TW201918639A - 自動進料氫氣生產系統 - Google Patents

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Abstract

一種自動進料氫氣生產系統，由一自動進料裝置經一通管連接一緩衝罐，並透過一第一閥門件管控製氫原料流入該緩衝罐內，該緩衝罐透過一通管連接一主反應容器，並透過一第二閥門件管控製氫原料流入該主反應容器，該主反應容器透過一通管連接至一氫氣儲存罐，並透過一單向閥管控氫氣儲存罐內的氫氣倒流回該主反應容器內；當製氫原料流入該主反應容器與一組催化劑原料產生化學反應而生成氫氣，並輸送到該氫氣儲存罐內儲存，以供一燃料電池使用，藉由直接提供製氫原料即可製作氫氣，藉此減少運送氫氣的成本以及提升使用安全性。

Description

自動進料氫氣生產系統
本發明係關於一種生產系統，尤指一種自動進料氫氣生產系統。
工業化時代至今，世界各國已逐步邁入開發中國家，但是工業化程度越高，所消耗的資源也倍數成長，導致石化能源的快速消耗，也因此替代能源成為各國重視的問題，目前的替代能源包括有核能、太陽能、風能、地熱能、潮汐能或者氫能都成為替代能源開發的項目之一，並積極開發應用替代能源的產品，例如汽車。
目前的汽車可區分為四種能源應用，分別為使用石化能源動力、使用油電複合動力、純電池能源動力或者燃料電池動力。以燃料電池動力而言，主要是透過氫氣產生反應而產生電能，因此在使用上具有電能高轉換效率、零汙染等優點。
然而氫氣在運送過程中需要用高壓鋼瓶存放，所以需要考量存放及運送的安全性，因此，運送成本高；而且類似於加油站的概念，還需要在不同地點設置加氫站，才可方便汽車行駛到任一加氫站時可添加氫氣，但加氫站內的氫氣不易存放，造成氫能難以推廣。
有鑑於先前技術所存在的問題，本發明提供一種自動進料氫氣生產系統，由於此系統架構簡單，安裝簡單，再加上此系統僅需提供製造氫氣的原材料，即可自動進料(自動輸送製氫原料)生產氫氣，而不需要擔心氫氣運送的問題，也不需要預備大量高壓鋼瓶，藉此減少運送氫氣的成本以及提升使用安全性。
為了達成上述目的所採取的技術手段，是令前述自動進料氫氣生產系統，包括： 一自動進料裝置，供添加一組製氫原料，並自動輸出該組製氫原料； 一緩衝罐，透過一第一通管連接該自動進料裝置； 一第一閥門件，設置在該第一通管上，該第一閥門件供接收一控制裝置的一第一控制訊號而開啟或關閉，以控制該組製氫原料輸送到該緩衝罐； 一主反應容器，透過一第二通管連接該緩衝罐，該主反應容器內裝設有一組催化劑原料； 一第二閥門件，設置在該第二通管上，該第二閥門件供接收該控制裝置的一第二控制訊號而開啟或關閉，使該組製氫原料從該緩衝罐輸送到該主反應容器與該組催化劑原料產生化學反應，而產生氫氣； 一氫氣儲存罐，透過一第三通管連接該主反應容器，用以儲存氫氣； 一單向閥門件，設置在該第三通管上，該單向閥門件供接收該控制裝置的一第三控制訊號而開啟或關閉，以控制氫氣輸送到該氫氣儲存罐。
透過上述系統可知，藉由該自動進料裝置供放置製氫原料後，即會自動把製氫原料輸送到緩衝罐、主反應容器與催化劑原料發生化學反應而產生氫氣，並且將氫氣輸送到該氫氣儲存罐存放，藉此可達到自動進料產生氫氣，因此，僅需運送製氫的原材料即可，而不需要擔心氫氣運送的問題，也不需要預備大量高壓鋼瓶，藉此減少運送氫氣的成本以及提升使用安全性。
此外，本發明的系統具有體積小、系統設置簡單的優點，可以有效的直接安裝在車輛上或者其他位置，達到方便使用而簡化製氫步驟，所以產生的氫氣可直接使用而不需要透過高壓鋼瓶運送。
