TW201217043A - effectively reduces the content of nitrogen oxide, carbon monoxide, hydrocarbons, and particulate matter within exhaust to control the exhaust emission - Google Patents

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Description

201217043 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明有關一種電化學觸媒轉化器，尤指一種能有 效減低廢氣中氣氧化物、一氧化碳、碳氫化合物和粒狀 物之含量’藉以控制廢氣排放的電化學觸媒轉化器。 【先前技術】 [0002] 清新與潔淨的空氣是人類生活的基本要件之一，呼 吸乾淨無污染的空氣能確保人類穩定健康地生存。科技 的卓越提升，雖帶動經濟的迅速發展，然而，來自於交 〇 通工具及各式林立工礙.的廢·氣排放，:埃也..導致空氣遭受 污染，而對人類生活的空氣品質影響甚鉅β其中，重工 廠和機動車輛係眾多污染物質的主要來源。 [0003] 以機動車麵為例，雖然機動車輛排放標準不斷提高 ，但由於車輛數量不斷增加，車輛排放廢氣所帶來的空 载污染問：《!’仍然與日俱增。一般來說，機動車辆3丨擎 的運轉係將不同形式燃料經由汽缸内燃而釋放出熱能， 〇 並產生傳輸動力；惟在燃燒過程中，產生之廢氣通常包 含氮氧化物（NO )、一氧化碳（CO)、碳氫化合物
A (hydrocarbons, HCs)、粒狀物（particulate mat-ter，PM)等有害污染物，該等物質不僅會形成光化學煙 霧（photochemical smog)，更會破壞臭氧、加劇溫 室效應的惡化及引致酸雨等，進而破壞生態環境，危害 人體健康。 [0004] 其中，一氧化碳來自引擎的不完全燃燒’其與血紅 素結合成一氧化碳紅素（COHb)的能力為血紅素與氧 -099137174 表單編號A0101 第3頁/共24頁 0992064853-0 201217043 、二士氧合血紅素(_2)的3〇〇倍，故空氣中 時，將影響血紅素輪送氧氣的功能;氣氧化物Γ =氣氣與氧氣的化合，^χ_氧錢⑽或二氣化 ㈣n化合物經紫外線照射後發 生反應形成有,之光化學煙霧，具有特洙氣味刺數限 睛、傷害植物，並使大氣h度降低，錢氧化物與空 氣中的水反絲成樣及h肖酸，係騎雨之成分；雙 虱化合物在低濃度時即”數呼吸系統，若濃度提高， 則會對中樞神經系統的運作機能產生影響。 [0005] [0006]
因此，不管我國或是歐盟、日本、美國等先進國家 ，均已訂定益趨嚴格的廢氣排放標準（如美規…訐以及歐 規EURO 6)，針對氮氧化物、一氣化碳 '碳氫化合物和杈 狀物等廢氣的排放訂定標準，藉以控制並減少有害氣體 的排放’同時鼓勵業者製造、研發、引進使用最新污染 防制技術的產品。 ；!：. .....
