本實用新型涉及一種鋅空氣燃料電池，尤指一種利用氣壓作為驅動源，進行持續(xù)性或間歇性推動化學反應原料的燃料電池裝置。

背景技術：

近幾個世紀以來，由于人類大量地應用科技、制造工業(yè)，使得能源的需求量急劇地增加，而傳統(tǒng)自然能源的開采及使用，例如：煤炭、石油、天然氣、火力等消耗量持續(xù)性地升高，地球出現(xiàn)了嚴重且不可逆反修復的環(huán)境污染及破壞，并間接地導致溫室效應、酸雨、森林消失、空氣污染等不良自然現(xiàn)象。

人類已經(jīng)清楚意識到天然能源的存量有限，將于不久后的未來消耗殆盡，再加上環(huán)保意識的提升，許多國家鼓勵研究人員致力于合成、開采或研發(fā)替代性能源，并以尋求零污染或低污染的環(huán)境友好能源為目標。

其中，燃料電池即為其中一種已開發(fā)且具發(fā)展?jié)摿皩嵱脙r值的替代性能源，其具有能量轉換效率高、排出物質為干凈氣體、低環(huán)境噪音等優(yōu)點。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種能夠同時組接多個鋅空氣燃料電池單元并能夠使得多個鋅空氣燃料電池單元彼此之間相互連接導通的定位裝置。

本實用新型的主要目的在于提供一種由氣體壓力作為驅動源，進行間歇性或持續(xù)性地以正壓或負壓驅動鋅空氣燃料電池單元內部的鋅原料流動的燃料電池裝置。

本實用新型的再一目的在于，設計一能夠供驅動氣體及鋅原料通過的導流路徑，氣體能夠于導流路徑中斷開每一鋅空氣燃料電池單元之間的電性連接，使得每一鋅空氣燃料電池分別獨立呈現(xiàn)為一接近真空氣密的樣式，以提高每一鋅空氣燃料電池單元所產電量，能夠應用于小至3C電子產品、大至電動車的能源供給。

本實用新型的另一目的在于，由持續(xù)性/間歇式流動的鋅原料依序地流經(jīng)用于充電或放電的鋅空氣燃料電池單元，且每一鋅空氣燃料電池單元的結構完全相同，便能夠達到無須抽換、補充或增加鋅空氣燃料電池內部的化學原料的效果。

為了達到上述目的，本實用新型提供的燃料電池裝置包含：一連通座，具有多個組接部且內部設有多個通道，多個通道分別連接一個組接部，每一組接部均形成有一入料口以及一出料口；以及多個鋅空氣燃料電池，每一鋅空氣燃料電池均具有一開放狀態(tài)的反應空間，多個鋅空氣燃料電池分別安裝于所述連通座中的每一組接部，使所述反應空間形成一密閉狀態(tài)，且所述反應空間內部設有一能夠產生氧化還原反應的鋅材料，使得所述反應空間分隔成一反應區(qū)以及一未包含鋅材料的氣隔區(qū)；其中，所述連通座的出料口位于所述反應空間的反應區(qū)內，所述連通座的入料口位于所述反應空間的氣隔區(qū)內。

其中，所述燃料電池裝置進一步包含一壓差產生器，所述連通座的外部形成一第一連接口以及一第二連接口，所述壓差產生器與第一連接口以及第二連接口連接，所述壓差產生器在所述第一連接口與第二連接口之間形成一壓力差，進而驅使每一鋅空氣燃料電池的鋅材料通過所述通道流動至另一鋅空氣燃料電池。

于一較佳可行實施例中，所述連通座的多個出料口分別位于對應反應區(qū)的不同高度位置，且所述鋅空氣燃料電池與其他鋅空氣燃料電池彼此之間的反應區(qū)高度位置亦不相同。

而且，所述通道包含一形成于連通座內部的連通段以及一突出于所述組接部的延伸段，進入所述鋅空氣燃料電池內部的延伸段與其他鋅空氣燃料電池內部的延伸段彼此之間的相對高度位置皆不相同。

又，本實用新型作為驅動源的壓差產生器有三種較佳實施態(tài)樣，于一第一較佳可行實施例中，由所述第一連接口或第二連接口其中之一與一真空罐連通，另一者直接與大氣壓力導通，以共同形成所述壓力差，而于一第二較佳可行實施例中，所述壓力差為一同時連通于所述第一連接口及一第二連接口的真空罐，另于一第三較佳可行實施例中，所述壓力差為一同時連通于所述第一連接口及一第二連接口的磁軸馬達。