關於本發明自動進料氫氣生產系統的較佳實施例，請參考圖1、2所示，包括一自動進料裝置11、一緩衝罐12、一主反應容器13、一氫氣儲存罐14、一第一通管21、一第二通管22、一第三通管23、一第一閥門件31、一第二閥門件32及一單向閥門件33。在本實施例中，該第一閥門件31、該第二閥門件32及該單向閥門件33分別為電動閥並電連接到一控制裝置40。
該自動進料裝置11透過該第一通管21連接該緩衝罐12，該第一閥門件31裝設在該第一通管21上；該自動進料裝置11供添加一組製氫原料，該組製氫原料由粉末狀或固體狀的一硼氫化鈉材料加上水溶液混合而成的溶液狀的製氫原料，所以該組製氫原料不是氣態，並以自動進料方式將該組製氫原料輸送到該緩衝罐12，該第一閥門件31接收到該控制裝置40發送的一第一控制訊號則開啟，供該自動進料裝置11將該組製氫原料輸送到該緩衝罐12後，該控制裝置40再發送另一第一控制訊號控制該第一閥門件31關閉。
此外，在該第一通管21上進一步設有一第一流量感測器51，並電連接該控制裝置40，該第一流量感測器51偵測該自動進料裝置11輸送該組製氫原料到該緩衝罐12的流量，並傳送一第一流量偵測訊號給該控制裝置40，供該控制裝置40根據該第一流量偵測訊號控制該第一閥門件31的開啟／關閉。
該緩衝罐12透過該第二通管22連接該主反應容器13，以將該組製氫原料輸送到該主反應容器13，該第二閥門件32裝設在該第二通管22上，當該第二閥門件22接收到該控制裝置40發送的一第二控制訊號則開啟，使該組製氫原料輸送到該主反應容器13後，該控制裝置40再發送另一第二控制訊號控制該第二閥門件32關閉。
在本實施例中，該主反應容器13內裝設有一組催化劑原料，該組催化劑原料成分包括一鈷材料和一鎳材料，當該組製氫原料進入該主反應容器13內後與該組催化劑原料產生化學反應而產生氫氣。
其中，該緩衝罐12的狀態為一負壓狀態時，用以吸取該自動進料裝置11輸送的該組製氫原料後，該緩衝罐12恢復正常壓力狀態，且該緩衝罐12從外界接收一氣壓以對該組製氫原料加壓，以將該組製氫原料輸送到該主反應容器13內，容後說明。
該主反應容器13透過該第三通管23連接該氫氣儲存罐14，以將產生後的氫氣輸送到該氫氣儲存罐14內存放，該單向閥門件33裝設在該第三通管23上，當該單向閥門件33接收到該控制裝置40發送的一第三控制訊號則開啟，使氫氣輸送到該氫氣儲存罐14，其中，由於該單向閥門件33限制氫氣僅能由該主反應容器13輸送到該氫氣儲存罐14，而不能從氫氣儲存罐14輸送到該主反應容器13，避免氫氣倒灌造成主反應容器13內的壓力過高。
在本實施例中，該主反應容器13上進一步還裝設有一第一溫度感測器52、一第一壓力感測器53，該第一溫度感測器52、該第一壓力感測器53分別電連接該控制裝置40；該第一溫度感測器52用以感測該主反應容器13內的溫度，並傳送一第一溫度感測訊號給該控制裝置40；該第一壓力感測器53用以感測該主反應容器13內的壓力，並傳送一第一壓力感測訊號給該控制裝置40。
該氫氣儲存罐14上進一步裝設有一第二溫度感測器54、一第二壓力感測器55，該第二溫度感測器54、該第二壓力感測器55分別電連接該控制裝置40；該第二溫度感測器54用以感測該氫氣儲存罐14內的溫度，並傳送一第二溫度感測訊號給該控制裝置40；該第二壓力感測器55用以感測該氫氣儲存罐14內的壓力，並傳送一第二壓力感測訊號給該控制裝置40。
