具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統的製作方法
2024-02-15 20:48:15
專利名稱：具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種燃料電池反應氣體的技術，特別是關於一種具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統。
背景技術：
隨著人類文明的進步，傳統能量如媒、石油及天然氣的消耗量持續的升高，造成地球嚴重的汙染，以及加重溫室效應及酸雨等環境惡化的因子。人類已清楚地認識到天然能源的存量有限，如果持續地濫用，在不久的將來便會消耗殆盡。因此，世界先進國家近來無不致力於研發新的替代能源，而燃料電池組便是其中一種重要且具發展潛力及實用價值的選擇。與傳統的內燃機相較，燃料電池組具有能量轉換效率高、排氣乾淨、噪音低、且不使用傳統燃油等多項優點。
燃料電池組是由多個燃料電池單體所組成，而各燃料電池單體皆是一種將陽極反應物與陰極反應物通過電化學反應產生電能的發電裝置，而其基本上可說是一種電解逆反應，以將其化學能轉換成電能。
請參閱圖1，其顯示一公知燃料電池系統100的示意圖。如圖所示，一燃料電池系統100包含有一燃料電池組1、一陽極氣體管路2及一陰極氣體管路3。陽極氣體管路2包含有一供應陽極氣體予燃料電池組1的陽極氣體供應源21、一加壓裝置22與一陽極氣體循環管23。陰極氣體管路3包含有一供應陰極氣體予燃料電池組1的陰極氣體供應源31。
公知的燃料電池系統100作用方式為，將陽極氣體與陰極氣體分別自陽極氣體供應源21與陰極氣體供應源31供應予燃料電池組1，而陽極氣體即與陰極氣體於燃料電池組1內進行化學反應生成熱能、電能及生成物。而未反應的陽極氣體及陰極氣體即分別排出；未反應陰極氣體直接排入大氣中，而陽極未反應氣體則經由加壓裝置22加壓及陽極氣體循環管23的導通，而導通至燃料電池組1的陽極氣體入口而循環使用。
公知的燃料電池系統是將燃料電池排出的陽極氣體再導入燃料電池循環使用，雖然陽極氣體供應源含有高純度的陽極氣體，但自燃料電池排出的陽極氣體易存有雜質成份，因而，高純度陽極氣體經與循環使用的陽極氣體混合會產生純度降低(即毒化)的問題，導入燃料電池的不純陽極氣體會影響燃料電池整體的效率。
然而自陽極氣體出氣口排出的陽極氣體也不能直接排放至大氣中(陽極氣體如氫氣的局部濃度若超過4％易有爆炸、自燃的情況發生)，故如何解決陽極氣體管路的未反應氣體即為各界研究的課題。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其是以一陽極未反應氣體排放管路，將陽極未反應氣體於燃料電池系統開機初期或在燃料電池系統運作一預定間隔期間導出並與陰極氣體進行燃燒反應。
本發明的另一目的是提供一種可循環利用陽極氣體的燃料電池系統，除可將部分的陽極氣體導出並與氧氣進行燃燒反應，而另一部分的陽極氣體導入燃料電池組，並與陽極氣體供應源提供的高純度陽極氣體混合而循環使用。
本發明的另一目的是提供一種結合於燃料電池陰極觸媒層的陽極未反應氣體排放處理裝置，通過燃料電池的陰極觸媒層進行陽極未反應氣體的處理，使陽極未反應氣體與陰極氣體在燃料電池陰極觸媒層反應再將予以排放。
本發明為解決現有技術的問題所採用的技術手段是提供一種具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，包含有一燃料電池組與一陽極未反應氣體排放管路，該陽極未反應氣體排放管路是連接於燃料電池組的陽極氣體出口，用以導通陽極氣體出口排出的陽極未反應氣體至一觸媒轉化器、或經由一陰極氣體入口導通至燃料電池組的陰極觸媒層，以將導通的陽極未反應氣體與陰極氣體反應，並予以排放。
相較於現有技術，本發明所提供的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，不僅能將自陽極氣體出氣口排出的部分陽極氣體導回陽極氣體進氣口以將陽極氣體循環使用，並將部分排出的陽極氣體有效處理而解決排出陽極氣體的儲存及排放問題，更能通過減少排出陽極氣體導入陽極氣體進氣口的量而達到提高輸入氫氣純度的目的。
圖1顯示公知的燃料電池系統示意圖。
圖2顯示本發明第一具體實施例的示意圖。
圖3顯示本發明第一具體實施例的氣體混合腔室示意圖。
圖4顯示本發明第二具體實施例的示意圖。
圖5顯示本發明第二具體實施例的陽極未反應氣體於陰極觸媒層反應的示意圖。
100 公知燃料電池系統200、300 具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統1 燃料電池組11陽極氣體入口12陽極氣體出口13陰極氣體入口14陰極氣體出口15陰極觸媒層16陽極觸媒層17質子交換膜
