CN102130351A - 氢气产生装置及具有该氢气产生装置的燃料电池 - Google Patents
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Abstract
一种氢气产生装置,其适用于燃料电池。所述氢气产生装置包括容器、毛细结构及弹性袋体。毛细结构配置于容器与可挠性固态燃料之间。容器适于容纳液态水,容纳于容器内的液态水适于被毛细结构传递至可挠性固态燃料,而与可挠性固态燃料反应产生氢气。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种氢气产生装置及具有该氢气产生装置的燃料电池,且特别涉及一种使用固态燃料的氢气产生装置及具有该氢气产生装置的燃料电池。
【背景技术】
燃料电池(Fuel Cell,FC)是一种利用化学能直接转换为电能的发电装置,与传统发电方式相比,燃料电池具有低污染、低噪音、高能量密度以及较高的能量转换效率等优点,是极具未来前瞻性的干净能源,可应用的范围包括携带式电子产品、家用发电系统、运输工具、军用设备、太空工业以及小型发电系统等各种领域。
各类燃料电池依其运作原理及操作环境之不同而有不同的应用市场,在可移动式能源上的应用主要是以氢气质子交换膜燃料电池(ProtonExchange Membrane fuel Cell,PEMFC)及直接甲醇燃料电池(DirectMethanol Fuel Cell,DMFC)为主,两者皆属于使用质子交换膜进行质子传导机制的低温启动型燃料电池。以此类质子交换膜燃料电池操作原理,为氢气在阳极触媒层进行氧化反应,产生氢离子(H+)以及电子(e-)(PEMFC原理),或甲醇与水在阳极触媒层进行氧化反应,产生氢离子(H+)、二氧化碳(CO2)以及电子(e-)(DMFC原理),其中氢离子可以经由质子传导膜传递至阴极,而电子则经由外部电路传输至负载作功之后再传递至阴极,此时供给阴极端的氧气会与氢离子及电子于阴极触媒层进行还原反应并产生水。上述阳极所需的燃料氢气可通过固态硼氢化钠(NaBH4)储氢技术而得,其系将水加入固态硼氢化钠以反应产生氢气。
相关专利例如美国专利公告号US6746496、US7306780及US7427302。
固态硼氢化钠与水的反应为一次性反应,也就是一旦反应开始进行,需待固态硼氢化钠或水完全消耗,反应才会停止。因此如何实现分段反应为待解决的问题。
【发明内容】
本发明提出一种氢气产生装置,其固态燃料可与水缓慢反应以稳定释放氢气。
本发明提出一种燃料电池,其氢气产生装置的固态燃料可与水缓慢反应以稳定释放氢气。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭示的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的,本发明的一个实施例提供一种氢气产生装置,适用于燃料电池。氢气产生装置包括容器、毛细结构及弹性袋体。毛细结构配置于容器与可挠性固态燃料之间。其中容器适于容纳液态水,容纳于容器内的液态水适于被毛细结构传递至可挠性固态燃料,而与可挠性固态燃料反应产生氢气。
为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的,本发明的一个实施例提供一种燃料电池,包括氢气产生装置、电池堆及导引结构。氢气产生装置包括容器、毛细结构及弹性袋体。毛细结构配置于容器与可挠性固态燃料之间。其中容器适于容纳液态水,容纳于容器内的液态水适于被毛细结构传递至可挠性固态燃料,而与可挠性固态燃料反应产生氢气。导引结构连接于氢气产生装置及电池堆之间,且适于将固态燃料与液态水反应产生的氢气导引至电池堆。
基于上述,在本发明的上述实施例中,液态水可持续地透过毛细结构被传递至可挠性固态燃料,以使可挠性固态燃料与液态水缓慢反应而稳定释放氢气。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举多个实施例,并配合附图,作详细说明如下。
【具体实施方式】
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效,在以下配合参考图式的多个实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附加图式的方向。因此,使用的方向用语是用来说明,而非用来限制本发明。
图1为本发明一实施例的氢器产生装置的示意图。请参考图1,本实施例的氢气产生装置100适用于燃料电池,用以提供燃料电池阳极反应所需的氢气。氢气产生装置100包括容器110、毛细结构120及弹性袋体130。毛细结构120将液态水50传递至固态燃料140,而弹性袋体130可随液态水50体积的改变而胀缩以保持液态水50与毛细结构120的接触。在本实施例中,固态燃料140例如为可挠性的固态硼氢化钠,且其直径例如大于或大致上等于1mm,以适于成为能与毛细结构120均匀接触的结构,然本发明不以此为限,固态燃料140亦可为其它种类的可挠性固态燃料。
毛细结构120配置于容器110与固态燃料140之间,容器110适于容纳液态水50,容纳于容器110内的液态水50适于被毛细结构120传递至固态燃料140,而与固态燃料140缓慢反应以稳定产生氢气。
