學(xué)反應(yīng)而輸出電力；一電氣傳輸機(jī)制，其是用以提供該微型化燃料電池系統(tǒng)中的電氣信息傳輸以及電力傳輸；一燃料循環(huán)模塊，其是用以儲存并輸送該燃料或該電力生產(chǎn)部電化學(xué)反應(yīng)后的殘余溶液；一感測模塊，其是用以偵測該燃料的物理性質(zhì)，并可輸出對應(yīng)該物理性質(zhì)的電氣信息；一運(yùn)算模塊，其是依據(jù)該物理性質(zhì)的電氣信息，選擇且執(zhí)行所對應(yīng)的控制程序；以及一承載體；其中該電力生產(chǎn)部、該電氣傳輸機(jī)制、該燃料循環(huán)模塊、該感測模塊以及該運(yùn)算模塊是設(shè)置于該承載體中。
文檔編號H01M8/00GK101110480SQ20061010330
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者童俊卿, 簡永烈 申請人:思柏科技股份有限公司;勝光科技股份有限公司