JP2008066299A

JP2008066299A - 起動補助装置と方法を具備した燃料電池システム

Info

Publication number: JP2008066299A
Application number: JP2007214385A
Authority: JP
Inventors: Jiun Ching Tung; 俊卿童; Wen-Hsing Chang; 文星張
Original assignee: Antig Technology Corp; Syspotek Corp
Current assignee: Antig Technology Corp; Syspotek Corp
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2008-03-21
Also published as: TW200814418A; US20080057353A1

Abstract

【課題】起動補助装置・方法を具備した燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム内の流体捕集装置の起動のための有効的な運転方法を提供するために、前記起動方法は、外力を通じて前記流体捕集装置を起動し、内部燃料電池を経由することなく前記流体捕集装置を起動する。また、内部二次電池とマイクロコントロールユニットを通じて、流体捕集装置の起動を制御するために、前記起動方法は、前記マイクロコントロールシステムを通じて燃料電池本体内の燃料の使用状況を更に検出し、前記燃料の使用状況を分析して、前記流体捕集装置を起動し、二次電池がマイクロコントロールユニット、又は、流体捕集装置の起動を提供できない時、二次電池に対して充電してからマイクロコントロールユニット、又は、流体捕集装置を起動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一種の起動補助装置と方法を具備した燃料電池システムに関り、特に、燃料電池システム内の燃料供給に用いる供給方法と装置で、前記方法と装置は燃料電池システム内の燃料の正常な供給を有効的に提供できることにある。

燃料電池は、一種の発電装置であるが、一般的な非充電式電池のように使い捨てではなく、充電式電池のように使い終わると継続して充電しなければならないことはない。燃料電池はその文字のとおり、その電力を維持するため継続して燃料を添加し、必要となる燃料は「水素」で、燃料電池の動作原理とは、電池に陰陽両電極を含み、各々電解液を充満し、また両電極間が浸透性を具備した薄膜で構成されている。水素ガスが燃料電池の陽極に進入し、酸素（または空気）が陰極から燃料電池に進入する。又燃料電池の種類も非常に多く、携帯式超小型システムに最も適合するものは、陽子交換膜型燃料電池（ＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ、ＰＥＭＦＣ）と直接メタノール型燃料電池（ＤｉｒｅｃｔＭｅｈｔａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ、ＤＭＦＣ）を含み、この両者はいずれも室温で動作でき、体積が小さく、軽量で、電池スタックの設計に利便等の長所がある。直接メタノール型燃料電池は液体メタノールを燃料とし、体積エネルギー密度も液体水素の約三倍から四倍で、貯蔵や輸送も水素ガスより便利と安全で取得も容易で、コストも低いため、携帯型電子製品のニーズに合致している。

上述の燃料の提供は、燃料電池の継続的運転を提供するため、例えばポンプといった流体捕集装置を通じ、燃料供給装置内の燃料溶液を燃料電池本体に注入する。しかしながら既知の技術では、前記流体捕集装置の起動は燃料電池の電力を通じて運転に供され、燃料電池の電力がポンプの最低起動電圧より低い場合、電力が無い場合、または１回目の燃料電池作用の場合、前記燃料電池がポンプを通じて燃料供給装置の燃料を捕集できない。

上述の問題に鑑み、本発明の目的は、一種の燃料電池の起動方法と装置を提供し、既知の技術内で解決できなかった問題を本発明の起動方法とその装置を通じて、上述の問題を有効的に解決できることにある。

本発明は、起動補助装置と方法を具備した燃料電池システムで、前記方法の目的は燃料電池システム内の流体捕集装置の起動のために有効的な運転方法を提供することにあり、前記起動方法は、外力を通じて前記流体捕集装置を起動し、前記外力の働き作用は、内部燃料電池の電力によらず前記流体捕集装置を起動する方法にある。