在另一实施例中,毛细结构120配置于容器110内,且部分毛细结构120延伸至容器110外。弹性袋体130配置于容器110内,使用者可注入液态水50至容器110,而使液态水50接触弹性袋体130及毛细结构120。固态燃料140配置于容器110外且与延伸至容器110外的毛细结构120接触。容纳于容器110内的液态水50适于被毛细结构120传递至固态燃料140,以与固态燃料140缓慢反应以稳定产生氢气。
图2为图1的弹性袋体随着液态水消耗而缩小的示意图。请参考图1及图2,本实施例的容器110具有透气开口112及导流开口114。容器110通过透气开口112与外界连通,毛细结构120被配置于弹性袋体130内,且导流开口114连通弹性袋体130,以使毛细结构120能够透过导流开口114延伸至容器110外。液态水50会逐渐由图1所示状态消耗为图2所示状态,而弹性袋体130则会因大气压力而随着液态水50的消耗而由图1所示状态缩小至图2所示状态。由此,可确保毛细结构120与液态水50的接触,使液态水50可持续地透过毛细结构120被传递至固态燃料140。此外,值得注意的是,由于毛细结构120对液体的传递是无方向限制的,因此固态燃料140不论是配置于容器110的下方、上方或侧边,液态水50皆可通过毛细结构120顺利地传递至固态燃料140。
请参考图1,在本实施例中,毛细结构120包覆固态燃料140、位于固态燃料140的表面上、延伸至固态燃料140内或上述的组合。毛细结构120例如由多条棉线122所组成,这些棉线122包覆固态燃料140以均匀地与固态燃料140接触。图3为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。在图3的实施例中,氢气产生装置200的固态燃料240可具有多个夹层242,而这些棉线222延伸至固态燃料240的这些夹层242内以均匀地与固态燃料240接触。本发明不对毛细结构的形式加以限制,在其它未绘示的实施例中,毛细结构亦可为棉网、棉布或其它适当形式的毛细结构。
图4为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。图5为图4的开关组件作动的示意图。请参考图4,相较于前述实施例,本实施例的氢气产生装置300在弹性管体350侧边配置开关组件360,其中弹性管体350配置于容器310与固态燃料340之间,毛细结构320穿过弹性管体350而延伸至固态燃料340。开关组件360适于由图4所示状态作动至图5所示状态,以挤压弹性管体350变形而对通过弹性管体350的毛细结构320进行压迫。由此,可中断毛细结构320对液态水50的传递,以停止固态燃料340与液态水50反应产生氢气,待需要供应氢气时再将开关组件360由图5所示状态回复为图4所示状态,让毛细结构320继续传递液态水50至固态燃料340。
图6为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。请参考图6,在本实施例的氢气产生装置400中,可在容器410与固态燃料440之间配置电渗泵(electroosmotic pump)470,以借助电渗泵470来精准地控制液态水50的流量。具体而言,可将毛细结构420穿过电渗泵470而延伸至固态燃料440,并以电渗泵470内的电子的流动来控制毛细结构420内的液态水50的传递速度,以加速、减慢或中断液态水50与固态燃料440的反应。
图7为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。图8为图7的弹性袋体随着液态水消耗而胀大的示意图。请参考图7,相较于前述所有实施例,在本实施例的氢气产生装置500中,液态水50及毛细结构520是位于弹性袋体530外,且容器510的透气开口522连通弹性袋体530。液态水50会逐渐由图7所示状态消耗为图8所示状态,而弹性袋体530则会因大气压力而随着液态水50的消耗而由图7所示状态胀大至图8所示状态。由此,可确保毛细结构520与液态水50的接触,使液态水50可持续地透过毛细结构520被传递至固态燃料540。此外,在图7及图8的实施例中,更可在容器510配置液态水补充组件580,以透过液态水补充组件580进行液态水50的补充。
上述所有实施例中的氢气产生装置皆可应用于燃料电池以提供燃料电池阳极反应所需氢气,以下以图1的氢气产生装置100为例加以说明。图9为图1的氢气产生装置应用于燃料电池的示意图。请参考图9,本实施例的燃料电池60由图1的氢气产生装置100、电池堆600及导引结构700所组成。导引结构700连接于氢气产生装置100及电池堆600之间,用以将固态燃料140与液态水50反应产生的氢气导引至电池堆600,以提供电池堆600阳极反应所需氢气。值得注意的是,电池堆600阴极反应所需的氧气例如是通过其它的供应源来提供,在本实施例中并未对此部分加以绘示。本实施例的燃料电池60可用于笔记型计算机或手机等电子装置,或可应用于车辆或船等交通工具。
综上所述,在本发明的上述实施例中至少具有一个下述优点,液态水可持续地透过毛细结构被传递至固态燃料,以使固态燃料与液态水缓慢反应而稳定释放氢气。位于容器内的液态水可通过弹性袋体的胀缩而保持与毛细结构的接触。此外,更可通过手动开关或电渗泵来控制毛细结构内的液态水的传递与否或传递速度,以调整固态燃料与液态水反应产生氢气的速度。
