TW200820480A - Fuel cell unit with reserved signal pin - Google Patents

Description

200820480 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 尤指一種具預留訊號腳位 本發明係關於一種燃料電池， 的燃料電池裝置。 【先前技術】 燃料電池(iuel cel1’Fc)是-種利用化學能直接轉化成 電能的發電錢。與倾發電方式她，麵魏具有低污 染、低噪音、高能量密度、較高能量轉化料優點，是一種 極具發展潛力的電量來源。由於有著上述的優點，其應用範 圍相當廣泛’從攜帶式電子裝置、家用發電、交通工具、航 太工業等等領域均可應用。 直接甲醇型燃料電池(Direct Methan〇1 _⑽，MFC) 的工作溫度從室溫到130度左右，基本工作原理是由電極提 供電子轉義場所：將甲醇水溶液通人陽極(An()de)表面進行 燃料(例如氫）的電催化氧化反應，生成_口 H+，並釋放出 私子迅子經由外線路傳導到陰極(Cathode )與氧化劑（例如 氧)進行還原反應，並產生水(化學式蝴；進入燃料電池的 燃料(例如氫氣)及氧化劑（例如氧氣），皆須藉由觸媒的催化 作用，以提升反應速率。 然而，一般來說，DMFC中各個裝置（例如風扇、泵、混 合槽）實際上的轉速、液位、燃料濃度等等資訊都無法--掌 握’這使得對DMFC作實驗或控制都難以順利達成。 5 200820480 【發明内容】 本發明之主要目的在提供一種具預留訊號腳位的燃料電 池裝置’麵屬白勺能量管理系統除了能夠基射然料電池板的 狀祕號倾料，更可以事先安裝各種侧器在相對的裝 置中，並藉著這些偵測器所提供的溫度、液位、濃度、轉速 資訊等作更進一步的控制。

