CN1764000A

CN1764000A - 燃料电池系统及其排水装置

Info

Publication number: CN1764000A
Application number: CNA2004100869348A
Authority: CN
Inventors: 游承谕; 刘希安; 胡胜彦
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc; Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: CN100401566C

Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统，以及适用于该燃料电池系统的排水装置，该燃料电池系统产生液态水及热能。该排水装置包含：一回收槽，其与该燃料电池系统相连通，并具有数个通风孔及一容置空间，用以回收该燃料电池系统所产生的该液态水；一吸水材料，其设置于该回收槽的该容置空间内，用以吸收与扩散该液态水；以及一鼓风机，其与该回收槽相连通，用以将外部空气导入该回收槽内。藉此，该燃料电池系统所产生的热能将使液态水汽化成一水蒸气，并由该鼓风机所导入的该空气将该水蒸气由该回收槽的所述通风孔排至外界。

Description

燃料电池系统及其排水装置

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统及一种排水装置，尤其指一种适用于该燃料电池系统的排水装置。

背景技术

燃料电池(Fuel cell)是一种利用化学能直接转换为电能的发电装置，与传统发电方式比较，燃料电池具有低污染、低噪音、高能量密度以及高能量转换效率等优点，是极具前瞻性的干净能源。

目前发展中的燃料电池依电解质的不同，可将其区分为碱液型燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固态氧化物型燃料电池(SOFC)及质子交换膜型燃料电池(PEMFC)等。然而，燃料电池的运作原理依种类的不同会有一些差异，以属于质子交换膜型燃料电池的直接甲醇燃料电池(DMFC)为例，甲醇水溶液在燃料电池的阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H⁺)、电子(e^-)及二氧化碳(CO₂)，其中氢离子(H⁺)可以经由质子交换膜传递至阴极，电子(e^-)则经由外部电路传输至负载作功之后再传递至阴极，而供给至阴极的氧气(O₂)会与氢离子(H⁺)及电子(e^-)于阴极触媒层进行还原反应并产生水及热。

燃料电池的每个单元(Fuel cell unit)所能提供的电压较小(约0.4V)，所以在应用时通常会串联多个燃料电池单元，以形成一个燃料电池组(Fuel cellassembly)，达到电子产品所需的操作电压。目前燃料电池单元串联成燃料电池组的方式主要可区分为堆栈型(stacked)与平面型(panel)两种。目前的堆栈型燃料电池组10结构如图1所示，其包括一个由阳极触媒电极111、质子交换膜112及阴极触媒电极113所组合而成的膜电极组11(Membrane-Electrodelyte Assembly，MEA)，以及作为个别电极组串联的双极板12(bipolarplate)和两电极板13，14所组成。其中，双极板12的功能除用作电池单元串联连接外，亦可设计流道121作为燃料的供应信道。

另外，图2为目前的平面型燃料电池组的结构示意图。目前的平面型燃料电池组20包括一金属框架21、数个膜电极组22及二个电极板23，24，其中每个膜电极组22同样由阳极触媒电极、质子交换膜和阴极触媒电极所组合而成(未图标)。平面型燃料电池组20中金属框架21具有数个通口211，每一通口211设置一对应的膜电极组22。金属框架21的一侧边另设置两电流集结板(current collector)212，以作为燃料电池组20的电流输出端。二个电极板23，24内侧亦可设计流道231，以作为燃料或氧气的供应信道。

由上可知，不管是哪一类型的燃料电池组，都必需不断地提供流体燃料以及氧气使其进行反应，如此才能够持续地提供电力。然而，在反应过程中，液态水与热能亦会不断地产生，由于目前的燃料电池系统都是直接将水排放至外界，如此不只会影响到燃料电池系统周围的环境品质，而且可能会影响到用电安全，尤其是小型携带式燃料电池系统如不将反应所产生的水作排水处理的话，将会造成使用者莫大的困扰。

因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的燃料电池系统的排水装置，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料电池系统以及适用于该燃料电池系统的排水装置，解决传统燃料电池系统直接将水排放至外界，影响燃料电池系统周围环境品质、影响用电安全以及造成使用者困扰等问题。

