TW533621B - Fuel cell device - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533621 A7 _________ B7 五、發明說明（1 ) [發明所屬技術領域] 本發明係有關一種燃料電池裝置，詳言之，是關於一 種可以將反應空氣中所含的微量有害物質去除後再將反應 空氣供給之燃料電池裝置。 [習知之技術] 第6圖係習知之燃料電池系統之一例。該系統s中， 將天然瓦斯、都市瓦斯、曱醇、液態丙烷瓦斯、丁烷等原 燃料1供給到脫硫器2，俾從原燃料去除硫磺成分。經由 該脫硫器2脫硫之原燃料係以昇壓幫浦1〇昇壓後供給改 貝益3而產生包含氫氣、二氧化碳、及一氧化碳的改質瓦 斯。2由該改質器3改質的瓦斯係供給至C0產生器4， 4吏改貝瓦斯所含的一氧化碳變成二氧化碳。經由該⑶生 成益二轉換之瓦斯係供給至⑶去除器$，以去除未在⑶ 生成器4轉換之的一氧化碳。 、經·由 C Ο *4^ e 丄久 云除斋5去除一氧化碳後的富氫氣改質瓦斯 係供給至姆料雷、< ’、、、電/ 6 °該燃料電池6具備燃料極6a、氧化 劑極6 b和冷卩立r < 片 _ "卩e ’上述氫氣係供給至燃料極6a。該氫 氣和經由送風嫌]! 機 而供給至水槽2 1中予以加濕再供給至 1極6b的空氣中所含的氧氣產生反應以.發生電力。 例如’燃料電池6使用固體高分子電解 在加濕後供仏5 S π… ^ 八 〇氧化^極讣的空氣中所含之水分，將固· 解質膜潤濕，而提高離子導電性。 燃料，以係具有燃燒器12，在此處以管路13供給原 ---供給空氣，經管路1 5供給經過拗料朽 U修正頁）312904 (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) § I I______I law — — — — —ΓΙΙΓ I---— I I I I--I — 533621 A7 B7 五、發明說明（2 ) 6a的未反應氫氣。當系统 祉“ ⑽啟動時，在燃燒器12以管路13 供、、口原燃料，同時以送風機14 办々 容 供a工氧，啟動後，當系統 女疋％，切斷原燃料供給，對 ^ ^ α ；然燒斋以管路15供給經 過燃料極6a的未反應氫氣。 在上述改質器3、C〇產生考Λ 〇去除器、燃料電 池6進订具有預定反應溫 又叼化學反應。改質器3的化學 反應係吸熱反應，故一面藉由燁 —&樹 gI現器12經常加熱，一面進 行化學反應。 由於在C0產生器4、C0去昤哭 ^ 去除斋5進行的化學反應係 發”、、反應’故例如在CO去除考 一 t陈器5僅在系統啟動時，使未 圖示的燃燒器燃燒，使其發生燃燒瓦斯’用此時產生的辦 燒瓦斯熱度將CO去除器5的溫度昇溫到反應溫度，運轉 中，藉由發熱反應的熱度進行冷卻，使其不會昇溫到反應 溫度以上。 上述改質器3和CO產生器4間、c〇產生器4和⑶ 去除器5間、C0去除器5和燃料電池6間分別連接熱交 換器 18 、 19 、 20 。 水槽21的水經由幫浦23、“、25循環於各熱交換器 18、19、20,用這些水分別冷卻經過改質器3、c〇產生器 4、CO去除器5的瓦斯。 而循環於燃料電* 6的冷卻部6c，水槽21的水經由 幫浦48,用該水冷卻燃料電池6。％係燃料電池6的氧化 劑極6b之排氣系統。 • i述改質器3的排氣系統31連接有熱交換器17，水 氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱『 2 312904 533621 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 A7 五、發明說明（3 ) 槽1的水經由幫浦22供給時，會在該熱交換器丨7蒸發， 該水蒸氣和原燃料混合並供給改質器3。 上述習知之系統s中，燃料電池周邊的空氣（外部空氣） 經由送風機u供給至水槽21中加濕，並未當作反應空氣 供給到氧化劑極6B。因而，空氣（外部空氣）中含有的微量 NOX、SOx、氰化物、硫化物、芳香族化合物、氨、有機 冷劑等會對電池特性造成不良影響的雜質即可藉由水槽 中所儲存的水先予去除。然而，因為運轉時間變長時， 水中的雜質濃度增加，故通過水槽21的空氣中之雜質已不 會被去除，而變成含有雜質的空氣當作反應空氣供給到氧 化劑極6b。 