習用富氧燃燒（lean ^urn)廢氣排放控制技術中， 並無任何單一裝置或轉化器可同時對氮氧化物（N〇 )、_
X 氧化碳（CO) '碳氫化合物（HCs)和粒狀物進行轉化。以 富氧燃燒機動車輛排氣系統的觸媒轉化器來說，其大多 僅針對一氧化碳與碳氫化合物進行催化，催化性濾煙器 則捕集與氧化粒狀物，而對於氮氧化物，則必須仰賴其 他輔助的裝置或系統，對其進行轉化。例如：現今柴油 車輛的排氣管除安裝氧化觸媒轉化器用以催化一氧化碳 和碳氫化合物的氧化外，多數須再另行搭配廢氣再循環 系統（exhaust gas recirculation, EGR)等控制氮 099137174 表單塢號A0101 第4頁/共24頁 0992064853-0 201217043 氧化物的排放，較新者則以加裝選擇性觸媒還原 (selective catalytic reduction, SCR)系統來還 原氮氧化物。 [0007] Ο [0008] 選擇性觸媒還原系統乃利用氨氣（nh3)或尿素 Cur*ea’ COCMHpp水溶液作為反應物，尿素水溶液經喷 嘴注入排氣管中會與水反應形成氨氣，遂再與氮氧化物 進行反應’使其轉變為氮氣（n2)和水（h2〇)。然而，具毒 性之氨氣除儲藏不易有外漏風險外，其反應不完全時會 造成二次汙染；再者，該選擇性觸媒還原系統的體積龐 大，且多數須搭配精密感測器_助控制。 此外’美國專利第5401372號之「Electrochemical catalytic reductio.il· ce.l.l· ….for the reduc-tion of NO in an 0o-containing exhaust emis-sion」揭露一種單獨去除氮氧化物的裝置，係利用電化 學觸媒還原反應，配合五氧化二釩（vanadium pentaoxide，觸媒催化輔助氮氧化物轉化為氮氣 L 〇 Ο ;該裝置須外加電源供應，致使該裝置中之一電化學電 池運作，如此不僅耗費能源且無法達成同時去除廢氣中 有害氣體的目標。 [0009] 另，中華民國專利申請第099106250號之「控制廢 氣排放並發電的熱活電化學暨觸媒轉化器」，其為本案 之發明人之另一創作技術，其揭露一種可轉化廢氣為電 能的轉化器，不僅可轉化廢氣中之有害物質為無污染物 質，並且達到發電利用的目的；然而，該裝置須外加燃 料供應，致使該裝置中之一固態氧化物燃料電池運作’ .099137174 表單編號A0101 第5頁/共24頁 0992064853-0 201217043 如此不僅消耗燃料且使用於機動車輛時須加裝燃料處理 系統，增加固定與操作成本，且會因燃料導致積碳而降 低裝置的使用期限。 【發明内容】 [0010] [0011] [0012] 爰上，本發明之目的在於提供一種電化學觸媒轉化 器，用以控制廢氣中有害氣體的排放，同時去除廢氣中 的氮氧化物、碳氫化合物、一氧化礙和粒狀物，並避免 電源和燃料的消耗。 為了達成前述目的，本發明之電化學觸媒轉化器包 含：至少一電池模組、一還原氣輸入單元、一還原氣輸 出單元、一還原氣循環幫浦、一廢氣輸入單元以及一廢 氣輸出單元。該電池模組包含層狀排列之一陰極部、一 陽極部、一膜電極組以及一加熱單元，該膜電極組位於 該陰極部以及該陽極部之間，該陰極部包含氧化觸媒， 該加熱單元嵌合於該電池模組；該還原氣輸入單元和該 還原氣輸出單元分別連接於該陽極部兩侧，以作為該電 池模組運作時一還原氣的輸入端以及輸出端，並藉還原 氣循環幫浦進行還原氣之封閉式循環；該廢氣輸入單元 和該廢氣輸出單元分別連接於該陰極部兩側，作為該電 池模組欲處理之一廢氣的輸入端以及輸出端。 