为达到上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种排水装置，其适用于一燃料电池系统，该燃料电池系统产生液态水及热能。该排水装置包含：一回收槽，其与该燃料电池系统相连通，并具有数个通风孔及一容置空间，用以回收该燃料电池系统所产生的该液态水；一吸水材料，其设置于该回收槽的该容置空间内，用以吸收与扩散该液态水；以及一鼓风机，其与该回收槽相连通，用以将外部空气导入该回收槽内。藉此，该燃料电池系统所产生的热能将使液态水汽化成一水蒸气，并由该鼓风机所导入的该空气将该水蒸气由该回收槽的所述通风孔排至外界。

根据本发明的上述构想，其中所述数个通风孔设置于该回收槽的侧边。

根据本发明的上述构想，其中该吸水材料为棉布或是纸张。

根据本发明的上述构想，其中该燃料电池系统包含一燃料电池组，用以产生该液态水及该热能。

为达到上述目的，本发明还提供一种燃料电池系统，其包含：一燃料电池组，其利用化学反应产生电能以及液态水与热能；以及一排水装置，用以接收该燃料电池组所产生的该液态水。其中，该排水装置包含：一回收槽，其与该燃料电池系统相连通，并具有数个通风孔及一容置空间，用以回收该燃料电池系统所产生的该液态水；一吸水材料，其设置于该回收槽的该容置空间内，用以吸收与扩散该液态水；以及一鼓风机，其与该回收槽相连通，用以将外部空气导入该回收槽内。藉此，该燃料电池系统所产生的热能将使液态水汽化成一水蒸气，并由该鼓风机所导入的该空气将该水蒸气由该回收槽的所述通风孔排至外界。

根据本发明的上述构想，其中该燃料电池系统系包含一散热器，其与该燃料电池组相连通，用以接收该液态水并借助该燃料电池组所传导的该热能将部分该液态水汽化成水蒸气，并排至外界。

根据本发明的上述构想，其中该散热器包含一进水孔，一集水空间与数个开口，其中该进水孔用以接收该燃料电池组所产生的该液态水，且部分该液态水于该集水空间中汽化成水蒸气，并借助所述开口排至外界。

根据本发明的上述构想，其中该散热器还包含数个渗水孔及数个散热片，所述渗水孔设置于该集水空间的下方，用以将该液态水排放至该排水装置的该回收槽内。

根据本发明的上述构想，其中该吸水材料为棉布或是纸张。

根据本发明的上述构想，其中该数个通风孔设置于该回收槽的侧边。

为达到上述目的，本发明又提供一种燃料电池系统，其包含：一燃料电池组，其利用化学反应产生电能以及液态水与热能；一散热器，其与该燃料电池组相连通，用以接收该液态水，并借助该燃料电池组所产生的该热能将部分该液态水汽化成水蒸气后排至外界或回收至该燃料电池组的阴极侧；以及一排水装置，用以接收由该散热器所排放的该液态水。其中，该排水装置包含：一回收槽，其与该燃料电池系统相连通，并具有数个通风孔及一容置空间，用以回收该燃料电池系统所产生的该液态水；一吸水材料，其设置于该回收槽的该容置空间内，用以吸收与扩散该液态水；以及一鼓风机，其与该回收槽相连通，用以将外部空气导入该回收槽内。藉此，该燃料电池系统所产生的热能将使液态水汽化成一水蒸气，并由该鼓风机所导入的该空气将该水蒸气由该回收槽的所述通风孔排至外界。

