專利名稱：可局部控溫控壓的電熱壓合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種熱壓裝置，特別有關(guān)于一種燃料電池模塊的電熱壓合 裝置，可在熱壓過程中確實控制燃料電池模塊表面局部溫度與壓力，進(jìn)而提 升膜電極組以及燃料電池模塊的操作效能。
背景技術(shù)：
如熟習(xí)該領(lǐng)域者所知，直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, 簡稱為DMFC)是一種利用甲醇作為燃料，透過電化學(xué)程序?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換成電 力的發(fā)電裝置。與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相較，直接甲醇燃料電池具有低污染、低 噪音、高能量密度以及較高的能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)，是具有前瞻性的干凈能 源，可應(yīng)用的領(lǐng)域包括家用發(fā)電系統(tǒng)、不斷電系統(tǒng)、電子產(chǎn)品、運(yùn)輸工具、 軍用設(shè)備、太空工業(yè)等。
直接甲醇燃料電池的運(yùn)作原理是以甲醇水溶液在陽極觸媒層進(jìn)行氧化 反應(yīng)，產(chǎn)生氫離子(H+)、電子(e—)以及二氧化碳(C0》，其中氫離子經(jīng)由電解 質(zhì)傳遞至陰極，電子則經(jīng)由外部電路傳遞至陰極，此時供給陰極端的氧氣會 與氫離子及電子在陰極觸媒層進(jìn)行還原反應(yīng)，并產(chǎn)生水。燃料電池一般皆由 數(shù)個基本單元所組成。由于每個基本單元所能提供的電壓很小，因此在應(yīng)用 時必須串聯(lián)多個基本單元，以達(dá)到所需要的操作電壓輸出。
在直接甲醇燃料電池的模塊結(jié)構(gòu)中，通常包括有集電片以及流道板，分 別扮演著不同重要的角色，其中集電片負(fù)責(zé)收集電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電子， 而流道板則是負(fù)責(zé)燃料流動的分布與控制。流道板的部分主要著重在流道的 設(shè)計，使燃料能夠順利通過流道，而流入膜電極組件(membrane electrode assembly, MEA)。目前的平板式直接甲醇燃料電池已發(fā)展至成熟實用階段，且較過去燃料 電池具有更高的操作效能以及較佳的可靠度。然而，平板式直接甲醇燃料電 池模塊仍存有一些缺點(diǎn)需要進(jìn)一步克服及改進(jìn)。
例如，在電池模塊進(jìn)行熱壓組裝時，局部溫度與壓力的控制即顯得相當(dāng) 關(guān)鍵，壓合的溫度太高或者壓力過大都將影響到膜電極組件及燃料電池本身 的操作效能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種創(chuàng)新的電熱壓合裝置，特別適用在燃料 電池模塊的壓合工藝中，可在熱壓過程中確實控制燃料電池模塊表面局部溫 度與壓力，進(jìn)而提升膜電極組以及燃料電池模塊的操作效能。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明的較佳實施例披露一種可局部控溫控壓的電熱壓 合裝置，包含有一上治具，包含有一第一熱壓板、 一第一冷卻板以及一夾設(shè) 于該第一熱壓板與該第一冷卻板之間的第一斷熱桐'，其中該第一熱壓板內(nèi)設(shè) 有至少一第一通道，在該第一通道內(nèi)設(shè)有一第一電熱裝置，而該第--冷卻板 包含有一可調(diào)整彈性系數(shù)的第一冷卻頭，其穿過該第一斷熱材以及該第一熱
壓板；以及一下治具，包含有一第二熱壓板、 一第二冷卻板以及一夾設(shè)于該
第二熱壓板與該第二冷卻板之間的第二斷熱材，其中該第二熱壓板內(nèi)設(shè)有至 少一第二通道，在該第二通道內(nèi)設(shè)有一第二電熱裝置，而該第二冷卻板包含 有一可調(diào)整彈性系數(shù)的第二冷卻頭，其相對應(yīng)于該第一冷卻頭穿過該第二斷 熱材以及該第二熱壓板，當(dāng)進(jìn)行壓合時，該第二冷卻頭與該第一冷卻頭分別 由相反方向壓合并冷卻一待壓合模塊上的同一個相對低溫區(qū)域。
根據(jù)上述方案，本發(fā)明的效果是顯著的本發(fā)明提供的電熱壓合裝置， 特別適用在燃料電池模塊的壓合工藝中，可在熱壓過程中確實控制燃料電池 模塊表面局部溫度與壓力，進(jìn)而提升膜電極組以及燃料電池模塊的操作效


圖1為依據(jù)本發(fā)明較佳實施例所繪示的電熱壓合裝置的立體分解圖。 圖2為圖1中電熱壓合裝置的上治具的立體分解圖。 圖3為圖1中電熱壓合裝置的下治具的立體分解圖。