其中，該加熱單元加熱該膜電極組至一工作溫度， 致使該還原氣於該膜電極組產生電動勢（electromotive force);該廢氣中之氮氧化物則於該膜電極組藉該電動 勢之電化學促進分解形成氮氣，該廢氣中之一氧化碳、 碳氫化合物和粒狀物則藉該氧化觸媒催化而形成二氧化 099137174 表單編號A0101 第6頁/共24頁 0992064853-0 201217043 [0013] Ο [0014] [0015] Ο 碳和水’藉以淨化該庵氣。 由上述說明可知，透過電化學促進分解反應和觸媒 氧化反應，可有效除去廢氣中的有害成分。相對於先前 技術，本發明具備更佳的廢氣處理機制，即將先前技術 所需要的1^(^還原系統和氧化觸媒轉化器合而為一，並具 備更佳的廢氣處理效率。再者，相較於廢氣轉換並發電 的結構，本發明簡化電路系統，進而達到低成本、製造 容易的優點。而本發明更藉由該還原氣循環幫浦重複運 用還原氣’不須加裴燃料處理系統來產生此還原氣，而 得降低固定與操作麟本，並可選用不會積碳的陽極侧還 原氣而增進裝置的使用期限、 有關本發明的詳細技術内容及較佳實施例，配合圖 式說明如後。 【實施方式】 本發明提出一種電化學觸媒轉化器，$以減少廢氣 中氮氧化物（NO )、一氧化碳（CO)、碳氫化合物（HCs)和
•X 粒狀物（PM)的排放、須說明的是，本發明之電化學觸媒 轉化器可適用於任何廢氣的排放裝置，例如：工廠煙囪 、發電機、各式車輛、交通工具、船舶等的廢氣排放裝 置等，在此並無特別的限定。而本發明所言之「廢氣」 ，則泛指欲淨化處理之氣體，其可包含上述四項有害成 分，或是僅包含其一或其二；故，本發明所言之「廢氣 」不必然須由上述四項有害成分所組成。有關本發明之 詳細說明及技術内容，現配合圖式說明如下. 請參閱「圖1」至「圖2」所示’其為本發明之系統 • 099137174 表·單編號A0101 第7頁/共24頁 0992064853-0 201217043 不意圖以及一電池模組實施例之架構示意圖，如圖所示 :本發明之電化學觸媒轉化器丨包含一電池模組1〇、一加 熱早疋20、一廢氣輸入單元3〇、一廢氣輸出單元“、一 還原氣輸入單元50、一還原氣輸出單元6〇、以及一還原 氣循環幫浦90 ;該加熱單元20用以加熱該電池模組1〇， 使之達到其工作溫度；該廢氣輸入單元3〇和該廢氣輸出 單元40分別連接電池模組10，作為該電池模組1〇淨化廢 氣的輸入及輸出端，其中廢氣輸入單元3〇可自一廢氣源 7 0輸入廢氣，該廢氣源7 〇例如錯爐..、煙囪、發電機、車 輛引擎等產生廢氣來源者，其中該廢氣輸入單元3〇可包 含一空氣加入單元80以加入空氣至廢氣中，此空氣加入 單元80可為一空氣幫浦；該還原氣輪入單元5〇和該還原 氣輸出單元60分別連接電池模組1〇，作為提供該電池模 組10運作的還原氣輸入及輸出端，並分別連接還原氣循 環幫浦（Circulating Pump) 90，其中該還原氣輸入 單元50可包含一還原氣儲存筒，其两储藏還原氣輸送至 還原氣輸入端50。其中，婊還原氣#環幫浦9〇可包含一 熱交換器（heat exchanger)(圖中未示），以調整還原 氣之溫度。 其中’該電池模組10的堆疊結構可為一固態氧化物 燃料電池（sol id oxide fuel cell，SOFC)的堆疊結 構，包括管狀的（tubular)與平面的（planar)，但不以 其為限。該電池模組10可再細部區分，包含：一陰極部 11 (cathode compartment)、一陽極部 12(anode compartment)以及一膜電極組 13(membrane-electrode assembly，MEA)。該陰極 099137174 表單編號A0101 第8頁/共24頁 0992064853-0 201217043 部11 '陽極部12以及膜電極組13彼此層狀排列，且該膜 電極組13位於陰極部丨丨與陽極部12之間。 進一步地’該膜電極組13包含：一陰極層 131(cathode layer)、一陽極層132(抓〇(^ Uyer) 與一電解質層133(electrolyte layer);該電解質層 133位於陰極層131與陽極層ι32之間。