此外，本實用新型鋅材料有兩種較佳實施態(tài)樣，于一第一較佳可行實施例中，所述鋅材料設為一能夠流動并呈現(xiàn)為泥狀樣式的鋅泥電極，由鋅泥電極依序地持續(xù)性流通于所述連通座的通道中以及不同的鋅空氣燃料電池中，而于一第二較佳可行實施例中，所述鋅材料為一呈現(xiàn)為顆粒樣式或粉狀樣式或其混合構成的鋅砂，由于所述鋅砂留滯于鋅空氣燃料電池的反應區(qū)，于是配合一電解液持續(xù)性地流通于所述連通座的通道中以及不同的鋅空氣燃料電池中，所述電解液進入所述鋅空氣燃料電池中的反應區(qū)并與所述鋅砂接觸后，共同產生化學充電或放電的氧化還原反應。

最后，為了配合所述鋅材料的第二較佳實施例，避免所述鋅砂進入所述連通座的通道中，遂于所述出料口進一步設有一過濾件，由所述過濾件限制所述鋅砂于反應空間中，并僅供所述電解液通過，從而能夠從所述反應空間流入所述通道。

由前述說明可知，本實用新型的特點在于：通過一具有通道的連通座將多個鋅空氣燃料電池組裝，而所述鋅空氣燃料電池內部的鋅材料能夠通過所述通道依序的持續(xù)性/間歇性于所述通道及不同的鋅空氣燃料電池中流通移動，當所述鋅材料進入鋅空氣燃料電池中時，由所述鋅材料與鋅空氣燃料電池的電極管產生一氧化還原反應，從而完成充電或放電。

而且，本實用新型能夠供鋅材料進行循環(huán)充電、放電，故無須重新置換或填充鋅空氣燃料電池內部中新的鋅材料。

另外，當壓差產生器以間歇性或持續(xù)性方式，利用正壓或負壓驅動氣體推動鋅泥電極或電解液，從而鋅泥電極或電解液進入通道的過程中，氣體能夠將不同的鋅空氣燃料電池之間的通道加以區(qū)隔，使得不同的鋅空氣燃料電池之間的鋅泥電極或電解液彼此斷開，使得每一鋅空氣燃料電極分別獨立地成為單一充電或放電的電極管，如此一來，本實用新型提供的燃料電池裝置便能夠提升每一鋅空氣燃料電極所產電量。

附圖說明

圖1為燃料電池裝置的第一較佳實施例的立體圖；

圖2為圖1的分解圖；

圖3為通道的結構示意圖；

圖4為鋅空氣燃料電極的剖面示意圖；

圖5A至圖5D為圖1配合真空罐的使用狀態(tài)示意圖；

圖6為燃料電池裝置的第二較佳實施例的立體圖；

圖7為圖6的分解圖；

圖8為圖6配合磁軸馬達的使用狀態(tài)示意圖；

圖9為燃料電池裝置的第三較佳實施例的俯視圖。

附圖標記說明：1---燃料電池裝置；2---連通座；20---組接部；201---公螺紋；202---入料口；20---出料口；203---出料口；204---過濾件；21---通道；210---連通段；211---延伸段；22---第一連接口；23---第二連接口；24---導通孔；3--鋅空氣燃料電池；30---殼體；300---母螺紋；301---通孔；31---電極管；32---反應空間；320---反應區(qū)；321---氣隔區(qū)；33---金屬集電管；34---隔離膜；35---空氣電極；36---簍空空間；4---鋅材料；40---鋅泥電極；41---鋅砂；42---電解液；5---壓差產生器；50---真空罐；51---磁軸馬達。

具體實施方式

茲為便于更進一步對本實用新型的構造、使用及其特征有更深一層明確、詳實的認識與了解，爰舉出較佳實施例，配合圖示詳細說明如下：

如圖1至圖4所示，本實用新型提供的燃料電池裝置1主要包含有一連通座2以及多個鋅空氣燃料電池3兩大部分，所述連通座2的一側向內凹陷形成有多個組接部20，于一較佳實施例中，所述組接部20的內側形成一公螺紋201。

而且，所述連通座2的內部形成有多個通道21，所述通道21包含一形成于連通座2內部的連通段210以及一延伸突出于所述組接部20的延伸段211，由所述多個通道21將每兩個組接部20彼此之間相互連接導通，使得所述通道21的末端于所述組接部20中分別形成有一入料口202以及一出料口203。