本発明の別の目的は、内部二次電池とマイクロコントロールユニット（ＭｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ、ＭＣＵ)を通じて、流体捕集装置の起動を制御することにあり、前記起動方法は前記マイクロコントロールシステムを通じて燃料電池本体内の燃料の使用状況を更に検出し、前記検出はセンサー装置またはセンサー手段で達成し、その後、前記燃料の使用状況を分析して、前記流体捕集装置を起動する。また本発明は、二次電池の電力がマイクロコントロールユニットまたは流体捕集装置の起動を提供できない時でも、まず二次電池に対して充電してからマイクロコントロールユニットまたは流体捕集装置を起動できる装置を更に提供する。

さらに、本発明の別の目的は、前記方法と装置を結合することで、二次電池の無い状態下でも、燃料電池システム内の流体捕集装置の起動と運転を有効的に起動でき、前記方法では直接的、または、間接的に流体捕集装置を起動できる。

上述の燃料電池システムには、燃料供給装置、流体捕集装置、流体捕集補助装置及び燃料電池本体等を含む。燃料電池本体は、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）とすることができ、この直接メタノール燃料電池は、特定の方法を通じてメタノールと酸素を化学反応させることで熱力学的ポテンシャルを発生する。可動部品の力を借りることなく、直接メタノール燃料電池で電気化学反応を通じて電流を発生させ、燃焼させる必要なく、また燃料の貯蔵を水素ガスに転換したりまたは水素ガスを陽子交換（ＰＥＭ）に暴露させる必要がない。直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）という従来の電池より優れているところは、直接メタノール燃料電池に燃料のみを添加すると持続的に発電できることにある。直接メタノール燃料電池は、生産能力の設備であり、普通電池はエネルギー貯蔵設備のみである。直接メタノール燃料電池は燃料のみを添加すると作動できる。ＤＭＦＣに十分な燃料と酸素を提供するだけで、ＤＭＦＣは継続して電気エネルギーを発生することができ、改めて充電する必要がない。上述の燃料を燃料供給装置内に保存し、且つ燃料供給装置は流体捕集装置を通じて、前記燃料を燃料電池本体内に注入する。前記流体捕集装置に要する電力は、燃料電池本体で発生した電力を提供できる。前記燃料電池が提供された電力を前記流体捕集装置の動作に提供することができない場合、外部から起動を提供する方法で前記流体捕集装置を起動し、燃料供給装置内の燃料溶液を燃料電池本体内にスムーズに注入させることができる。前記外部から起動を提供する方法は、押圧による起動または手押し式等の方式を利用し、上述の方式を介することで、流体捕集装置を起動できる電力の発生または押圧による起動方式の手動手段で押し出し、燃料溶液を燃料電池本体内に注入させることで、前記燃料電池で生じる必要電力の燃料を提供する。燃料電池本体は燃料溶液があるため、流体捕集装置を再起動させて電力を発することで、有効的に起動方式を達成する。

もしも前記燃料電池システムに、二次電池またはマイクロプロセッサ或いはその組み合せ方式を含む場合、前記二次電池は、燃料電池の電力が流体捕集装置の起動電力を提供できない時、起動に要する電圧電流を提供でき、またマイクロプロセッサの分析を通じて流体捕集装置を起動させるかどうかを決定できる。別の態様は、前記二次電池が外部の流体捕集補助装置を通じて二次電池に充電を行い、または燃料電池の運転に伴い前記二次電池に充電し、更に太陽エネルギーパネルを通じて二次電池に充電を行い、最終的に、前記二次電池を経由して前記流体捕集装置を起動する。本発明は起動の方法または装置を介することで、均しく流体捕集装置を有効的に起動でき、燃料電池システムを正常に動作させることができる。

図１は、燃料電池起動補助方法の見取図１００で、前記見取図には燃料供給装置１１０、流体捕集装置１２０、流体捕集補助装置１３０、燃料電池１４０と電力補助装置１５０等といった数個の主要部分を含む。また流体流路も含み、前記流体流路の用途は溶液をその中に流動させることができ、つまり前記流路を介して燃料溶液を運んで燃料供給装置１１０から伝送して燃料電池本体１４０内に注入できる。また、流体捕集補助装置１３０は流体捕集機構で、外力または手動方式の操作を利用して、電力を使用しない状況において、燃料溶液を押し出して燃料電池１４０内に注入できる。