圖4A-4C為熱壓板內(nèi)的電熱裝置布局示意圖。 圖5為本發(fā)明冷卻頭的剖面示意圖。 圖6為本發(fā)明承載盤的俯視圖。 主要元件符號說明
1電熱壓合裝置10上治具
20下治具100上方壓板
102冷卻板104熱壓板
106斷熱材108壓合板
110承載盤122冷卻流體入口
124冷卻流體出口126冷卻頭
142通道144感溫線
146開孔162開孔
164絕緣領(lǐng)部182開孔
200下方壓板202冷卻板
204熱壓板206斷熱材
222冷卻流體入口224冷卻流體出口
226冷卻頭242通道
246開孔248定位銷
262開孔264絕緣領(lǐng)部
602冷卻帽604凸出塊
606彈性件608平坦表面
710定位銷712開孔720 定位孔
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實施 方式，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。然而如下的較佳實施方式與圖式 僅供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
請參閱圖1至圖3，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明較佳實施例所繪示的電熱壓 合裝置1的立體分解圖，圖2則是圖1中電熱壓合裝置1的上治具10的立 體分解圖，圖3則是圖1中電熱壓合裝置1的下治具20的立體分解圖。
如圖1至圖3所示，本發(fā)明的電熱壓合裝置1包含有一上治具10，其固 定在一熱壓機(jī)(圖未示)的上方壓板100(以虛線表示)的壓合面上，以及一下 治具20，其固定在熱壓機(jī)的下方壓板200(以虛線表示)相對應(yīng)的另一壓合 面上。
如圖l及圖2所示，上治具IO包含有一冷卻板102，其為一體成型的剛 性中空板體，側(cè)邊設(shè)有一冷卻流體入口 122及一冷卻流體出口 124，可將冷 卻流體，例如，冷水，經(jīng)由冷卻流體入口 122及冷卻流體出口 124注入進(jìn)出 冷卻板102內(nèi)部，以達(dá)到快速熱交換的目的。
如圖1所示，冷卻板102直接鎖固在熱壓機(jī)的上方壓板100的壓合面上。 此外，在冷卻板102上另設(shè)置有復(fù)數(shù)個凸出的冷卻頭126，其詳細(xì)構(gòu)造將在 后面敘述。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，上治具10另包含有一熱壓板104，其為一體 成型的剛性板體，內(nèi)部留有通道142，可于通道142內(nèi)置入電熱裝置(圖未 示)。其中，前述的電熱裝置可以是一個或者一個以上的電熱絲、電熱棒或 電熱塊所組成，并且可程控各個電熱裝置的溫度，使熱壓板溫度均一。
請同時參閱圖4A-4C，其繪示的是埋設(shè)在熱壓板104內(nèi)的電熱裝置布局 示意圖。如圖4A-4C所示，電熱裝置的分布可以是直條式、交叉式或者是段續(xù)式。然而，以上分布方式僅為舉例說明，本發(fā)明并不只局限于此，而是可 以包括其它傾斜均勻分布方式。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，在熱壓板104的特定位置上可
布設(shè)感溫線144，以達(dá)到精確監(jiān)控?zé)釅簻囟鹊哪康?。此外，熱壓?04上另 設(shè)有復(fù)數(shù)個開孔146，使冷卻板102上復(fù)數(shù)個凸出的冷卻頭126可以穿過。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，上治具1.0另包含有一斷熱材106，其夾設(shè)在 冷卻板102與熱壓板104之間。斷熱材106包含有相對應(yīng)于冷卻頭126的復(fù) 數(shù)個開孔162，使斷熱材106能夠合適的套在冷卻頭126上及冷卻板102上。 斷熱材106可以是由任何低熱傳導(dǎo)系數(shù)的絕熱材料所構(gòu)成，并且可以是任何 形狀及大小，其主要用途為隔絕冷卻板102與熱壓板104，避免冷卻板102 影響到熱壓板104的熱壓溫度。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，開孔162具有絕緣領(lǐng)部164，當(dāng)斷熱材106 套在冷卻頭126上時，絕緣領(lǐng)部164可以圍繞冷卻頭126的側(cè)邊，使其不接 觸熱壓板104。
此外，開孔162與冷卻頭126兩者的尺寸不一定要剛好，而是可以稍微 加大開孔162的尺寸，使絕緣領(lǐng)部164與冷卻頭126之間還留有一空隙，并 采用空氣對流來斷熱或者以抽真空斷熱。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，上治具10另包含有一可導(dǎo)熱的壓合板108， 其固定在熱壓板104上。壓合板108可以是以不銹鋼或鋁合金等金屬材構(gòu)成。 壓合板108上同樣設(shè)有復(fù)數(shù)個開孔182，其相對應(yīng)于開孔146以及開孔162， 使冷卻板102上復(fù)數(shù)個凸出的冷卻頭126可以穿過。