本发明借助下列附图与实施例说明，得到一更深入的了解。

附图说明

图1为目前的堆栈型燃料电池组的结构示意图。

图2为目前的平面型燃料电池组的结构示意图。

图3(a)为本发明第一较佳实施例的燃料电池系统的装置结构示意图。

图3(b)为本发明第一较佳实施例的排水装置的结构示意图。

图3(c)为图3(a)及图3(b)的组合结构示意图。

图4(a)为本发明第二较佳实施例的燃料电池系统的散热器的结构示意图。

图4(b)为于图4(a)所示散热器内设置吸水材料的结构示意图。

图4(c)为图4(b)所示的散热器的组合示意图。

图4(d)为图4(b)所示的散热器的另一组合示意图。

图5(a)为本发明第二较佳实施例的燃料电池系统与排水装置的分解结构示意图。

图5(b)为本发明第二较佳实施例的燃料电池系统与排水装置的组合结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

10堆栈型燃料电池组 11、22膜电极组

12双极板 13、14、23、24电极板

111阳极触媒电极 112质子传导膜

113阴极触媒电极 121、231流道

20平面型燃料电池组 21金属框架

211通口 212电流集结板

30燃料电池系统 31壳体

32上端板 33下端板

34排水管 35燃料电池组

36回收槽 361通风孔

362容置空间 37、47吸水材料

38鼓风机 39排水装置

40散热器 41进水孔

42、311开口 43渗水孔

44散热片 46外盖

48集水空间 45散热本体

49出气孔 50抽气马达

51导管

具体实施方式

本发明为一种排水装置，其适用于一燃料电池系统，用以将燃料电池系统反应所产生的液态水汽化成水蒸气并排至外界，以维护燃料电池系统周围的环境品质、增加用电安全以及不会造成使用者的困扰。请参阅图3(a)，其为本发明第一较佳实施例的燃料电池系统的装置结构示意图。如图3(a)所示，该燃料电池系统30为一堆栈型(stacked)燃料电池系统，其包含壳体31、排水管34以及包含上端板32及下端板33的燃料电池组35。燃料电池组35接收外部输入的流体燃料与氧气并于其内部进行化学反应后产生电能、液态水及热能。其中，燃料电池组35的下端板33可紧贴于燃料电池系统30的壳体31，或者借助螺柱使得燃料电池组35的下端板33与壳体31之间具有一间隙，而燃料电池组35所产生的液态水经由排水管34排放至回收槽36(如图3(b)所示)。

请参阅图3(b)，其为本发明第一较佳实施例的排水装置39的结构示意图，如图3(b)所示，本发明的排水装置由回收槽36、吸水材料37以及鼓风机38所构成。回收槽36设置于燃料电池系统30的底部，如图3(c)所示，用以自燃料电池系统30的排水管34接收燃料电池组35所产生的液态水。该回收槽36于其侧边设置有数个通风孔361，且于相对于燃料电池组35的一面具有一容置空间362。于此实施例中，该回收槽36可借助卡固、锁固或是滑轨设计等方式固定于燃料电池系统30的底部。此外，回收槽36大体上呈矩形，但不以此为限。

吸水材料37设置于回收槽36的容置空间362内，其可以迅速吸收排水管34所滴下的水滴，并利用毛细现象使吸收的水分子扩散，因此可利用扩散的面积提升水的汽化速率。于此实施例中，吸水材料37以棉布、纸张或是纤维为佳，但不以此为限，任何具有适当孔隙的材料，均为本发明所保护的范围。

请参阅图3(b)及图3(c)，鼓风机38设置于回收槽36的侧边并与回收槽36相连通，用以将外部空气导入回收槽36内。由于燃料电池系统30的燃料电池组35于反应过程中会产生热能，而这些热能会使得回收槽36的温度升高，如此将使得容置空间362内的空气饱和蒸气压提高，进而使空气的含水量增加。如此一来，吸水材料37内的液态水将自然地汽化成水蒸气，最后再经由鼓风机38所导入的空气将水蒸气由回收槽36侧边的通风孔361排至外界。

本发明的排水装置39利用燃料电池组35所产生的热能，将回收于回收槽内的液态水汽化成水蒸气，并借助鼓风机38所导入的空气将水蒸气从回收槽36侧边的通风孔362携带至外界，因此燃料电池组35所产生的液态水就不会污染燃料电池系统30周围的环境、并可以增加用电安全以及不会造成使用者的困扰。