基於上述目的’在本發明具預留訊號腳位的燃料電池裝 置中’主要包合燃料電池板、第—風扇、冷凝器、陽極燃料 儲存槽、緩衝容哭、旦 疋里泵、循環泵，並在相對的裝置中分 別裝設有溫度偵測哭、、、六“ t 、、』->.液位偵測器、濃度偵測器、轉速偵測 上述燃料電池板至少包含陽極觸媒電極、陰極觸媒電 拖#及叹置在陽極觸媒電極、陰極觸媒電極之間的質子交 陽：、為㈣分卿陽極觸電極、陰極觸電極通入 %極燃料、陰極燃料。 狄優點與精神可崎由町的發明詳述及所 附圖式得顺—步的_。 【實施方式】 請參閱第1圖，第1 電池裂置之示意圖。如第明具預留訊號腳位的燃料 的燃料電崎置仏 〔了本發明具顧訊號腳位 匕3 ·複數個燃料電池板10、第-風扇 6 200820480 12、冷凝器18、陽極燃料儲存槽20、緩衝容器26、定量果 22、循環泵28、能量管理系統30。燃料電池板1〇至少包含 陽極觸媒電極、陰極觸媒電極、以及設置在陽極觸媒電極、 陰極觸媒電極之間的質子交換膜。陽極燃料(例如曱醇)係由 陽極燃料注入口 10c注入其内，再流向陽極觸媒電極，最後 由陽極燃料流出口 10d流出。陰極燃料(例如空氣)係由陰極 燃料注入口 l〇a注入，再流向陰極觸媒電極，最後由陰極燃 着 料流出口 10b流出。由於陽極觸媒電極、陰極觸媒電極、質 子交換膜均屬習知元件，故在此省略均不描繪在圖示上。 本發明具預留訊號腳位的燃料電池裝置是藉著接收來自 於该些燃料電池板10的該些狀態訊號，並依據該些狀態訊號 來控制定量泵22、循環泵28，來使得注入至該些燃料電池板 10的陽極燃料的濃度、流量與溫度能夠符合設定條件，同時 依據該些狀態訊號來控制第一風扇12，使得注入至該些燃料 • 電池板10的空氣的流量能夠符合設定條件。該些燃料電池板 10在運作中所產生的至少一項以上狀態訊號會經由連接介 面l〇e、通信鏈42(例如：電纔線）而傳送至燃料電池控制器 32 〇 在本發明具預留訊號腳位的燃料電池裝置中，會再次利 用回收水與未反應的曱醇燃料，將其回收之後，再經適當混 合後再度成為陽極燃料。在這回收過程中，冷凝器18會經由 7 200820480 : 1%收集該些燃料電池板1G所釋放的水蒸 予以冷欢成回收水，然後在注人至緩衝容器26中。緩 u中喊液分_ 24則連通至陽極轉流出口 ^ ’並分嶋自_職出口财的：氧化碳_、 未反應的甲醇馳_，但只健鴨輯红氧化碳。所 以’錢衝容器26所儲存且已混合的陽極燃料，乃係分別來 ;氣液力n冷凝1118的时水(也可包含外部的水 源）、陽極燃料儲存槽20。 為了供應陽極燃料給該些燃料電池板1〇，在控制器32 的控制下’定量泵22(dQsingpump麻極轉儲存槽别所 儲存__術錢齡㈣，賴觀28(eirculatlon P卿)則將緩衝容器26所儲存的已混合的陽極燃料，經由陽 極燃料注入口 l〇c打入至該些燃料電板1〇。 為了能夠更進-步掌握整個⑽中所有的參數，在本發 明具預留訊號腳位_料電_置中，特別地將各種偵廳 設置在相對的裝置中，並藉著這些偵測器所提供的溫度、液 位、濃度、轉速資訊等作更進一步的控制。 更具體來說，第-風扇12會在第一轉速摘測器36a的摘 測下，經由陰極燃料注入口 l〇a通入空氣至該些燃料電池板 1〇。為了讓操作者能夠更進一步掌握整個系統中所有的參 數’第一轉速偵测器36a可透過第一轉速腳位邪〇&提供第一 200820480 風扇12的第一轉速資訊。第-轉速腳位360a可包含「+」電 源蝠子、―」電源端子、「FG」轉速端子。 在冷凝器18中，則具有偵測回收水的第一液位資訊之第 液倾測，並軸第—触躲聽提供第一液位 ' f訊。在陽極轉儲存槽2G中，具有偵職極罐的第二液 / 位資訊之第二液位偵測器' 36d，並經由第二液位腳位36〇d提 供第二液位資訊。在緩衝容器26中，則具有溫度偵測器36g、 _ 帛二液位偵測器36f、濃度偵測器36e。溫度偵測器36g可透 過服度腳位360g提供已混合的陽極燃料的溫度資訊。第三液 位偵測器36f可透過第三液位腳位讓提供已混合的陽極燃 料的第—液位資成。濃度偵測器3βθ可透過濃度腳位細^ 提供已混合的陽極燃料的濃度資訊。 在疋1泵22(dosing pump)則具有偵測第二轉速資訊的 第一轉賴測器36h，並經由第二轉速腳位鳩提供第二轉 _ 速貧訊。在循環泵28(circuiati0I1 pump)具有偵測第三轉速 育訊的第三轉速偵_ 36i，並經由第三轉速腳位黯提供 第三轉速資訊。 此外’為了加強收集該些燃料電池板10所釋放的水蒸 氣，在冷凝1 18、陰極燃料流出口 1〇b之間額外設置第二風 扇16。第二風扇16也具有偵測第四轉速資訊的第四轉速偵 測器36b ’並經由第四轉速腳位3議提供第四轉速資訊。 200820480 上述由腳位360a至360i所要向外傳輸的資訊可藉由通 信鏈44(例如：.電纜線)傳輸至燃料電池控制器32。 為了保持輸入空氣的潔淨，特別在第一風扇12、陰極燃 料注入口 10a之間，額外設置空氣過濾器14，而過濾第一風 扇12所通入的空氣。 為了提供崎電池紅初始化的魏，在能量 管理系統30額外具有充電電池40,並藉著充電電池仙提供 • 上述所需電源。充電電路38則基於變壓器34所提供的電源， 對充電電池40進行充電。在罐電池裝置完成初始化階段 後，改由該些燃料電池板10提供所需的電源。變壓器私主 要用來將該些燃料電池板10所輸出的電麗調節至固定電壓 值。 ^ 藉由以上較料體實酬之詳述，鱗望能更加清楚描 述本發明之槪與精神並相上柄揭露的較佳具體實 • 施例來對本發明之範嘴加以限制。相反地，其目的是希望能 涵蓋各種改變及具相等性的安胁本發明所欲申請之專= 圍的範嘴内。 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明具預留訊號腳位的燃料電池裝置之示音圖 【主要元件符號說明】 10燃料電池板 200820480

10a陰極燃料注入口 10b陰極燃料流出口 10c 1%極燃料注入口 10d陽極燃料流出口 12第一風扇 14空氣過濾器 16第二風扇 18冷凝器 20陽極燃料儲存槽 22定量系 24氣液分離器 26缓衝容器 28循環泵 30能量管理系統 32燃料電池控制器 34變壓器 36a〜36i债測器 38充電電路 40充電電池 42 通信鍵 360a〜360i腳位