請參閱圖5，其繪示的是凸出于冷卻板102下表面的冷卻頭1.26的剖面 示意圖。如圖5所示，冷卻頭126包含有一冷卻帽602，其以可移動的方式 固定在一冷卻板102的凸出塊604上，冷卻帽602與凸出塊604之間則設(shè)置 有彈性件606。
冷卻帽602具有一平坦表面6G8，在進(jìn)行熱壓合時，冷卻帽602經(jīng)由開孔162伸出，使平坦表面608與相對應(yīng)的燃料電池模塊的膜電極組件正上方
的陰極電極區(qū)域接觸，而通過自動或手動調(diào)整彈性件606的彈性系數(shù)，即可
控制施加于膜電極組件上的壓力，使壓力適中，不致過大或過小。此外，彈
性件606是由高熱傳導(dǎo)系數(shù)的金屬或非金屬彈性材料所構(gòu)成，可傳導(dǎo)冷卻板 102的冷卻溫度至冷卻頭表面。
根據(jù)實際的操作結(jié)果，若冷卻流體采用5'C至l(TC的冷凍水，熱壓板104 的溫度控制在約15(TC，在進(jìn)行熱壓合時，冷卻帽602的平坦表面608的溫 度可以被控制在l(TC至8(TC之間的理想溫度范圍。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，冷卻帽602與凸出塊604之間并無連通，意 即，冷卻板102內(nèi)的冷卻流體不會流動到冷卻帽602中。這也使得冷卻板102 內(nèi)的冷卻流體較不會有接觸到冷卻頭126內(nèi)的彈性件606，而造成彈性件606 損壞的風(fēng)險。
此外，冷卻頭126的冷卻帽602可平行、凹下或是凸出于熱壓板104。 并且根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實施例，甚至可以省略冷卻板102，改為采用電 控冷卻方式來控制冷卻頭，并可以個別控制冷卻頭126的溫度。
如圖1及圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，下治具20包含有一冷 卻板202，其同樣為一體成型的剛性中空板體，側(cè)邊設(shè)有一冷卻流體入口 222 及一冷卻流體出口 224，可將冷卻流體注入冷卻板202內(nèi)部，以達(dá)到快速熱 交換的目的。冷卻板202直接鎖固在熱壓機(jī)的上壓板200的壓合面上。此外， 在冷卻板202上另設(shè)置有復(fù)數(shù)個凸出的冷卻頭226,其構(gòu)造同圖5所示，因 此不再重復(fù)。
下治具20另包含有一熱壓板204，其為一體成型的剛性板體，內(nèi)部同樣 留有通道242，可于通道242內(nèi)置入電熱裝置(圖未示)。其中，前述的電熱 裝置可以是一個或者一個以上的電熱絲、電熱棒或電熱塊所組成，并且可程 控各個電熱裝置的溫度，使熱壓板溫度均一。
在熱壓板204的特定位置上可布設(shè)感溫線，以達(dá)到精確監(jiān)控?zé)釅簻囟鹊哪康?。此外，熱壓?04上另設(shè)有復(fù)數(shù)個開孔246，使冷卻板202上復(fù)數(shù)個 凸出的冷卻頭226可以穿過。
下治具20另包含有一斷熱材206，其夾設(shè)在冷卻板202與熱壓板204 之間。斷熱材206包^"有相對應(yīng)于冷卻頭226的復(fù)數(shù)個開孔262，使斷熱材 206能夠合適的套在冷卻頭226上及冷卻板202上。斷熱材206可以是由任 何低熱傳導(dǎo)系數(shù)的絕熱材料所構(gòu)成，并且可以是任何形狀及大小，其主要用 途為隔絕冷卻板202與熱壓板204，避免冷卻板202影響到熱壓板204的熱 壓溫度。
同樣的，開孔262具有絕緣領(lǐng)部264,當(dāng)斷熱材206套在冷卻頭226上 時，絕緣領(lǐng)部264可以圍繞冷卻頭226的側(cè)邊，使其不接觸熱壓板204。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，上治具10與下治具20之間設(shè)有一承載盤 110，如圖1所示，其以可移動的方式固定在熱壓機(jī)上，主要是用來承載以 及定位各個待熱壓的燃料電池模塊320。上治具10與下治具20的各個冷卻 頭126及226，即壓在相對應(yīng)的燃料電池模塊的膜電極組件322正上方。
本發(fā)明的承載盤110可以自動或手動方式自熱壓機(jī)取出或移動，也可以 推拉方式方便燃料電池模塊放置排列。請同時參閱圖6，其繪示的是承載盤 IIO的俯視圖。如圖6所示，承載盤110設(shè)有開孔712，可使下治具20的冷 卻頭226穿過，并與相對應(yīng)的燃料電池模塊的陰極電極區(qū)域接觸。