該膜電極組13為 本發明產生電動勢及氮氧化物分解的場所，其中電解質 層133用以阻隔分別位於陰極層13丨與陽極層132的氣體 〇 在上述一實施例♦，該電解質層133可為一固態電解 質，該固態電解質屬於無孔膜結構，能以薄膜方式阻隔 兩侧氣體並傳導離子；其材質可選自由螢石結構金屬氧 化物（fluorite metal oxides)、鈣鈦礦結構金屬氧化 物（perovskite metal oxides)及其組合所組成的群 組；例如：螢石結構的氧化釔穩定化氧化鍅 (yttria-stabilized zirconia，YSZ)、穩定化氧化 錯、螢石結構的氧北·換雜氧化:飾.（ga.d〇iinia — d〇ped ceria，GDC)、摻雜氧化鈽、鈣鈦礦結構的锶及鎂摻雜 鎵酸鋼（strontium/magnesium-doped lanthanum gallate，LSGM)、摻雜鎵酸鑭。 陽極層132與陰極層131則選擇多孔性材質，在一實 施例中’該陽極層132之材質可選自由鎳及螢石結構金屬 氧化物金屬陶瓷（cermet of nickel and fluorite metal oxides)、鈣鈦礦結構金屬氧化物、螢石結構金 屬氧化物、加金屬之鈣鈦礦結構金屬氧化物、加金屬之 螢石結構金屬氧化物及其組合所組成的群組，例如：鎳 099137174 表單編號A0101 第9頁/共24頁 0992064853-0 201217043 及氧化釔穩定化氧化鍅金屬陶瓷（Ni—Ysz 、鎳 及氧化釓掺雜氧化鈽金屬陶究（Ni_GDC cermet);节陰 極層m之材質可選自由触礦結構金屬氧化物勞二 構金屬氧化物、加金屬之舞鈇礦結構金屬氧化物、加金 屬之螢石結構金屬氧化物及其組合所組成的群組，例如 :鈣鈦礦結構之鑭锶鈷氧化物、鑭鋰錳氧化物、鑭鳃鈷 氧化物及氧化釓摻雜氧化鈽的組合'鑭勰錳氧化物及氧 化釓摻雜氧化鈽的組合、加釩之鑭勰鈷氧化物、加釩之 鑭锶錳氧化物、加釩之鑭鰓鈷氧化物及氧化釓摻雜氧化 鈽的組合、加釩之罐銘艋氧化物及氧化釓摻雜氧化鈽的 組合。 本發明之廢氣輸入單元抑及廢氣輸出單元4〇係連接 於陰極部11的兩端，其中陰極部u可再包含：一陰極流 道111 (cathode channel)以及一由氧化觸媒形成之氧 化觸媒層 112 (oxidation catalyst layer)。其中， 該些氧化觸媒可以微粒型式覆;於陰極漩道的表面，或 可為接於該陰極層131與陰;極流道Η 1芝間的多孔層 (porous layer)而形成該氧化觸媒層112，其用以催化 氣體的氧化反應；該陰極流道丨11兩側則分別連接該廢氣 輸入單元30與該廢氣輸出單元40。 該陽極部12兩端分別連接還原氣輸入單元50及還原 氣輸出單元60，其由一陽極流道121(anode channel) 構成；於本實施例中，該加熱單元20置於該陽極流道121 與該膜電極組13之間；該陽極流道121兩側分別連接該還 原氣輸入單元50與該還原氣輸出單元60，並分別連接還 099137174 原氣循環幫浦90，以進行還原氣的封閉式循環 表單編號A0101 第1〇頁/共24頁 0992064853-0 201217043 糟此，欲進行去污處理的廢氣可自廢氣輸人單元30 輸送至陰極部11的陰極流道丨U。更進-步地，廢氣中的 =:輪送至陰極層131發生分解反應生成氮= 礼化^、碳氣化合物和粒狀物則可藉氧化觸 、曰减為二氡化碳和水；最後，未參與反應的廢氣 ^反應後的氣體，可再經由陰極流道⑴輸送至廢氣輸出 單*而排出。而在陽極部12方面，還原氣可由還原氣 循袁幫庸9()自還原氣輪人單元5G輸送至陽極部12的陽極 Ο 视道121 ’位於陽極流道l2i的還原氣再輸送至陽極層 132產生電動勢；還原氣可再遴過麵氣輸ih單元60輸送 至該還原氣循環幫浦9G而進行封閉式循環。 本發明係藉由膜電極組13所產生的電動勢促進陰極 層131的觸媒分解反應’並藉由陰極部11中的氧化觸媒氧 t同時於電池模組1〇中去除廢氣中的有害成分。以下 將7?別針對陽極層132與陰極層131之電化學作用和觸媒 反應以及上述有害氣體的p反應原理分別詳述β