所述鋅空氣燃料電池3包含一殼體30、一容置于所述殼體30中的電極管31以及一容置于所述電極管31中的鋅材料4，所述電極管31的一端呈現(xiàn)一開放狀態(tài)，于一較佳實施例中，所述殼體30的一端形成有一對應于所述公螺紋201的母螺紋300，使得所述殼體30能夠與所述組接部20相互對應組接連結，并使得所述電極管31呈現(xiàn)一密閉狀態(tài)。

其中，如圖4所示，所述電極管31由內而外依序為一反應空間32、一完整包覆于所述反應空間32外圍的金屬集電管33、一完整包覆于所述金屬集電管33外圍的隔離膜34以及一完整包覆于所述隔離膜34外圍的空氣電極35，所述殼體30套設組接于所述空氣電極35的外圍，且所述殼體30具有多個供空氣進入所述空氣電極35的通孔301，所述殼體30與電極管31之間具有一簍空空間36，簍空空間36與殼體30外部的空氣連接導通，其中，所述金屬集電管33的材料為由銅或鎳其中之一。

所述電極管31的反應空間32內部裝填一能夠配合所述殼體30及電極管31產生氧化還原反應的鋅材料4，使得所述反應空間32分隔成一置放所述鋅材料4的反應區(qū)320以及一未包含所述鋅材料4的氣隔區(qū)321，于本實用新型圖1至圖5D所示第一較佳可行實施例中，所述鋅材料4為一能夠流動并呈現(xiàn)為泥狀樣式的鋅泥電極40。

其中，所述連通座2的出料口203位于所述反應空間32的反應區(qū)320內，所述連通座2的入料口202位于所述反應空間32的氣隔區(qū)321內，于一較佳可行實施例中，本實用新型中的連通座2對應于每一管鋅空氣燃料電池3的延伸段211的長度皆不同，且每一管鋅空氣燃料電池3包含有鋅材料4的反應區(qū)320大小亦不同，此將進一步導致每一管鋅空氣燃料電池3中的所述出料口203對應于各自管中的反應區(qū)320的高度位置皆不相同。

如此一來，本實用新型提供的燃料電池裝置1便能夠通過所述連通座2的組接部20與所述多個鋅空氣燃料電池3組接連結，并通過所述連通座2的通道21分別將所述呈現(xiàn)為密閉狀態(tài)的鋅空氣燃料電池3彼此之間相互連接導通。

如圖5A至圖5D所示，為本實用新型提供的燃料電池裝置1的第一較佳實施例進一步配合一壓差產生器5的使用狀態(tài)說明，于此實施例中以四管組合的鋅空氣燃料電池3進行說明，所述四管組合的鋅空氣燃料電池3能夠通過一位于所述連通座2側面的導通孔24，將兩組各為兩管的鋅空氣燃料電池3完成四管組合的樣式，或者是由單一組四管樣式的鋅空氣燃料電池3完成四管組合的樣式，所述導通孔24的兩端分別為一導通于大氣壓力的第一導通孔以及一導通于其中一延伸段211的第二導通孔。但凡兩管、四管等其他偶數(shù)管組合的燃料電池裝置1皆能夠完成并實施本實用新型的目的。

所述連通座2的外部形成有一第一連接口22及一第二連接口23，所述第一連接口22與第二連接口23分別與所述連通座2內部的通道21相互連接導通，所述第一連接口22對應設于第一管的鋅空氣燃料電池3的上方位置，第二連接口23對應設于最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的上方位置，于圖5A至圖5D所示所述壓差產生器5的第一較佳可行實施例為，所述壓差產生器5為一真空罐50。

由所述第一連接口22或第二連接口23其中之一與所述真空罐50安裝連通，另一者直接與大氣壓力導通，進而共同形成一介于所述第一管的鋅空氣燃料電池3以及最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3之間的壓力差，所述壓力差可以為一吸入或打入空氣氣體的負壓差或正壓差。

如此一來，由所述真空罐50與大氣壓力形成的壓力差，迫使大氣壓力中的氣體從所述第一連接口22依序地進入所述連通座2的通道21、連通段210、第一管的鋅空氣燃料電池3的反應空間32、所述連通座2的延伸段211、連通段210、其他管的鋅空氣燃料電池3的反應空間32、所述連通座2的延伸段211、連通段210、最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的反應空間32、所述連通座2的延伸段211、所述第二連接口23以及所述真空罐50。