反應空氣中所包含的上述雜質係和空氣中的氧氣一起 透過電極基質而到達電極觸媒層，與電解質接觸發生化學 反應，且因該化學反應而使電解質變質，電解質所具有的 功能降低，同時阻礙電極觸煤的氧氣吸附功能，故會由於 該原因而發生招致燃料電池的電池特性和壽命特性下 問題。 由於此種反應空氣中所含的雜質造成之不良影響的問 題不限於使用固體高分子膜的燃料電池，在罐酸型燃料電 池等其他燃料電池亦發生同樣的問題。 [發明所欲解決之課題] 本發明之目的在於解決習知之上述問題，而提供一種 月匕夠預先去除無機物或有機物等塵埃、或芳香劑、塗料的 ^發^、co、N〇x、SOX、uw、硫化物、芳香族化 G氏張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210x 297公餐） 312904 ； ^ --------^---------^ 1^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533621 A7 b/ 五、發明說明（4 ) 合物、f等會對電池特性造成不良影響的有害物質，而將 ‘、、氣供、、、σ到燃料電池0的氧化劑極6b，以防止燃料電 ✓也的電池特性和壽命特 可卩特性之下降，其可信度高、壽命長且 耐久性高的燃料電池裝置。 [解決課題之方案] 意 為了解決上述課題，申請專利範圍第i項之燃料電池 裝置係以具備：燃料電池’藉由對燃料極供給燃料瓦斯， 對氧化劑極供給空氣發電；洗淨液槽，裝設在前述空氣供 給路，儲存有洗淨液；A將儲存在前述洗淨液槽中之前述 洗淨液定期替換的裝置。 訂 藉由用裝設在空氣供給路之洗淨液槽中的洗淨液洗淨 空氣並供給至氧化劑極，可以用定期替換洗淨液的方式經 常將清靜的空氣供給至氧化劑極。 申請專利範圍第2項之燃料電池裝置係在申請專利範 圍第1項之燃料電池中前述洗淨液係水或有機化合物。 藉由使用水或有機化合物當作洗淨液，可去除空氣中 的雜質。 申請專利範圍第3項之燃料電池裝置係在申請專利範 圍第1項或第2項之燃料電池裝置中，在前述空氣供給路 上裝設連續多數個上述洗淨液槽，並具備至少將裝設於上 游側的洗淨液槽中所儲存之洗淨液定期替換的裝置。 藉由使用多數段洗淨液槽洗淨空氣，可以使空氣更加 乾淨。尤其’藉由使用水的洗淨液槽和使用有機化合物的 洗淨液槽組合，可去除多種雜質。而且，使用如此多數段 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑵〇x297公髮） ---312904 533621 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（5 ) 的洗淨槽時，洗淨液之定期替換係只要對配設在上流側的 洗淨液槽實施即有效果。 申請專利範圍第4項之燃料電池裝置係在申請專利範 圍第3項之燃料電池ϋ巾，將儲存相㈣淨液之洗淨液 槽以具備水位差之方式配設多數個，藉水位差使洗淨液從 上方洗淨液槽供給到下方洗淨液槽。 藉由兩槽的水位差可使水容易從上方洗淨液槽供給到 下方洗淨液槽。 申請專利範圍第5項之燃料電池裝置，係在申請專利 範圍第1項至第4項中任一項燃料電池裝置中，供給至使 用水當作洗淨液的洗淨液槽的水係經過水處理的水。 供給至洗淨液槽的水以經由水處理去除塵埃等雜質的 水較佳，而且，經去除會對電池特性造成不良影響之有害 物質的水更佳，尤其是經由水處理之純水特佳。 [發明之實施型態] 以下，參佐圖面詳細說明本發明之實施型態。 第1圖係本發明燃料電池裝置之第i實施型態構成 圖，第2圖係本發明燃料電池裝置之第2實施型態構成圖， 第3圖係本發明燃料電池裝置之第3實施型態構成圖，第 4圖係本發明燃料電池裝置之第4實施型態構成圖，第$ 圖係本發明燃料電池裝置之第5實施型態構成圖。第i圖 至第5圖中，與第6圖之習知技術相同構成部分均標示= 同參照付说’並省略重複說明。 ’ _第1圖所示燃料電.池裝I之系、統S!中，燃料電池6 關家鮮（CNS)A4 規格（210 X 297 公爱)"--------— 5 312904 ； ·· --------訂---------線' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^33621 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（6 ) 係具備反應空氣洗淨裝置27A， 物質洗淨去除。 