2、2a、2b 陽極氣體管路21陽極氣體供應源22加壓裝置23陽極氣體循環管24陽極未反應氣體排放管路25閥門單元26陽極未反應氣體排放管路3、3a、3b 陰極氣體管路31陰極氣體供應源32閥門單元33陰極氣體導通管4 氣體混合腔室41噴嘴411 開口結構42混合腔5 觸媒轉化器A 陰極氣體B 生成物H 陽極未反應氣體具體實施方式
請參閱圖2，其顯示本發明具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統的第一具體實施例示意圖。如圖所示，一燃料電池系統200包括一燃料電池組1、一陽極氣體管路2a、一陰極氣體管路3a、一氣體混合腔室4與一觸媒轉化器5。
燃料電池系統200與公知燃料電池系統100的不同之處在於，陽極氣體管路2a除具有陽極氣體供應源21、加壓裝置22與陽極氣體循環管23外，更包括一陽極未反應氣體排放管路24與一閥門單元25。
陽極氣體供應源21所供應的陽極氣體，是經由燃料電池組1的陽極氣體入口11導通至燃料電池組1，而陽極未反應氣體是自一陽極氣體出口12排出。所排出的陽極未反應氣體即經由加壓裝置22予以加壓，而加壓後的一部分陽極未反應氣體經由陽極氣體循環管23導通至該陽極氣體入口11，而另一部分陽極未反應氣體則經陽極未反應氣體排放管路24及閥門單元25的控制，而導通至氣體混合腔室4。
另外，燃料電池系統200與公知的燃料電池系統100的不同之處在於，陰極氣體管路3a更包括一閥門單元32與一陰極氣體導通管33。陰極氣體供應源31所供應的部分陰極氣體，是經由燃料電池組1的陰極氣體入口13導通至燃料電池組1，而未反應陰極氣體是自一陰極氣體出口14排出至大氣中；而另一部分的陰極氣體則經由陰極氣體導通管33及閥門單元32的控制，而導通至氣體混合腔室4。
陽極氣體於氣體混合腔室4中，與由陰極氣體導通管33導通至氣體混合腔室4中的陰極氣體充分混合，再導通至觸媒轉化器5，並且於觸媒轉化器5中進行反應生成為反應物，且觸媒轉化器5將生成物B排至外界。
本發明的氣體混合腔室4除可開設適當的連接孔洞，以與陽極未反應氣體排放管路24及陰極氣體導通管33連接，以分別導通陽極未反應氣體與陰極氣體外，更可具有如圖3所示的結構。
請參閱圖3，其顯示本發明第一具體實施例所配置的氣體混合腔室的示意圖。如圖所示，氣體混合腔室4包括一噴嘴41及一混合腔42，噴嘴41連通混合腔42與陽極未反應氣體排放管路24，以將陽極未反應氣體H導通至氣體混合腔室4，並且通過噴嘴41的開口結構411將陰極氣體A導通至氣體混合腔室4。
請參閱圖4與圖5，其分別顯示本發明具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統的第二具體實施例示意圖及陽極未反應氣體於陰極觸媒層反應的示意圖。如圖所示，燃料電池系統300包括一燃料電池組1、一陽極氣體管路2b與一陰極氣體管路3b。而燃料電池組1則包括有陰極觸媒層15、陽極觸媒層16與質子交換膜17。
燃料電池系統300與公知的燃料電池系統100的不同之處在於，陽極氣體管路2b除包含陽極氣體供應源21、加壓裝置22與陽極氣體循環管23外，更包括一閥門單元25與一陽極未反應氣體排放管路26。
燃料電池系統300的作用方式與公知的燃料電池系統100的不同之處在於，自陽極氣體出口12排出的陽極未反應氣體H，經由加壓裝置22加壓後，部分的陽極未反應氣體H經陽極未反應氣體排放管路26及該閥門單元25的控制，而導通至燃料電池組1的陰極氣體入口13，並經陰極氣體入口13導通至燃料電池組1的陰極觸媒層15。導通的陽極未反應氣體H與自陰極氣體入口13通入的陰極氣體A，即於陰極觸媒層15上進行燃燒反應，反應的生成物B即自陰極氣體出口14排放。
上述本發明的各實施例中，陰極氣體供應源與陽極氣體供應源主要是作為分別提供燃料電池陰極氣體與陽極氣體之用，故在等效的功能及目的下，陰極氣體供應源與陽極氣體供應源可具有任何其它公知的型式，如陰極氣體供應源可為大氣空氣(搭配鼓風機)，也可為高壓氧氣瓶、氧氣罐，而陽極氣體供應源可為高壓氫氣瓶、氫氣罐，也可為儲氫合金等。
上述
具體實施例方式
僅用以說明本發明，而非限定本發明。
權利要求
1.一種具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，包含有一燃料電池組，包括一陽極氣體入口，用以導入一陽極氣體供應源供應予燃料電池組的陽極氣體；一陽極氣體出口，用以排出陽極未反應氣體；一陰極氣體入口，用以導入一陰極氣體供應源供應予燃料電池組的陰極氣體；一陰極氣體出口，用以排出未反應陰極氣體；一觸媒轉化器；一陰極氣體導通管，連接於陰極氣體供應源與觸媒轉化器，用以導通陰極氣體予觸媒轉化器；一陽極未反應氣體排放管路，連接於燃料電池組陽極氣體出口與觸媒轉化器，用以導通陽極未反應氣體至觸媒轉化器；所述觸媒轉化器將導通的陽極未反應氣體與陰極氣體反應，並予以排放。