在本實施例中，該第三通管23上進一步裝設一洩壓閥門件34，洩壓閥門件34為電動閥並電連接該控制裝置40。該控制裝置40根據該第一壓力感測訊號與該第二壓力感測訊號確認該主反應容器13、該氫氣儲存罐14內的壓力分別達到一壓力限制值，則輸出一第四控制訊號給該洩壓閥門件34，以控制該洩壓閥門件34開啟進行洩壓。
在本實施例中，該第三通管23上進一步裝設有一熱交換裝置(Heat Exchanger)15，當該控制裝置40根據該第一溫度感測訊號、該第二溫度感測訊號判斷該主反應容器13、該氫氣儲存罐14內的氫氣溫度達到一溫度限制值，則控制該熱交換裝置15對流過該第三通管23的氫氣進行降溫。
在本實施例中，該氫氣儲存罐14可經由一第四通管24連接一燃料電池61，以將氫氣輸送到該燃料電池61反應而產生電力。其中，該第四通管24上裝設有一第二流量感測器56，透過該第二流量感測器56偵測該氫氣儲存罐14輸送到該燃料電池61的流量，並傳送一第二流量感測訊號給該控制裝置40，以供確認氫氣流量。
在本實施例中，該主反應容器13進一步還透過一第五通管25連接一廢水容置罐16，該第五通管25上進一步設有一第三閥門件35，該第三閥門件35為電動閥並電連接該控制裝置40，當該第三閥門件35接收到該控制裝置40發送的一第五控制訊號則開啟，使該主反應容器13經化學反應後產生的廢水輸送到該廢水容置罐16內。
在本實施例中，關於該緩衝罐12接收氣壓以將該組製氫原料輸送到到該主反應容器13的方式，說明如後。該緩衝罐12透過一第六通管26連接一馬達裝置62以及該氫氣儲存罐14，其中，該第六通管26為三通管，在該第六通管26連接該氫氣儲存罐14的一端設有一第四閥門件36，該第六通管26連接該馬達裝置62的一端設有一第五閥門件37；該控制裝置40可根據該第二壓力感測訊號判斷該氫氣儲存罐14內的壓力值到達一第一設定值，則發送一第六控制訊號到該第四閥門件36控制其開啟，使氫氣14可輸送到該緩衝罐12，進而推動該緩衝罐12內的製氫原料輸送到該主反應容器13內；當控制裝置40根據該第二壓力感測訊號判斷該氫氣儲存罐14內的壓力值到達一第二設定值，則發送一第七控制訊號到該第五閥門件37控制其開啟，使氫氣輸送到該馬達裝置62，以推動該馬達裝置62運轉。
為了進一步說明該自動進料裝置11的第一種實施例，請參考圖2、3所示，在此實施例中，該自動進料裝置11包括一進料罐111、一給水罐112、一原料混合罐113、一第六閥門件38A、一第七閥門件38B、一電磁閥39。
該進料罐111透過一第七通管27連接該原料混合罐113，該進料罐111內供添加該硼氫化鈉材料，該硼氫化鈉材料可為粉末狀，並且在該第七通管27連接該進料罐111的一端設有該第六閥門件38A，在連接該原料混合罐113的一端設有該第七閥門件38B，該原料混合罐113的一端部連接該第一閥門件31。該給水罐112透過一第八通管28連接該原料混合罐113，該第八通管28上設有該電磁閥39、一第三流量感測器57，該給水罐112內裝設有水溶液。
該第六閥門件38A、該第七閥門件38B、該電磁閥39為電動閥，該第六閥門件38A、該第七閥門件38B、該電磁閥39及該第三流量感測器57電連接該控制裝置40。
當該第六閥門件38A接收到該控制裝置40傳送的一第八控制訊號時則開啟，使該硼氫化鈉材料輸送到該第七通管27與該第七閥門件38B之間，並且受該第七閥門件38B擋住，該控制裝置40隨即控制該第六閥門件38A關閉，該控制裝置40進一步再傳送一第九控制訊號控制該第七閥門件38B開啟，使該硼氫化鈉材料輸送到該原料混合罐113，該控制裝置40再發送一第十控制訊號到該電磁閥39使其開啟，使給水罐112內的水溶液經由該第八通管28流入該原料混合罐113內，使該硼氫化鈉材料與水溶液充分混合形成該製氫原料。該第三流量感測器57偵測該水溶液的流量，並傳送一第三流量偵測訊號到該控制裝置40，該控制裝置40根據該第三流量偵測訊號達到一所需混合值則控制該電磁閥39關閉。