較佳者，可預(yù)先在承載盤110上鉆出定位孔，或者形成略微凸起的定位 銷710，方便操作員將燃料電池模塊快速準(zhǔn)確的擺放至定位，并且使燃料電 池模塊的膜電極組件322確實對應(yīng)到冷卻頭126及226，確保膜電極組件322 可以冷卻均勻，并且在適當(dāng)?shù)膲毫ο卤粔汉稀?br> 承載盤110的四個角落可選擇設(shè)置定位孔720，讓設(shè)置在下治具20的熱 壓板204上的相對應(yīng)四根定位銷248穿過，而上治具10也具有相對應(yīng)的孔洞， 讓下治具20的四根定位銷248穿過，使得上治具10、承載盤110與下治具 20確實定位。當(dāng)然，定位孔720以及定位銷248并非絕對必要，可以省略，或者另以其它定位方式來取代，同樣可以達(dá)到定位上、下治具的目的。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均等 變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于，包含有一上治具，包含有一第一熱壓板、一第一冷卻板以及一夾設(shè)于該第一熱壓板與該第一冷卻板之間的第一斷熱材，其中該第一熱壓板內(nèi)設(shè)有至少一第一通道，在該第一通道內(nèi)設(shè)有一第一電熱裝置，而該第一冷卻板包含有一可調(diào)整彈性系數(shù)的第一冷卻頭，其穿過該第一斷熱材以及該第一熱壓板；以及一下治具，包含有一第二熱壓板、一第二冷卻板以及一夾設(shè)于該第二熱壓板與該第二冷卻板之間的第二斷熱材，其中該第二熱壓板內(nèi)設(shè)有至少一第二通道，在該第二通道內(nèi)設(shè)有一第二電熱裝置，而該第二冷卻板包含有一可調(diào)整彈性系數(shù)的第二冷卻頭，其相對應(yīng)于該第一冷卻頭穿過該第二斷熱材以及該第二熱壓板，在進(jìn)行壓合時，該第二冷卻頭與該第一冷卻頭分別由相反方向壓合并冷卻一待壓合模塊上的同一個相對低溫區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于，該待壓合模塊為一燃料電池模塊，而該相對低溫區(qū)域為一膜電極組件區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 在該第一熱壓板或該第二熱壓板上布設(shè)有感溫線。
4. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 該第一冷卻頭包含有一冷卻帽，其以可移動的方式固定在該冷卻板的一凸出 塊上，該冷卻帽與該凸出塊之間則設(shè)置有彈性件。
5. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 該第一冷卻板的側(cè)邊設(shè)有一冷卻流體入口及一冷卻流體出口 ，可將冷卻流體 注入該冷卻板內(nèi)部，以達(dá)到快速熱交換的目的。
6. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 該第一斷熱材具有一絕緣領(lǐng)部，套在該第一冷卻頭上時，該絕緣領(lǐng)部圍繞該 冷卻頭的側(cè)邊，使其不接觸該第一熱壓板。
7. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 該第一冷卻板直接鎖固在一熱壓機(jī)的上方壓板上。
8. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 該第二冷卻板直接鎖固在一熱壓機(jī)的下方壓板上。
9. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 該上治具另包含有一壓合板，直接固定在該第一熱壓板上。
10. 如權(quán)利要求1所述的可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，其特征在于， 該上治具與該下治具之間另設(shè)有一承載盤，其以可移動的方式固定在一熱壓機(jī)上，用來承載及定位該待壓合模塊。
全文摘要
一種可局部控溫控壓的電熱壓合裝置，包含有一上治具，包含有一第一熱壓板、一第一冷卻板以及一第一斷熱材，其中該第一冷卻板包含有一可調(diào)整彈性系數(shù)的第一冷卻頭，穿過該第一斷熱材以及該第一熱壓板。一下治具，包含有一第二熱壓板、一第二冷卻板及一第二斷熱材，其中該第二冷卻板包含有一可調(diào)整彈性系數(shù)的第二冷卻頭，其相對應(yīng)于該第一冷卻頭穿過該第二斷熱材以及該第二熱壓板。在進(jìn)行壓合時，該第二冷卻頭與該第一冷卻頭分別由相反方向壓合并冷卻一待壓合模塊上的同一個相對低溫區(qū)域。
文檔編號B30B9/00GK101369664SQ20071014183
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者楊清森, 林昱志, 蔡明洲, 賴將文, 陳竣明 申請人:南亞電路板股份有限公司