首先’使用於本發明之還原氣可為氫氣（η2)、一氧 化碳與二氧化碳的混合氣、一氧彳匕碳與氫氣的混合氣（人 &氣’ synthetic gas)或天然氣等。該些還原氣可自還 原氣輸入單元5〇傳送入陽極部12 。進入陽極層132之還原 氣可於膜電極組13產生電動勢（δε)，該電動勢係為開路 電壓（〇pen_circuit voltage，OCV)，其產生係依據 下列原理： ΔΕ (OCV) = [(RT)/(4F)] · n[(P〇2ICath()de)/(P〇2Unode)] (1) 其中’ R係為氣體常數（gas constant)，T係為絕 .099137174 表單編貌Α0101 第11頁/共24頁 0992064853-0 201217043 對溫度，F係為法拉第常數（Faradic constant)， 係為氧分壓。陽極（Anode)侧不同種類的還原氣對應不同 的氧分壓值，而會產生不同的電動勢；陰極（Cathode) 侧不同的氧濃度也對應不同的氧分壓值，也會產生不同 的電動勢，即陰極側廢氣中的含氧量越高則電動勢越大 ，因而本發明之氮氧化物經電化學促進分解形成氮氣之 能力越大。而該還原氣循環幫浦90進行還原氣的循環流 動，可促進還原氣的有效進入且均勻分布於陽極層132， 以使電動勢被有效且均勻產生，因而氮氧化物經電化學 促進分解之能力被有效產生且均勻分布。 來自廢氣中的有害成分則在陰極部11和陰極層131反 應為無害氣體。其中，有害之氮氧化物主要為一氧化氮 (N0)與二氧化氮（N〇2)，一氧化氮可於陰極層131發生分 解反應而產生氮氣與氧氣，其反應式為下式（2)。 2N0 — N2+ 02 (2) 二氧化氮可於陰極層131發生分解反應而產生一氧化 氮，其反應式為下式（3)。 2N0_-> 2N0 + 0. (3)
L L 其一氧化氮可再於陰極層131發生分解反應而產生氮 氣與氧氣。 本發明之膜電極組13係藉加熱單元20提供熱能，以 產生電動勢；考量本發明之系統結構及加熱單元20的溫 控準確性，本發明之加熱單元20可為一電熱元件 (electrical heating element);在上述一實施例中 ，該加熱單元20可以多孔式（porous)中空電熱管方式嵌 合（embedded)於該電池模組10之陽極部12與該膜電極組 099137174 表單編號A0101 第12頁/共24頁 0992064853-0 201217043 13之間，以對膜電極組13加熱，但不以其為阼·' ， 另一實施例中，該加熱單元2〇可加熱骐電極紐1在上述 350~700 °C的工作溫度區間，致使產生電動勢. 電解質層133材料的改善及較低的氮氧化物轉化。、、到 述之工作溫度可適度地降低。 需求’上 Ο 對於去除廢氣中-氧化碳⑽、碳氣化合物（I) 和粒狀物的錢方面’其可藉該氧化㈣層山催化形成 無害氣體’其中廢氣中的-氧化碳可氧化為二氧化碳； 碳氫化合物和粒狀物（含碳(〇物質）可氧化為二氧化碳和 水，其反應式分別如下式（4)、（5)及（6): 2C0 + 〇2_2C〇2 (4) HCs + 〇2—H2〇 +C〇2 (5) C + 〇2 一 C02 (6) 在上述"實施例中，氧化觸媒之材質選自由金廣、 合金、螢石結構金屬氧化物、域韻構金屬氧化物以 及其他為觸媒載體如氧化銘的氧化物所組成的群組。