前記主要部分の連結方法は以下のとおりで、燃料供給装置１１０が流路１１１を介して流体捕集補助装置の流路１３１及び流体捕集装置１２１と連結し、また流体捕集補助装置１３０と流体流路１３１が相互に連結し、前記流体捕集補助装置１３０の別の流体流路１３３と１４１が燃料電池１４０と相互に連結することで、燃料供給ルートを形成する。その他循環流路１１２及び１４２を有し、その用途は燃料電池本体内１４０内に残留する燃料溶液が、循環流路１１２、１４２を経由して燃料供給装置１１０に戻り、且つまた残留燃料溶液の濃度を見て、適時燃料供給装置１１０内において、外付けカートリッジ式燃料補充装置（Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ）内の高濃度溶液を燃料供給装置１１０内に注入し、また燃料供給装置１１０も混合槽と称することができ、その働く作用は同一である。

本発明は燃料電池起動補助の方法で、燃料電池システムの動作を維持させることで、燃料供給装置１１０内の燃料溶液を燃料電池本体１４０に注入させるため、正常な動作において燃料供給装置１１０内の燃料溶液が流体捕集装置１２０の動作を通じて燃料電池本体１４０内に注入し、この場合、流体捕集装置１２０運転の電力は、燃料電池本体の作用後に発生した電力から提供できるが、燃料供給装置が燃料電池システムの初起動時または燃料電池本体の燃料濃度が流体捕集装置を運転するための十分な電力を発生できない時、本発明では流体捕集補助装置を提供し、前記流体捕集補助装置１３０を機械構造とすることができ、その方法は前記機械構造を利用して外力の方式で、燃料供給装置１１０内の燃料溶液を流路１１１及び１３１、前記流体捕集補助装置１３０を介し、更に流路１３３及び１４１を経由して外力で燃料電池本体１４０内に注入し、前記注入した燃料溶液は燃料電池本体１４０の再電気化学反応を通じて、電力を発生することができる。発生した電力で流体捕集装置１２０を起動させることができた後、当初の燃料供給方法に回復できる。別の態様は手動の方式を利用し、例えば手回し式の回転または押出方式で、燃料流路を経由して燃料供給装置１１０内の燃料溶液を燃料電池１４０に送る。

また別の電力補助装置１５０は、流体捕集装置１２０を直接駆動することで、流体捕集装置に要する電力を提供でき、つまりケーブル１５１を通じて流体捕集装置１２０を直接駆動しても流体捕集装置を起動できない場合、自動的にこの電力補助装置を通じて、燃料電池１４０に対して燃料供給を行うことができる。上述の電力補助方式は手回し式発電の流体捕集補助装置または太陽エネルギーパネル等の電力を発生できる方式とすることができる。

上述の流体捕集補助装置１３０と電力補助装置１５０は、単独で存在または組み合わせ方法で存在でき、燃料供給装置１１０内の燃料溶液を流体捕集装置１２０で作動できない場合、やはり継続して動作を維持して、電気化学反応を持続的に発生できる目的を図る。

図２は、燃料電池供給装置の起動補助方法の見取図２００で、前記見取図には燃料カートリッジ２１０、流体捕集装置１２０、流体捕集補助装置１３０、燃料混合槽２２０、電力補助装置１５０、マイクロコントロールユニット２３０とセンサーユニット２４０等といった数個の主要部分を含む。また流体流路とケーブルも含み、前記流体流路の用途は図１の説明と同一で、またケーブルが電源と信号制御の伝送媒質となる。

前記主要部分の連結方法は以下のとおりで、燃料カートリッジ２１０が流路１１１を介して流体捕集補助装置の流路１３１及び流体捕集装置１２１と連結し、また流体捕集補助装置１３０と流体流路１３１が相互に連結し、前記流体捕集補助装置１３０の別の流体流路１３３と１４１が燃料混合槽２２０と相互に連結することで、燃料供給ルートを形成する。また電力補助装置１５０がマイクロコントロールユニット２３０とセンサーユニット２４０と相互に連結する。