以上所述仅为本发明的优选实施例,不能以此限定本发明实施的范围,即凡是依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰,皆仍落入本申请权利要求涵盖的范围内。另外,本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外,摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用,并非用来限制本申请的权利范围。
【附图说明】
图1为本发明一实施例的氢器产生装置的示意图。
图2为图1的弹性袋体随着液态水消耗而缩小的示意图。
图3为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。
图4为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。
图5为图4的开关组件作动的示意图。
图6为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。
图7为本发明另一实施例的氢气产生装置的示意图。
图8为图7的弹性袋体随着液态水消耗而胀大的示意图。
图9为图1的氢气产生装置应用于燃料电池的示意图。
【主要元件附图标记说明】
50:液态水
60:燃料电池
100、200、300、400、500:氢器产生装置
110、310、410、510:容器
112、512:透气开口
114:导流开口
120、320、420、520:毛细结构
122、222:棉线
130、530:弹性袋体
140、240、340、440、540:固态燃料
242:夹层
350:弹性管体
360:开关组件
470:电渗泵
580:液态水补充组件
600:电池堆
700:导引结构
Claims (18)
1.一种氢气产生装置,其适用于燃料电池,该氢气产生装置包括:
一容器;以及
一毛细结构,配置于该容器与一可挠性固态燃料之间,其中该容器适于容纳一液态水,容纳于该容器内的该液态水适于被该毛细结构传递至该可挠性固态燃料,而与该可挠性固态燃料反应产生氢气。
2.如权利要求1所述的氢气产生装置,其中该容器内具有一弹性袋体,容纳于该容器内的该液态水与该弹性袋体接触。
3.如权利要求2所述的氢气产生装置,其中该容器具有一透气开口,该容器通过该透气开口与外界连通。
4.如权利要求3所述的氢气产生装置,其中该液态水及该毛细结构位于该弹性袋体内,该容器具有一导流开口,且该导流开口连通该弹性袋体。
5.如权利要求3所述的氢气产生装置,其中该液态水及该毛细结构位于该弹性袋体外,该透气开口连通该弹性袋体。
6.如权利要求1所述的氢气产生装置,其中该毛细结构包覆该可挠性固态燃料、位于该可挠性固态燃料的表面上、延伸至该可挠性固态燃料内或上述的组合。
7.如权利要求1所述的氢气产生装置,其还包括:
一弹性管体,配置于该容器与该可挠性固态燃料之间,其中该毛细结构穿过该弹性管体而延伸至该可挠性固态燃料;以及
一开关组件,配置于该弹性管体侧边,其中该开关组件适于挤压该弹性管体变形而压迫该毛细结构。
8.如权利要求1所述的氢气产生装置,其还包括一电渗泵,配置于该容器与该可挠性固态燃料之间,其中该毛细结构穿过该电渗泵而延伸至该可挠性固态燃料。
9.如权利要求1所述的氢气产生装置,其中该可挠性固态燃料的直径大于或大致上等于1mm。
10.一种燃料电池,包括:
一氢气产生装置,包括:
一容器;以及
一毛细结构,配置于该容器与该可挠性固态燃料之间,其中该容器适于容纳一液态水,容纳于该容器内的该液态水适于被该毛细结构传递至该可挠性固态燃料,而与该可挠性固态燃料反应产生氢气;
一电池堆;以及
一导引结构,连接于该氢气产生装置及该电池堆之间,且适于将该可挠性固态燃料与该液态水反应产生的该氢气导引至该电池堆。
11.如权利要求10所述的燃料电池,其中该容器内具有一弹性袋体,容纳于该容器内的该液态水与该弹性袋体接触。
12.如权利要求11所述的燃料电池,其中该容器具有一透气开口,该容器通过该透气开口与外界连通。
13.如权利要求12所述的燃料电池,其中该液态水及该毛细结构位于该弹性袋体内,该容器具有一导流开口,且该导流开口连通该弹性袋体。
14.如权利要求12所述的燃料电池,其中该液态水及该毛细结构位于该弹性袋体外,该透气开口连通该弹性袋体。
15.如权利要求10所述的燃料电池,其中该毛细结构包覆该可挠性固态燃料、位于该可挠性固态燃料的表面上、延伸至该可挠性固态燃料内或上述的组合。
16.如权利要求10所述的燃料电池,其还包括:
一弹性管体,配置于该容器与该可挠性固态燃料之间,其中该毛细结构穿过该弹性管体而延伸至该可挠性固态燃料;以及
一开关组件,配置于该弹性管体侧边,其中该开关组件适于挤压该弹性管体变形而压迫该毛细结构。
17.如权利要求10所述的燃料电池,其还包括一电渗泵,配置于该容器与该可挠性固态燃料之间,其中该毛细结构穿过该电渗泵而延伸至该可挠性固态燃料。
18.如权利要求10所述的燃料电池,其中该可挠性固态燃料的直径大于或大致上等于1mm。
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