Claims (1)

1. 200820480 十、申請專利範圍·· 具預留訊號腳位的燃料電池裝置， 包括： 該電池裝置 至少片以上的燃料電池板，該燃料電池板至少 已括私性連接介面，該電性連接介面用來 乍為提ί、.亥些燃/料電池板在運作中所產生的 /|、 ' 、項乂上狀怨訊號的通信路徑，該些燃 料電池板均包含一陽極燃料注入口、一陽極 燃料流出口、—陰極燃料注入口、-陰極燃 料流出口； 弟—風扇’係在—第—轉速制器的偵測下， 經由該陰極燃料注 入口通入一空氣至該些燃 料電池板，且号Γ笛 此癌乐一轉速偵測器可透過一第 一轉速腳位提供該第一 ^ π · 币風扇的一第一轉速資 一冷旋裔’係經由該陰 枝从枓、机出口收集該些燃 枓龟池板所釋放的一 、， Κ瘵軋，亚且予以冷凝 成一回收水，且星女从 、、+ 具有偵測該回收水的一第一 4貝汛之一弗一液位偵測器，並經由一第 -液位腳位提供該第—液位資訊；、 一陽極燃料儲存槽，係儲存—陽極燃料，且具有 12 200820480 偵測該陽極燃料的_ 液位债測器，並經由 第二液位資訊； 弟一液位資訊之一第二 第二液位腳位提供該

   緩衝容器，係至少包含-氣液分離器、—溫产 偵測器、-第三液位偵測器、一濃度债測二 該氣液分離器係連通至該陽極燃料流出口且 分離出來自該陽極燃料流出口中的一二氧化 碳、未反應的該陽極燃料，且該緩衝容哭所 儲存的已混合的該陽極燃料係來自該氣液分 離器、該冷凝器的該回收水、該陽極燃料儲 存槽’該溫度偵測器可透過—溫度腳位提供 已混合的該陽極燃料的一溫度資訊，該第三 液位偵測器可透過-第三液位腳㈣

   合的該陽極燃料的一第三液位資訊，該濃度 債測器可透過一濃度腳位提供已混合的=二 極燃料的一濃度資訊； 定量泵（dosing pump)，係用以將該陽極燃料 儲存槽所儲存的該陽極燃料打入該緩衝容 器，且具有偵測一第二轉速資訊的一第二轉 速偵測器，並經由一第二轉速腳位提供該第 二轉速資訊； 13 200820480 一循環泵（circulation pump)，係用以將該緩 衝容器所儲存的已混合的該陽極燃料，經由 該陽極燃料注入口打入該些燃料電池板，且 具有偵測一第三轉速資訊的一第三轉速偵測 器，並經由一第三轉速腳位提供該第三轉速 貧訊； 施1管理系統，係至少包含一燃料電池控制 态、一變壓器，該燃料電池控制器係用來接 收來自於該些燃料電池板的該些狀態訊號， 亚依據該些狀態訊號來主要控制該定量泵、 该循環泵，來使得注入至該些燃料電池板的 亥陽極燃料的濃度、流量與溫度能夠符合設 疋條件，同時依據該些狀態訊號來主要控制 亥第風扇’使得注入至該些燃料電池板的 邊空氣的流量能夠符合設定條件，而該變壓 為用來將該些燃料電池板所輸出的電壓調節 至固定電壓值。 、、s專和範圍第1項所述之具預留訊號腳位的燃 料電池裝晉，甘士 # 置/、中该燃料電池裝置進一步包含： 第一風扇’係設置在該冷凝器、該陰極燃料流 之間’並用來加強收集該些燃料電池板 200820480 所釋放的該水蒸氣並導引至該冷凝器，且具 有偵测一第四轉速資訊的一第四轉速偵測 斋’並經由一第四轉速腳位提供該第四轉速 資訊。 3·=申凊專利軏圍第〗項所述之具預留訊號腳位的燃 、 料包池裝置，其中該燃料電池裝置進一步包含： 馨 —空氣過濾器，係設置在該第一風扇、該陰極燃 料注入口之間，並用來過濾該第一風扇所通 入的該空氣。 4· 士申明專利範圍第1項所述之具預留訊號腳位的燃 料電池裝置，其中該能量管理系統進一步包含一充 ^電池、一充電電路，該充電電池提供該燃料電池 裝置初始化階段所需的電源，該充電電路則基於該 • 、交壓器所提供的電源，對該充電電池進行充電。 5·如申請專利範圍第4項所述之具預留訊號腳位的燃 f電池裝置，其中在該燃料電池裝置完成初始化階 段後，改由該些燃料電池板提供所需的電源。 15