于另一实施例中，燃料电池系统30可于燃料电池组35以及排水装置39间设置一散热器40，以增加散热面积，提升散热速率。请参阅图4(a)与图4(b)，其为本发明第二较佳实施例的燃料电池系统的散热器的结构示意图。如图4(a)与图4(b)所示，散热器40包含进水孔41、前端及后端两个开口42、数个渗水孔43、数个散热片44、散热本体45、前端及后端两个开口42所对应的外盖46以及集水空间48。其中，渗水孔43设置于集水空间48的下方。

进水孔41与燃料电池系统30的排水管34相连通，用以接收燃料电池组35所产生的液态水。由于燃料电池系统30的燃料电池组35于反应时会产生热能，因此借助散热器40可以将燃料电池组35所产生的热能传导出去，以利散热。散热器40的温度会因此而升高，因此散热器40的集水空间48内的空气饱和蒸气压亦会随温度增加而提升，如此一来，部分液态水会于通过集水空间48时即汽化成水蒸气。当然，在一些实施例中，可在散热器40的渗水孔43上方铺设具有适当孔隙的吸水材料47，如图4(b)所示，用以迅速吸收排水管34所滴下的水滴，以增加液态水的汽化面积，促使更多的液态水汽化成水蒸气。而汽化的水蒸气将由外盖46与其所对应的开口42之间的缝隙排至外界(如图4(c)所示)。

另外，随着环保意识的提高，集水空间48内所汽化的水蒸气亦可以回收再加以利用，请参阅图4(d)，在一些实施例中，散热本体45的一侧边包含一出气孔49，且借助导管51与一抽气马达50连接，该抽气马达50的另一端利用导管51与燃料电池组35的阴极侧(未图标)连接，借助抽气马达50的运作将集水空间48内的水蒸气由出气孔49排至导管51，进而将水蒸气导流至燃料电池组35的阴极侧，用以加湿阴极侧的电极。由于抽气马达50的抽引使得外界的空气将由外盖46与其所对应的开口42之间的缝隙导入集水空间48内，使集水空间48内的水蒸气加速排至导管51并导流至燃料电池组35的阴极侧加湿。

请再参阅图4(a)，未被蒸发的部分液态水将由散热器40的数个渗水孔43流经所述散热片44的表面后导引至排水装置的回收槽36内。当然，液态水流经散热片44时亦会有部分液态水会汽化成水蒸气。

请参阅图5(a)，其为本发明第二较佳实施例的燃料电池系统与排水装置的结构分解图。如图5(a)所示，该燃料电池系统30包含燃料电池组35、排水装置39与散热器40。散热器40设置于燃料电池组35与排水装置39之间，且紧贴于燃料电池组35的下端板33，用以接收排水管34所排放的液态水，并借助燃料电池组35所传导的热能将部分液态水汽化成水蒸气。请参阅图5(b)，散热器40与燃料电池组35相结合后，散热器40的散热片44的部分结构将穿过壳体31底部的开口311，且突出于燃料电池系统30的底部。散热器40的散热片44可将液态水导引至排水装置39的回收槽36内，并利用燃料电池组35所产生的热能将吸水材料37内的液态水蒸发成水蒸气。最后，经由鼓风机38所导入的空气将水蒸气由回收槽36侧边的通风孔361排至外界。

综上所述，本发明的燃料电池系统的排水装置借助吸水材料将燃料电池组所产生的液态水迅速地吸收与扩散，以增加液态水汽化的面积与速率。另外，利用燃料电池组内部反应所产生的热能可使回收槽内的空间温度升高，如此将可以增加空气的含水量，进而使回收槽内的液态水汽化成水蒸气。再有，亦可借助鼓风机所导入的空气将水蒸气由回收槽边的通风孔排至外界。因此燃料电池组所产生的液态水就不会污染燃料电池系统的周围环境、并可以增加用电安全以及不会造成使用者的困扰。另外，借助燃料电池系统的散热器先将部分液态水汽化成水蒸气，使燃料电池组所产生的液态水可以回收至阴极侧加湿或部分移除。因此，本发明的燃料电池系统的排水装置极具产业的价值。