上述は、外付けカートリッジ式燃料補充装置(Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ)を介してその内の高濃度溶液を燃料混合槽２２０内に注入し、前記補充の判定はマイクロコントロールユニット２３０により燃料混合槽２２０内の燃料濃度を分析し、また前記濃度の測定は、センサーユニット２４０を通じて濃度検知を行なうことができる。

本発明の供給装置起動補助方法は、燃料電池供給装置１１０内にも用いることができ、また燃料混合槽２２０内濃度の調整にも用いることができ、前記補助装置は単独使用、または組み合わせでも使用でき、また一つの切換方法を通じることで同一の補助装置を使用できる。

図３は、燃料電池流体補助方法のもう一つの態様の見取図３００で、前記見取図には燃料供給装置１１０、流体捕集装置１２０、流体捕集補助装置１３０、燃料電池１４０、電力補助装置１５０、マイクロコントロールユニット２３０と二次電池３１０等といった数個の主要部分を含む。

その連結方法は以下のとおりで、燃料供給装置１１０が流路を通じて流体捕集補助装置流路１３１と相互に連結し、また流体捕集補助装置１３０と燃料電池本体が流路１３３で相互に連結し、その他、燃料電池本体１４０がケーブルを通じて二次電池３１０と相互に接続すると共にケーブルを通じてマイクロコントロールユニット２３０と相互に接続する。その他、電力補助装置１５０はケーブルを通じてマイクロコントロールユニットと二次電池１５０と相互に接続する。

前記電力補助装置の用途は、前記電力補助装置１５０を通じて二次電池３１０に充電することができ、更に前記二次電池３１０で流体捕集装置１２０に要する電力を提供し、流体捕集補助装置１３０を経由して外力で燃料を燃料電池本体１４０に提供する必要がなく、更に二次電池３１０に充電することで、流体捕集装置１２０を起動する目的に達すことができる。前記電力補助装置１５０は太陽エネルギーパネルを利用でき、太陽エネルギーを介して電力を貯蔵し、また電力を二次電池３１０に保存し、二次電池に充電することでマイクロコントロールユニット２３０または流体捕集装置１２０を起動する目的を達し、その他手回し式発電装置を利用して二次電池に電力を提供することができ、力を手回し式発電装置によって、例えば導電コイルを介して電力を発生し、または同じ手動で電力を発生する方式といった回転方式を利用する。同時に、また太陽エネルギーパネルと手回し式発電装置を結合することで電力補助装置１５０とすることができる。

燃料電池起動補助方法の見取図である。燃料電池供給装置起動補助方法の見取図である。燃料電池流体補助方法のもう一つの態様の見取図である。

符号の説明

１１０燃料供給装置
１２０流体捕集装置
１３０流体捕集補助装置
１４０燃料電池
１５０電力補助装置
１１１、１１２、１２１、１３１、１３３、１４１、１４２、１２２流路
１５１ケーブル
２３０マイクロコントロールユニット
２４０センサーユニット
３１０二次電池