099137174 明再參閱圖3」所7F ’其為本發明電化學觸媒轉化 器另-實施例之系統示意ί。本實施例與前述實施例不 同之處，在於本實施财，該電化學㈣轉化器2係包含 複數個電池模組Π)以及複數個加熱單元2Q，且ρ電池 模組10互相堆疊設Ϊ ;該些加熱單元2g龍量可與電池 模組10的數量相等或不等，但每1池模組H)可受該婆 加熱單㈣加熱而㈣。該廢氣I單元Μ及該還原氣 輸入單㈣可时管、分流型式，將廢氣或還原氣輸入 每—電池模組10 ;相對地，每1池模組H)最後欲排出 的廢氣和還原氣，再以分管或分流型式匯集，而集中至 表單編號删i 第13頁/共24頁 0992064853-0 201217043 該廢氣輸出單元40和該還原氣輸出單元60。藉此，進入 電化學觸媒轉化器2的廢氣可經由數目較多的電池模組10 轉化為無汙染氣體，可相對地提升廢氣處理的效率。 本發明之電化學觸媒轉化器1，2亦可串聯或反向並 聯使用，以增加廢氣處理或熱能使用的效率。反向並聯 係基於該電池模組10的堆疊結構為一平面的固態氧化物 燃料電池（planar SOFC)的堆疊結構；以二個電池模組 10的堆疊為例，其係將其一電池模組10的各層依「圖2」 所示之反向排列，而使此一電池模組1 0的陽極層13 2與另 一電池模組10的陽極層132並接同一加熱單元20，而由此 一加熱單元20提供此二電池模組10加熱，因而可減少加 熱單元20的數量，並增加熱能使用的效率。 請再參閱「圖4」所示，其為本發明電化學觸媒轉化 器另一電池模組10實施例之架構示意圖，惟因其工作原 理同於上述，故以下僅針對結構相異處作說明。相較於 上述實施例，本實施例中，電池模組10之分層堆疊成一 管狀固態氧化物燃料電池（tubular SOFC)的堆疊結構； 如圖所示：該電池模組10自管狀結構中心往外層狀方向 依序包含：一陽極流道121、一加熱單元20、一膜電極組 13以及一陰極部11 ;其中，膜電極組13自内而外又包含 :一陽極層132、一電解質層133以及一陰極層131 ;該 陰極部11自内而外又包含：一氧化觸媒層112以及一陰極 流道111。該加熱單元20以多孔式中空電熱管方式嵌合於 該陽極流道121中並密接於陽極層132，用以加熱該電池 模組10，使之達到工作溫度。在一實施例中，該氧化觸 媒層11 2的材質可選自由金屬以及螢石結構金屬氧化物所 099137174 表單編號A0101 第14頁/共24頁 0992064853-0 201217043 組成的群組，例如：銀、鈀、鉑及氧化釓摻雜氡化铞等 。而在本發明之電化學觸媒轉化器2包含複數個如「圖4 」所示之管狀結構之電池模組10之時，其所有陰極流道 111係相接，因此可残採用分管、分流型式自該廢氣輸 入單元30輸入廢氣至電池模組10或自電池模組1〇輸出廢 氣至該廢氣輸出單元40。 本發明透過電化學促進分解反應和觸媒氧化反應， Ο Ο 可有效除去廢氣中的有害成分。實務上，廢氣十的含氧 量越高，可相對地提升電化學觸媒轉化器丨，2的運作效率 ，因此，本發明尤適合應用於富氧燃滅引擎的廢氣處理 ，例如裝置於柴油車輛的排氣系統；此外，本發明可處 理無論再高濃度的NGx，因此柴油車輛無須再搭配廢氣再 循環系統（EGR)來控制氮氧化物的排放，可充分提高引擎 的含氧量及溫度，因此所生成引擎中高濃度的⑽^可被輕 易去除，而引擎中粒狀物之生成濃度可被充分降低以致 不再需要濾煙器，所生成微量的粒狀物可用氧化觸媒處 理之。亦即本發明將騎技術所需要_\還H统和氣 化觸媒轉化器合而為♦較先前技術具備更佳的廢氣 處理機制及處理效率；同時，引擎的含氧量及溫度的提 高可增進其燃燒效率，包括原紐用EGR時會生成粒狀物 之燃料被在引擎中燃燒，因而可大幅省油。 再者相較於廢氣轉化並發電的結構，本發明簡化 電路系統，不再需要陽極與陰極侧的電流收集裝置，且 因而其氧化觸媒層112的材質不再需可收集電流而可選用 所有^用於催化—氧化碳、碳氩化合物和粒狀物的氡化 觸媒進而達到低成本、高效率、且製造容易的優點。 .099137174 表單編號A0101 * ,, 201217043 而本發明更藉由該還原广， 不需要額外添加外邻1#%的概念重複運用還原氣， ^ #還原翕 另，本發明之電w 内部長期運用。 度之溫度操作’與前之千觸媒轉化器可在45〇至600攝氏 加熱單元2G快速力σ熱氣轉化並發電的結構同樣可藉 解及氧化所放出軌量=溫度，爾後則可藉廢氣之分 意到陰極_1^持或部份料絲作溫度，注 虱化虱分解以及一氧化碳、碳氫化人物 和粒㈣的氧化均核減應；本發狀還原氣循環幫 浦90错由熱交換器以調整還原氣之溫度進而調整電化學 觸媒轉化器之溫度，因此籍加熱單元及還原氣循環之調 整溫度之功能’本發明可處理任何溫度之廢氣以因應引 擎的操作變動及外部環境條件的變化。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實..施例，非欲偈 限本發明專利之專利保護範圍’故舉凡運用本發明說明 書及圖式内容所為之等效變化與修飾，均同理包含於本 發明之權利保護範圍，合予陳明。 【圖式簡單說明】 [0016] 「圖1」 為本發明一實施例之系統示意圖； [0017] 「圖2」 為本發明一電池模組實施例之架構示意圖； [0018] 「圖3」 為本發明另一實施例之系統示意圖；及 [0019] 「圖4」 為本發明另一電池模組實施例之架構示意圖。 【主要元件符號說明】 [0020] 1、2 : 電化學觸媒轉化器 [0021] 10 :電池模組 表單編號Α0101 第16頁/共24頁 099137174 0992064853-0 201217043 [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] Ο [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] Ο [0035] [0036] [0037] [0038] 陰極部 :陰極流道. :氣化觸媒層 陽極部 :陽極流道 膜電極組 :陰極層 :陽極層 :電解質層 加熱單元 廢氣輸入單元 廢氣輸出單元 還原氣輸入單元 還原氣輸出單元 廢氣源 空氣加入單元 還原氣循環幫浦 .099137174 表單編號Α0101 第17頁/共24頁 0992064853-0

Claims (1)

  1. 201217043 七 申請專利範圍： •一種電化學觸媒轉化器， 5 π用以控制廢氣排放’其包含： 至少一電池模組，# 电池杈組包含一陰極部、一陽極部、 一膜電極組以及〜加埶 …、早及*，該膜電極組位於該陰極部以 及該陽極部之間，兮 ..产 μ π,、、、早元嵌合於該電池模組，該陰極 部包含一氧化觸媒； 一還原氣輸入單亓^ 、&把 還原氣輸出單元，分別連接於該陽 極部兩側，以分別作盔 作為β亥電池模組運作時一還原氣的輸入 端以及輸出端； 還原孔循，分別連接於該還康氣輸人單元和該還 «輸出進行還原氣之封閉式循環；以及 廢氣輸入單％和—廢氣輸&單元，分別連接於該陰極部 乂刀別作為該電池模組欲處理之廢氣的一輸入端以 及一輸出端； 其中，該加熱單元加熱該膜電極組至一工作温度，致使該 還原氣於該膜電极組產生電動务r麵廢氣年之氮氧化物則 於賴電極組進行分解反應而勢成氮氣，該廢氣中之一氧 化碳、碳氫化合物和粒狀物則藉該氧化觸媒催化而形成二 氧化碳和水，藉以淨化該廢氣。 .如申請專利範圍第丨項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 膜電極組包含一電解質層、一陰極層以及一陽極層；該電 解質層位於該陰極層與該陽極層之間，該陰極層與該陽極 層則分別連接該陰極部與該陽極部；該陰極部更包含有一 陰極流道以及一由氧化觸媒形成之氧化觸媒層；該陽極部 包含一陽極流道；該加熱單元置於該陽極流道中；其中該 099137174 表單編號A0101 第18頁/共24頁 0992064853-0 201217043 Ο 4 ❹ 6 9 10 廢氣輸入單元連通該陰極流道， .