在此實施例中，因為該原料混合罐113位在該進料罐111上方，故可透過重力方式直接將該原料混合罐113中的該製氫原料經由該第一閥門件31輸送出去。
關於該自動進料裝置11的第二種實施例，請參考圖4所示，與第一種實施例大致上相同，為第二種實施例還包括一推送裝置114，該推送裝置114用以施加一推力，以將從該進料罐111輸送到該第七通管27的該硼氫化鈉材料推送出去。該推送裝置114可為一活塞裝置。
關於該自動進料裝置11的第三種實施例，請參考圖2、5所示，與第一種實施例大致上相同，為第三種實施例的進料罐111有所不同，並且沒有如第一種實施例的第六、第七閥門件38A、38B以及第七通管27。
該進料罐111內包括一馬達1111、一轉盤1112、一切刀1113及一彈性件1114；該彈性件1114提供該轉盤1112緩衝，該馬達1111電連接該控制裝置40受其控制而轉動以帶動該轉盤1112轉動，使該硼氫化鈉材料落到該切刀1113上，而切割成細小粉末，並落入該原料混合罐113。在本實施例中，該馬達1111為一線性音圈馬達(Linear Voice Coil Motor)。
關於該自動進料裝置11的第四種實施例，請參考圖6所示，與第三種實施例大致上相同，為第四種實施例的進料罐111有所不同，並且包含有一回收罐115，該回收罐115裝設在該進料罐111上。
該進料罐111內設置一輸送帶裝置1115，該輸送帶裝置1115電連接該控制裝置40受其控制而轉動以帶動該硼氫化鈉材料落到該切刀1113，而切割成細小粉末，並落到一濾網1116上進行過濾材落入該原料混合罐113內；其中，當顆粒過大的該硼氫化鈉材料會落入到該回收罐115內，以進行回收。
透過上述系統可知，藉由該自動進料裝置11供放置該製氫原料，並且自動輸送到緩衝罐12，在由該緩衝罐12輸送到該主反應容器13，使該製氫原料與該催化劑原料發生化學反應而產生氫氣，並且將氫氣輸送到該氫氣儲存罐14存放，藉此可達到自動進料而產生氫氣。由於該組製氫原料由粉末狀或固體狀的硼氫化鈉材料加上水溶液混合而成的溶液狀的製氫原料，所以該組製氫原料不是氣態，因此，僅需運送製氫的原材料即可加上水溶液可輕易就地取得，所以不需擔心氫氣運送問題，也不需要預備大量高壓鋼瓶來儲存氫氣，藉此減少運送氫氣的成本以及提升使用安全性。
此外，本發明的系統具有體積小、系統設置簡單的優點，可以有效的直接安裝在車輛上或者其他位置，達到方便使用而簡化製氫步驟，所以產生的氫氣可直接使用而不需要透過高壓鋼瓶運送。
11‧‧‧自動進料裝置
111‧‧‧進料罐
1111‧‧‧馬達
1112‧‧‧轉盤
1113‧‧‧切刀
1114‧‧‧彈性件
1115‧‧‧輸送帶裝置
1116‧‧‧濾網
112‧‧‧給水罐
113‧‧‧原料混合罐
114‧‧‧推送裝置
115‧‧‧回收罐
12‧‧‧緩衝罐
13‧‧‧主反應容器
14‧‧‧氫氣儲存罐
15‧‧‧熱交換裝置
16‧‧‧廢水容置罐
21‧‧‧第一通管
22‧‧‧第二通管
23‧‧‧第三通管
24‧‧‧第四通管
25‧‧‧第五通管
26‧‧‧第六通管
27‧‧‧第七通管
28‧‧‧第八通管
31‧‧‧第一閥門件
32‧‧‧第二閥門件
33‧‧‧單向閥門件
34‧‧‧洩壓閥門件
35‧‧‧第三閥門件
36‧‧‧第四閥門件