而且，于氣體依循前述說明路徑流動行運的過程中，由于所述每一鋅空氣燃料電池3與連通座2安裝組接之下分別呈現(xiàn)為一密閉狀態(tài)，而且，所述通道21的延伸段211延伸進入所述第一管鋅空氣燃料電池3中包含有所述鋅泥電極40的反應區(qū)320內，故所述鋅泥電極40將受到前述氣體驅動進一步依循氣體的路徑流動，亦即是，由所述壓差產生器5于所述第一連接口22與第二連接口23之間形成一壓力差，驅使每一鋅空氣燃料電池3的鋅材料4通過所述通道21流動至另一鋅空氣燃料電池3。

如圖5A至圖5D所示，第一管鋅空氣燃料電池3通過所述第一連接口22與大氣壓力連接導通，最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3通過所述第二連接口23組接于所述真空罐50，于所述真空罐50尚未啟動且尚未以負壓方式驅動氣體推動鋅泥電極40的狀態(tài)下，第一管的鋅空氣然電池3的反應區(qū)320中鋅泥電極40的位置高度最高，所述鋅泥電極40的位置依序遞減至最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的反應區(qū)320中鋅泥電極40的位置高度最低，而第一管的鋅空氣然電池3的延伸段211的長度最長且出料口203相對于反應區(qū)320的位置最低(第一管的鋅空氣燃料電池3的延伸段211位于所述反應區(qū)320中，且所述延伸段211中同樣容納有所述鋅泥電極40)。

所述延伸段211的長度依序遞減至最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的延伸段211的長度最短且出料口203相對于反應區(qū)320的位置最高(由于最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3的延伸段211能夠設為剛好與反應區(qū)320的高度相同或并未與所述反應區(qū)320接觸，故所述延伸段211中并不會容納有所述鋅泥電極40)。

于此狀態(tài)下，所述鋅泥電極40皆能夠與每一管鋅空氣燃料電池3發(fā)生一氧化還原反應，并產生電力能夠進行充電或放電。

如圖5A所示，為啟動所述真空罐50，并以負壓方式驅動氣體推動所述鋅泥電極40的狀態(tài)，大氣壓力中氣體由所述連通座2的第一連接口22進入所述入料口202后再接續(xù)進入所述第一管鋅空氣燃料電池3的氣隔區(qū)321，在氣密狀態(tài)的鋅空氣燃料電池3中，所述氣體迫使第一管的鋅空氣燃料電池3中鋅泥電極40進入所述延伸段211再接續(xù)進入所述連通段210，再進一步將所述鋅泥電極40帶動進入其他管鋅空氣燃料電池3中(如圖5B所示)，依據(jù)此種負壓氣體推動所述鋅泥電極40進入不同的鋅空氣燃料電池3的流動路徑，便能夠將第一管的鋅空氣燃料電池3中鋅泥電極40作為其他管鋅空氣燃料電池3的鋅材料4補充材料，于此循環(huán)之下，便無需由燃料電池裝置1的外部進行額外補充所述鋅材料4。

如圖5C及圖5D所示，當所述真空罐50進行間歇性負壓方式驅動氣體推動所述鋅泥電極40時，所述真空罐50短暫地暫停負壓驅動作業(yè)時，原先朝向所述其他管鋅空氣燃料電池3的單一方向流動的鋅泥電極40，將短暫地失去被氣體驅動的力量，而原先流動于所述通道21中的鋅泥電極40，將受到自然重力影響，從而分別朝向第一管鋅空氣燃料電池3的延伸段211以及朝向另一管鋅空氣燃料電池3的連通段210兩種不同的流動路徑，進而流進不同的鋅空氣燃料電池3的反應空間32內，據(jù)此，第一管鋅空氣燃料電池3內的鋅泥電極40的高度位置將下降，另一管鋅空氣燃料電池3內的鋅泥電極40的高度位置將上升。

依據(jù)前述說明段落以此類推，前述氣體及鋅泥電極40的流動方式及流動方向將持續(xù)性地循環(huán)進行于第一管、第二管、第三管及最末管(第四管)鋅空氣燃料電池3之間，反之，若所述第一管鋅空氣燃料電池3通過所述第一連接口22組接于所述真空罐50，而最末管(第四管)的鋅空氣燃料電池3通過所述第二連接口23與大氣壓力連接導通，所述氣體及鋅泥電極40的流動方向將變?yōu)橛勺钅┕?第四管)鋅空氣燃料電池3朝向第一管鋅空氣燃料電池3移動。