Claims

燃料供給装置、溶液の流路、流体捕集装置、流体捕集補助装置、及び、燃料電池本体を提供することと、
前記燃料供給装置が燃料を提供し、且つ、前記燃料供給装置内の燃料が溶液の流路を通じて燃料を運ぶことと、
前記流体捕集補助装置が外部から提供された動力を通じて、前記溶液流路内の燃料を駆動、並びに、前記溶液流路内の燃料を燃料電池本体へ流れ込ませることができることと、
前記流体捕集補助装置の作動を停止させること、及び、
前記燃料電池本体で発生した電力を前記流体捕集装置へ提供することで、前記流体捕集装置が前記溶液流路内の燃料を駆動させ、並びに、前記溶液流路内の燃料を燃料電池本体へ流れ込ませることができるステップを含むことを特徴とする、燃料電池システム起動補助方法。
請求項１記載の燃料電池システム起動補助方法において、前記流体捕集補助装置は、手押し式捕集装置とすることができることを特徴とする、燃料電池システム起動補助方法。
請求項１記載の燃料電池システム起動補助方法において、前記流体捕集補助装置は、手巻き式捕集装置とすることができることを特徴とする、燃料電池システム起動補助方法。
請求項１記載の燃料電池システム起動補助方法において、前記流体捕集補助装置は、機械式捕集装置とすることができることを特徴とする、燃料電池システム起動補助方法。
請求項１記載の燃料電池システム起動補助方法において、前記流体捕集装置、二次電池とマイクロコントロールユニットの電力を直接提供できる電力補助方法を更に含むことを特徴とする、燃料電池システム起動補助方法。
電気化学反応を行うことで電力を発生することができる燃料電池に用い、
燃料供給装置と、
流体捕集メカニズムを具備し、電力を燃料流体の駆動動力に変換し、並びに、燃料を燃料電池内に注入することに用いる流体捕集装置、及び、
もう一つの流体捕集メカニズムを具備し、外部から提供された動力を燃料流体の駆動動力に変換し、並びに、燃料を燃料電池内に注入することに用いる流体捕集補助装置を含み、
前記燃料供給装置は各々前記流体捕集装置と前記流体捕集補助装置に連通し、前記流体捕集装置と前記流体捕集補助装置が各々前記燃料電池までに連通することを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項６記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記流体捕集装置に電気的に接続し、電力を提供して前記流体捕集装置の流体捕集メカニズムを駆動するための電力補助装置を更に含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項７記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は手回し式発電装置を含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項７記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は太陽エネルギーパネルを含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項６記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記流体捕集装置に電気的に接続し、電力を提供して前記流体捕集装置の流体捕集メカニズムを駆動するための二次電池を更に含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１０記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記二次電池は前記電力補助装置に電気的に接続し、且つ、前記電力補助装置は電力を前記二次電池に提供することで、前記二次電池の充電を行うことができることを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１１記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は手回し式発電装置を含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１１記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は太陽エネルギーパネルを含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
電気化学反応を行うことで電力を発生することができる燃料電池に用い、
燃料供給装置と、
流体捕集メカニズムを具備し、電力を燃料流体の駆動動力に変換し、並びに、燃料を燃料電池内に注入することに用いる流体捕集装置、及び、
電力発生装置で、発生した電力を前記流体捕集装置に提供して燃料流体の駆動動力に変換し、並びに、燃料を燃料電池内に注入することに用いる電力補助装置を含み、
前記燃料供給装置は各々前記流体捕集装置に連通し、且つ、前記流体捕集補助装置が燃料電池に連通し、及び、前記電力補助措置が前記流体捕集装置に電気的に接続することで電力を提供して前記流体捕集補助装置の流体捕集メカニズムを駆動することに用いることを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１４記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は手回し式発電装置を含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１４記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は太陽エネルギーパネルを含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１４記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記流体捕集装置に電気的に接続し、電力を提供して前記流体捕集装置の流体捕集メカニズムを駆動するための二次電池を更に含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１７記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記二次電池は前記電力補助装置に電気的に接続し、且つ、前記電力補助装置は電力を前記二次電池に提供することで、前記二次電池の充電を行うことができることを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１８記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は手回し式発電装置を含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１８記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記電力補助装置は太陽エネルギーパネルを含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項１７記載の燃料電池流体捕集補助装置において、燃料電池内の燃料状況を検出、または、分析するためのマイクロコントロールユニットを更に含むことを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項２１記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記マイクロコントロールユニットは、燃料電池内の燃料状況を検知、または、分析するため、センサー装置を搭載することを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項２１記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記マイクロプロセッサは、前記流体捕集装置のオン、または、オフのいずれかの状態を選択することに用いることを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。
請求項２１記載の燃料電池流体捕集補助装置において、前記マイクロプロセッサの電力源は二次電池であることを特徴とする、燃料電池流体捕集補助装置。