37‧‧‧第五閥門件
38A‧‧‧第六閥門件
38B‧‧‧第七閥門件
39‧‧‧電磁閥
40‧‧‧控制裝置
51‧‧‧第一流量感測器
52‧‧‧第一溫度感測器
53‧‧‧第一壓力感測器
54‧‧‧第二溫度感測器
55‧‧‧第二壓力感測器
56‧‧‧第二流量感測器
57‧‧‧第三流量感測器
61‧‧‧燃料電池
62‧‧‧馬達裝置
圖1：本發明較佳實施例的系統架構方塊圖。 圖2：本發明較佳實施例的另一系統架構方塊圖。 圖3：本發明較佳實施例的自動進料裝置的第一種實施例的架構圖。 圖4：本發明較佳實施例的自動進料裝置的第二種實施例的架構圖。 圖5：本發明較佳實施例的自動進料裝置的第三種實施例的架構圖。 圖6：本發明較佳實施例的自動進料裝置的第四種實施例的架構圖。

Claims (10)

  1. 一種自動進料氫氣生產系統，包括： 一自動進料裝置，供添加一組製氫原料，並自動輸出該組製氫原料； 一緩衝罐，透過一第一通管連接該自動進料裝置； 一第一閥門件，設置在該第一通管上，該第一閥門件供接收一控制裝置的一第一控制訊號而開啟或關閉，以控制該組製氫原料輸送到該緩衝罐； 一主反應容器，透過一第二通管連接該緩衝罐，該主反應容器內裝設有一組催化劑原料； 一第二閥門件，設置在該第二通管上，該第二閥門件供接收該控制裝置的一第二控制訊號而開啟或關閉，以控制該組製氫原料從該緩衝罐輸送到該主反應容器與該組催化劑原料產生化學反應，而產生氫氣； 一氫氣儲存罐，透過一第三通管連接該主反應容器，用以儲存氫氣； 一單向閥門件，設置在該第三通管上，該單向閥門件供接收該控制裝置的一第三控制訊號而開啟或關閉，使氫氣輸送到該氫氣儲存罐。
  2. 如請求項1所述之自動進料氫氣生產系統，其中，該第一通管上進一步設有一第一流量感測器，該第一流量感測器電連接該控制裝置，該第一流量感測器偵測該組製氫原料的流量，並傳送一第一流量偵測訊號給該控制裝置，供該控制裝置根據該第一流量偵測訊號控制該第一閥門件開啟或關閉。
  3. 如請求項2所述之自動進料氫氣生產系統，其中 該主反應容器上裝設有： 一第一溫度感測器，用以感測該主反應容器內的溫度，並傳送一第一溫度感測訊號給該控制裝置； 一第一壓力感測器，用以感測該主反應容器內的壓力，並傳送一第一壓力感測訊號給該控制裝置；以及 該氫氣儲存罐上裝設有： 一第二溫度感測器，用以感測該氫氣儲存罐內的溫度，並傳送一第二溫度感測訊號給該控制裝置； 一第二壓力感測器，用以感測該氫氣儲存罐內的壓力，並傳送一第二壓力感測訊號給該控制裝置。
  4. 如請求項3所述之自動進料氫氣生產系統，其中，進一步包括： 一洩壓閥門件，裝設在該第三通管上； 當該控制裝置根據該第一壓力感測訊號或該第二壓力感測訊號判斷達到一壓力限制值，則輸出一第四控制訊號給該洩壓閥門件，以控制該洩壓閥門件開啟進行洩壓。
  5. 如請求項4所述之自動進料氫氣生產系統，其中，進一步包括： 一熱交換裝置，裝設在該第三通管上； 當該控制裝置根據該第一溫度感測訊號或該第二溫度感測訊號判斷達到一溫度限制值時，則控制該熱交換裝置運作。
  6. 如請求項5所述之自動進料氫氣生產系統，其中，該氫氣儲存罐進一步經由一第四通管供連接一燃料電池，該第四通管上裝設有一第二流量感測器，並與該控制裝置電連接，該第二流量感測器供偵測該氫氣儲存罐輸送到該燃料電池的氫氣的流量，並傳送一第二流量感測訊號給該控制裝置。
  7. 如請求項6所述之自動進料氫氣生產系統，其中，進一步包括： 一廢水容置罐； 一第五通管，連接該主反應容器與該廢水容置罐； 一第三閥門件，設置在該第五通管上，該第三閥門件電連接該控制裝置，當接收該控制裝置的一第五控制訊號時則開啟，使該主反應容器內的廢水排放至該廢水容置罐。