將反應空氣中的有害 反應空氣洗淨袭置27A係具備：洗淨液槽27A，收容 洗淨用的水，·水供給路28，將經由水處縣置37施以水 處理的自來水供給到洗淨液槽27;供給路31，經由 29以幫浦30吸入空廣（外邱介洛、磁从 ^ ^ 孔（外邛工軋）供給至洗淨液槽;洗 淨空氣供給路32，將在洗淨㈣27用洗、淨液水洗淨以除 去有害物質後的空氣供給到水槽（儲存水當作洗淨液的洗 淨液槽。以下，稱為水槽）21加濕；及排出裝置Μ，將收 容在洗淨液槽27的洗淨液水定期排出。 定期排出水的裝置34係具備排出路35和裝設在排出 路35的排出用開關閥36。 38係將經由水處理裝置37施以水處理的自來水供給 至洗淨液槽21之路徑，LC/1係裝設在水槽21的水位控制 器，用以開閉裝設在路徑38的開閉閥39，以便將收容在 水槽21的水維持在所定之水位。 LC/2係裝設在洗淨槽27之水位控制器，用以開閉裝 5又在水供給路2 8的開閉閥3 3，以便將收容在洗淨液槽2 7 的洗淨用水維持在所定之水位。 將上述構成的燃料電池裝置之系統s 1運轉，將經由 水處理裝置37處理的自來水經由路徑38、水供給路28分 別供給預定量至水槽2 1和洗淨液槽27，並維持所定之水 位。 另一方面，將藉由幫浦30吸入並經由過濾器29去除 ： -； --------t---------^ 1^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 312904 533621 A7

塵埃等之空氣（外部空氣）係經由 ^ ^ A 工乳供給路31供給到洗淨 液槽27。供、、、口到洗淨液槽27的处* 97 ^ ^ ^ ffl ^ v 上軋係和收容在洗淨液槽 27的冼淨用水充分接觸、混合 ^^ ^ ^ 洗淨，去除有害物質。 以此方式將空氣中所含的微 里N〇x、SOx、氰化物、

硫化物、芳香族化合物、I I 的有-物質… 特性會造成不良影響 的有二勿貝去除後之空氣’復經由洗淨空氣供給路Μ供給 到水槽21並施行加濕。在水样 然在水槽21將加濕後的空氣當作反 應空氣供給到燃料電池6的氧化劑極6b。由於將不含㈣ 物質的淨化反應空氣供給到燃料電池6之氧化劑極讣，故 可防止因有害物質和電解質的化學反應造成之電解質變 質、及電極觸媒的氧氣吸附能力之下降，而可避免由於這 些原因造成電池特性下降。 將收令在用以洗淨空氣且去除有害物質的洗淨液槽 27之水’以自動式或手動打開水排出用開閉閥％的方式 定期（例如，依照日曆時間、或發電量達到所定值時、或發 電時間達到所定值時、或系統運轉時間達到所定值時）排 出。 棑出後，由於供給新的水到洗淨液槽27，故可容易經 常連續地去除洗淨液槽27中的有害物質，可抑制並防止含 有有害物質的空氣經由水槽21供給到燃料電池6的氧化劑 極6b 〇 第2圖係本發明燃料電池裝置之第2實施型態構成 圖。 燃料電池裝置之系統S2中的燃料電池6係具備反應 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱可 7 1 312904 ^ ^ t--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ Β— ϋ _ 533621 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7__五、發明說明（8 ) 空氣洗淨裝置27B，用水洗淨並去除反應空氣中的有害物 質。反應空氣洗淨裝置27B係將洗淨液槽27-1裝設在低於 水槽21之下方，除了可按兩槽之水位差η將水從水槽21 供給到洗淨液槽2 7 -1之外，其餘與第1圖所示燃料電池裝 置之系統S1的反應空氣洗淨裝置27Α相同。 因此，該反應空氣洗淨裝置27Β可以達成與第1圖所 示燃料電池裝置系統S 1的反應空氣洗淨裝置27Α同樣之 作用效果，同時將洗淨液槽27-1裝設在低於水槽21的下 方位置，故可依據兩槽之水位差Η將水從水槽21供給到 洗淨液槽27-1。 第3圖係本發明燃料電池裝置之第3實施型態構成 圖。燃料電池裝置系統S3的燃料電池6係具備反應空氣 洗淨裝置27C，俾將反應空氣中的有害物質用水以外的洗 淨液洗淨去除。 本發明中所用的水以外的洗淨液不特別受限，但具體 而言，可使用例如碳化氫類、酒精類等有機化合物，或例 如將鶴酸、蘇打或鉬酸鹽溶解在水或有機溶媒，必要時配 合添加尿醛，作為有效洗淨去除NOx、s〇x之洗淨液。 