体现本发明特征与优点的一些优选实施例在前段的说明中详细叙述。本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的保护范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。本发明由本领域技术人员任施匠思而做的一些修饰，皆不脱离本发明所保护的范围。

Claims

1.一种排水装置，其适用于一燃料电池系统，该燃料电池系统产生液态水及热能，其特征在于该排水装置包含：

一回收槽，其与该燃料电池系统相连通，并具有数个通风孔及一容置空间，回收该燃料电池系统所产生的该液态水；

一吸水材料，其设置于该回收槽的该容置空间内，吸收与扩散该液态水；以及

一鼓风机，其与该回收槽相连通，将外部空气导入该回收槽内，

该燃料电池系统所产生的热将液态水汽化成一水蒸气，并由该鼓风机所导入的该空气将该水蒸气由该回收槽的所述通风孔排至外界。

2.如权利要求1所述的排水装置，其中所述数个通风孔设置于该回收槽的侧边，该吸水材料为棉布、纸张或纤维，而该燃料电池系统包含一燃料电池组，产生该液态水及该热能。

3.一种燃料电池系统，其特征在于其包含：

一燃料电池组，其利用化学反应产生电能以及液态水与热能；以及

一排水装置，用以接收该燃料电池组所产生的该液态水，该排水装置包含：一回收槽，其与该燃料电池系统相连通，并具有数个通风孔及一容置空间，回收该燃料电池系统所产生的该液态水；一吸水材料，其设置于该回收槽的该容置空间内，吸收与扩散该液态水；以及一鼓风机，其与该回收槽相连通，将外部空气导入该回收槽内，

该燃料电池系统所产生的热能将使液态水汽化成一水蒸气，并由该鼓风机所导入的该空气将该水蒸气由该回收槽的所述通风孔排至外界。

4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其中该燃料电池系统包含一散热器，其与该燃料电池组相连通，接收该液态水并借助该燃料电池组所传导的该热能将部分该液态水汽化成水蒸气，并排至外界。

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中该散热器包含一进水孔，一集水空间与数个开口，其中该进水孔接收该燃料电池组所产生的该液态水，且部分该液态水于该集水空间中汽化成水蒸气，并借助所述数个开口排至外界。

6.如权利要求5所述的燃料电池系统，其中该散热器还包含数个渗水孔及数个散热片，所述渗水孔设置于该集水空间之下方，将该液态水排放至该排水装置的该回收槽内。

7.如权利要求3所述的燃料电池系统，其中该吸水材料为棉布、纸张或纤维，所述数个通风孔设置于该回收槽的侧边。

8.一种燃料电池系统，其特征在于包含：

一燃料电池组，其利用化学反应产生电能以及液态水与热能；

一散热器，其与该燃料电池组相连通，接收该液态水，并借助该燃料电池组所产生的该热能将部分该液态水汽化成水蒸气后排至外界或回收至该燃料电池组的阴极侧；以及

一排水装置，接收由该散热器所排放的该液态水，该排水装置包含：一回收槽，其与该燃料电池系统相连通，并具有数个通风孔及一容置空间，回收该燃料电池系统所产生的该液态水；一吸水材料，其设置于该回收槽的该容置空间内，吸收与扩散该液态水；以及一鼓风机，其与该回收槽相连通，将外部空气导入该回收槽内，

9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中该散热器包含一进水孔，一集水空间与数个开口，其中该进水孔接收该燃料电池组所产生的该液态水，且部分该液态水于该集水空间中汽化成水蒸气，并借助所述开口排至外界。

10.如权利要求9所述的燃料电池系统，其中该散热器还包含数个渗水孔及数个散热片，所述渗水孔设置于该集水空间的下方，将该液态水排放至该排水装置的该回收槽内。

11.如权利要求10所述的燃料电池系统，其中该吸水材料为棉布、纸张或是纤维，所述数个通风孔设置于该回收槽的侧边。