2.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一陽極氣體循環管，其連接於陽極未反應氣體排放管路與陽極氣體入口，用以將燃料電池組陽極氣體出口排出的陽極未反應氣體導通至燃料電池組陽極氣體入口。
3.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，陽極氣體供應源是儲氫合金、氫氣罐之一。
4.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，陰極氣體供應源是氧氣罐、鼓風機之一。
5.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一氣體混合腔室，其連接於觸媒轉化器與陽極未反應氣體排放管路及陰極氣體導通管。
6.如權利要求4所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，氣體混合腔室更包括一噴嘴，其連接於氣體混合腔室與陽極未反應氣體排放管路及陰極氣體導通管。
7.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一閥門單元，其設置於陽極未反應氣體排放管路。
8.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一閥門單元，其設置於陰極氣體導通管。
9.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一加壓裝置，其設置於陽極未反應氣體排放管路。
10.如權利要求1所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，自陰極氣體出口所排出的未反應陰極氣體是直接排至大氣中。
11.一種具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，包含有一燃料電池組，包括一陰極觸媒層；一陽極氣體入口，用以導入一陽極氣體供應源供應予燃料電池組的陽極氣體；一陽極氣體出口，用以排出陽極未反應氣體；一陰極氣體入口，用以導入一陰極氣體供應源供應予燃料電池組陰極觸媒層的陰極氣體；一陰極氣體出口，用以排出未反應陰極氣體；一陽極未反應氣體排放管路，連接於燃料電池組的陽極氣體出口與燃料電池組的陰極氣體入口，用以導通陽極未反應氣體至燃料電池組的陰極觸媒層；所述陰極觸媒層將導通的陽極未反應氣體與陰極氣體反應，並由陰極氣體出口予以排放。
12.如權利要求11所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一陽極氣體循環管，其連接於陽極未反應氣體排放管路與陽極氣體入口，用以將燃料電池組陽極氣體出口排出的陽極未反應氣體導通至燃料電池組陽極氣體入口。
13.如權利要求11所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，陽極氣體供應源是儲氫合金、氫氣罐之一。
14.如權利要求11所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，陰極氣體供應源是氧氣罐、鼓風機之一。
15.如權利要求11所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一閥門單元，其設置於陽極未反應氣體排放管路。
16.如權利要求11所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，更包括一加壓裝置，其設置於陽極未反應氣體排放管路。
17.如權利要求11所述的具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，其特徵在於，自陰極氣體出口所排出的未反應陰極氣體是直接排至大氣中。
全文摘要
一種具有陽極未反應氣體排放處理裝置的燃料電池系統，包含有一燃料電池組與一陽極未反應氣體排放管路，陽極未反應氣體排放管路連接於燃料電池組的陽極氣體出口，用以導通陽極氣體出口排出的陽極未反應氣體至一觸媒轉化器、或經由一陰極氣體入口導通至燃料電池組的陰極觸媒層，以將導通的陽極未反應氣體與陰極氣體反應，並予以排放。
文檔編號H01M8/00GK101079490SQ200610080959
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月23日 優先權日2006年5月23日
發明者楊源生, 蕭逢祥 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司