  8. 如請求項7所述之自動進料氫氣生產系統，其中，進一步包括： 一第六通管，連接該緩衝罐、該氫氣儲存罐以及供連接一馬達裝置； 一第四閥門件，設置在該第六通管連接該氫氣儲存罐的一端，該第四閥門件電連接該控制裝置； 當該控制裝置根據該第二壓力感測訊號判斷達到一第一設定值，則發送一第六控制訊號到該第四閥門件，以控制該第四閥門件開啟，使氫氣輸送到該緩衝罐； 一第五閥門件，設置在該第六通管連接該馬達裝置的一端，該第五閥門件電連接該控制裝置； 當該控制裝置根據該第二壓力感測訊號判斷達到一第二設定值，則發送一第七控制訊號到該第五閥門件，以控制該第五閥門件開啟，使氫氣輸送到該馬達裝置。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之自動進料氫氣生產系統，其中，該自動進料裝置包括： 一進料罐，供放置該製氫原料中的一硼氫化鈉材料； 一原料混合罐，透過一第七通管連接該進料罐，以供盛裝該硼氫化鈉材料； 一第六閥門件，設置在該第七通管連接該進料罐的一端，該第六閥門件電連接該控制裝置； 一第七閥門件，設製在該第七通管連接該原料混合罐的一端，該第七閥門件電連接該控制裝置； 一給水罐，透過一第八通管連接該原料混合罐，該給水罐供盛裝水溶液，並將水溶液輸送到該原料混合罐內與該硼氫化鈉材料混合形成該製氫原料； 一電磁閥，設置在該第八通管上，並且電連接該控制裝置； 一第三流量感測器，設置在該第八通管上，用以偵測水溶液的流量； 該控制裝置傳送一第八控制訊號到該第六閥門件，以控制該第六閥門件開啟，使該硼氫化鈉材料輸送到該第七通管與該第七閥門件之間，該控制裝置控制該第六閥門件關閉，並傳送一第九控制訊號控制該第七閥門件開啟，使該硼氫化鈉材料輸送到該原料混合罐，該控制裝置控制該第七閥門件關閉，並傳送一第十控制訊號到該電磁閥控制該電磁閥開啟，該控制裝置根據該第三流量感測器偵測水溶液的流量而輸出的一第三流量偵測訊號達到一所需混合值，則控制該電磁閥關閉。
  10. 如請求項1至8中任一項所述之自動進料氫氣生產系統，其中，該自動進料裝置包括： 一進料罐，供放置該製氫原料中的一硼氫化鈉材料； 一原料混合罐，透過一第七通管連接該進料罐，以供盛裝該硼氫化鈉材料； 一第六閥門件，設置在該第七通管連接該進料罐的一端，該第六閥門件電連接該控制裝置； 一第七閥門件，設製在該第七通管連接該原料混合罐的一端，該第七閥門件電連接該控制裝置； 一給水罐，透過一第八通管連接該原料混合罐，該給水罐供盛裝水溶液，並將水溶液輸送到該原料混合罐內與該硼氫化鈉材料混合形成該製氫原料； 一電磁閥，設置在該第八通管上，並且電連接該控制裝置； 一第三流量感測器，設置在該第八通管上，用以偵測水溶液的流量； 一推送裝置，設置在該第七通管上，供施加一推力而推送該硼氫化鈉材料； 該控制裝置傳送一第八控制訊號到該第六閥門件，以控制該第六閥門件開啟，使該硼氫化鈉材料輸送到該第七通管與該第七閥門件之間，該控制裝置控制該第六閥門件關閉，並傳送一第九控制訊號控制該第七閥門件開啟，使該硼氫化鈉材料輸送到該原料混合罐，該控制裝置控制該第七閥門件關閉，並傳送一第十控制訊號到該電磁閥控制該電磁閥開啟，該控制裝置根據該第三流量感測器偵測水溶液的流量而輸出的一第三流量偵測訊號達到一所需混合值，則控制該電磁閥關閉。
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