另外，所述壓差產生器5為一同時連通于所述連通座2的第一連接口22以及一第二連接口23的真空罐50(圖未示)，亦能夠形成所述壓力差，并完成與前述氣體及鋅泥電極40相同的流動方式及流動方向。

如圖6至圖8所示，為本實用新型提供的燃料電池裝置1的第二較佳實施例，于此實施例中以六管組合的鋅空氣燃料電池3進行說明，所述六管組合的鋅空氣燃料電池3能夠同樣地通過一位于所述連通座2側面的導通孔24，將三組各為兩管的鋅空氣燃料電池3完成六管組合的樣式，或將一組兩管以及一組四管的鋅空氣燃料電池3完成六管組合的樣式，所述導通孔24的兩端分別為一導通于大氣壓力的第一導通孔以及一導通于其中一延伸段211的第二導通孔。

此實施例中與前述第一較佳實施例不同點在于，所述鋅材料4為一呈現(xiàn)為顆粒樣式或粉狀樣式其中之一或其混合構成的鋅砂41，所述鋅砂41沉淀留置于所述鋅空氣燃料電池3內的反應空間32中，并不會隨著前述氣體的流動進而改變位置，為了避免氧化還原過程中體積逐漸縮小的鋅砂41通過的延伸段211進入所述通道21中并進一步影響燃料電池裝置1的充電或放電功效，進一步于所述連通座2的出料口203位置設有一過濾件204，通過所述過濾件204將所述鋅砂41限制在所述反應空間32內，于一較佳可行實施例中，所述過濾件204為一不織布材質構成的阻擋面并能夠將所述連通座2的出料口203完整地包覆。

據(jù)此，此實施例中鋅砂41須配合一電解液42遂能夠完成與前述第一較佳實施例相同的結果，由所述電解液42進入所述反應空間32并流入所述通道21中，進行與前述第一較佳實施例中的鋅泥電極40相同的動作。

而且，所述連通座2的第一連接口22對應于所述第一管鋅空氣燃料電池3的位置，且所述第二連接口23對應于所述最末管(第六管)鋅空氣燃料電池3的位置，前述氣體及鋅砂41的流動方式及流動方向將持續(xù)性地循環(huán)進行于第一管、第二管、第三管、第四管、第五管以及最末管(第六管)鋅空氣燃料電池3之間。

此外，如圖8所示，此實施例中，所述壓差產生器5可以為一同時連通于所述連通座2的第一連接口22以及一第二連接口23的磁軸馬達51，由所述磁軸馬達51形成介于所述第一連接口22以及一第二連接口23之間的壓力差，便能夠完成與所述真空罐50相同的功效，其他部分技術特征皆與前述第一較佳實施例相同，于此便不再加以贅述。

最后，如圖9所示，為本實用新型提供的燃料電池裝置1的第三較佳實施例，于此實施例中，以十六管組合的鋅空氣燃料電池3進行說明，與前述第一及第二較佳實施例不同點在于，所述連通座2的第一連接口22設于對應第一管鋅空氣燃料電池3的位置，第一連接口22設于對應最末管(第十六管)鋅空氣燃料電池3的位置，并將左側兩排(共八管組合)的鋅空氣燃料電池3設為用于放電，相對于右側兩排(共八管組合)的鋅空氣燃料電池3設為用于充電，如此便能夠于此實施例燃料電池裝置1中持續(xù)性/間歇性循環(huán)同時完成充電和放電，從而無須改變所述磁軸馬達51組接于所述連通座2的第一連接口22以及第二連接口23的位置，或改變所述磁軸馬達51的電流方向。

如此一來，由前述三種燃料電池裝置1的實施例能夠得知，通過本實用新型中的連通座2的設計，使得氣體能夠于每一通道21的連通段210中分別區(qū)隔開每一管鋅空氣燃料電池3之間的電性連接，使得每一管鋅空氣燃料電池3的鋅材料4能夠分別獨立各自進行充/放電，能夠將每一管鋅空氣燃料電池3所產電量加總，所產總電量足以應用于小至3C電子產品、大至電動車的能源供給。

以上說明對本實用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落入本實用新型的保護范圍之內。