· ^ 使該廢氣可在該陰搞如 進行氧化反應，並到達該陰極層 極。Ρ 輸入單元連通該陽極流道，致使π” $反應’該還原氣 產生電動勢。 〜還原氣可到達該陽極層 如申請專利範圍第2項所述之電各迪 匕學觸媒轉化器，其中該 陰極部、該膜電極組、該加熱單— … 70以及該陽極部係層狀排 列，致使該陰極流道、該氧化觸 ，螺層、該陰極層、該電解 質層、該陽極層、該加熱單元以 及該陽極流道彼此依序層 疊。 如申請專利範圍第2項所述之電介 化學觸媒轉化器，其中該 %極部、該加熱單元、該膜電杯 ^ 祖以及該陰極部依序堆疊 包覆成一管狀結構，致使該陽桎、义 观★道位於該管狀結構之中 心，該加熱單元、該陽極層、談’ 技 邊電解質層、該陰極層、該 乳化觸媒相及該陰_錢序 ㈣ 尤成陽極流道而層叠。 如申請專利範圍第2項所述之電切暨觸媒轉化器，其中 3亥工作溫度為3 5 0〜7 0 0。C。 如申，專利範圍第2項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 加熱單元為一電熱元件。 如申請專利範圍第2項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 氧化觸媒之材質選自由金屬、合金、螢石結構金屬氧化物 、鈣鈦礦結構金屬氧化物及其組合所組成的群組。 如申請專利範圍第2項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 氧化觸媒係以微粒型式覆於該陰極流道。 如申請專利範圍第2項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 氧化觸媒係以微粒型式覆於該陰極層。 如申請專利範圍第2項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 099137174 表單編號Α0101 第19頁/共24頁 0992064853-0 201217043 電解質層之材質選自由螢石結構金屬氧化物、鈣鈦礦結構 金屬氧化物及其組合所組成的群組。 11 .如申請專利範圍第2項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 陽極層之材質選自由鎳及螢石結構金屬氧化物金屬陶究、 4弓鈦礦結構金屬氧化物、螢石結構金屬氧化物、加金屬之 鈣鈦礦結構金屬氧化物、加金屬之螢石結構金屬氧化物及 其組合所組成的群組。 12 .如申請專利範圍第2項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 陰極層之材質選自由鈣鈦礦結構金屬氧化物、螢石結構金 屬氧化物、加金屬之鈣鈦礦結構金屬氧化物、加金屬之螢 石結構金屬氧化物及其組合所組成的群組。 13 .如申請專利範圍第1項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 廢氣輸入單元包含一空氣加入單元以加入空氣至廢氣中。 14 .如申請專利範圍第1項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 還原氣係選自於由氫氣、一氧化碳與二氧化碳的混合氣、 一氧化碳與氫氣的混合氣、天然氣及其組合所組成之群組 ' ' 〇 15 .如申請專利範圍第1項所述之電化學觸媒轉化器，其中該 還原氣循環幫浦包含一熱交換器以調整還原氣之溫度。 099137174 表單編號A0101 第20頁/共24頁 0992064853-0
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