反應空氣洗淨裝置2 7 C係用以收容已在洗淨液槽2 7 _ 2去除有害物質之水以外的洗淨液，除了在該洗淨液槽 27-2導入空氣以去除空氣中所含的微量有害物質以外，其 餘如第1圖所示，與燃料電池裝置系統S1之反應空氣洗 淨裝置27A相同。 因此’反應空氣洗淨裝置27B除了可達成與第1圖所 本紙張尺^^中國國家標準（CNS)A:規格（210 X 297公爱） 8 312904 -------1—· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂---------線J 533621 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 示之燃料電池裝置系統S1的反應空氣洗淨裝置2 7 A相同 的作用效果，同時藉由使用收容水以外的洗淨液之洗淨液 槽27-2，使空氣和水以外的洗淨液接觸、混合，可去除用 水無法洗淨之有害物質。 第4圖係本發明燃料電池裝置之第4實施型態構成 圖。燃料電池裝置系統S4之燃料電池6係，除了具備由 第2圖所示洗淨液槽27-1和第3圖所示洗淨液槽27-2串 列連結構成的反應空氣洗淨裝置27D以外，與第2圖及第 3圖所示燃料電池裝置系統S2、S3的反應空氣洗淨裝置 27B、27C 相同。 該反應空氣洗淨裝置27D可達成與第2圖、第3圖所 示反應空氣洗淨裝置27B、27C相同的作用效果，同時首 先在第1段用收容有水以外的洗淨液之洗淨液槽27_2去除 用水無法洗淨的空氣（外部空氣）中所含的微量有害物質， 接著在第2段，將該空氣經由路徑4〇供給至收容有水的洗 淨液槽27]，㈣水再度洗淨以充分去除有害物質，將充 分去除有害物質的空氣供給到水槽21定進行加濕，將經加 濕的空氣當作反應空氣供給到燃料電池6的氧化劑極6b， 故可更=-步防止因有害物質和電解質的化學反應造成的 電解質變質及電極觸媒之氧氣吸附 此刀之下降，同時避免 由於這些原因所造成的電池特性下降。 第5圖係本發明電池裝f 教罝之弟5實施型態構 料電池裝置系統S5係將經由水處理 …、 水經由路徑38供給到水槽21，且經 7水處理的自來 丨本紙張尺度適用T1國家過濾片29以幫浦3( 9 312904 -------^---：-----------訂---------線* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533621 A7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（10) 吸入空軋（外部空氣卜從空氣供給路U 21，並裝設有純容在水槽21的洗淨 ^到水槽 34,此外之構成係與第 &期排出的裝置 相同。 弟1圖所不的燃料電池裝置系統S1 以預定量供給至水槽21將經由水處 :理的自來水(例如’純水)經由路徑38,並維持在= 經由過濾片29去除塵埃等的空氣（外部空氣）係以 吸入並經由空氣供給路31供給到水槽21。供給到水槽 的空耽與水充分接觸、混合、洗淨，以去除有害物質。 如此，去除空氣中所含的微量有害物質，且可將加 之空氣當作反應空氣供給到燃料電池6之氧化劑極讣。 以自動式或手動打開水排出用開閉閥刊將收容在用 於洗淨空氣的水槽2 1之水定期排出。 水排出後，再供給新的水到到水槽21卩維持所定的水 位，故可容易經常連續去除水槽21中的有害物質，可抑制 /防止含有有害物質的空氣經由水槽21供給到燃料電池6 的氧化劑極6b。 4 上述第5圖所示實施型態中，水槽21中的洗淨液係為 水’但洗淨液不限於水’其他的洗淨液亦可，例如亦可為 機化合物。 上述實施型態之說明係用於說明本發明’並非用以限 制申請專利範圍之發明或縮減本發明之範圍。本發明的各 部分構成不限於上述實施型態，可以在申請專利範圍的技 本紙張尺度翻中關家標準（CNS)A4規格（210x 297公爱)" ------- 10 312904 ----------^-----------訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n I ϋ n 1 n ϋ •I n · 533621

五、發明說明（U) 術範圍内做各種變形。 例如’本發明不限於例》固辦古 』如固體同分子型燃料電池或直 後甲醇型燃料電池等使用固髀古 * 口體间刀子型的燃料電池之燃料 «池裝置，亦可採用使用磷酸型等盆 池裝置 π敗尘寻具他燃枓電池之燃料電 [發明之功效] 本發明申請專利範圍第！項之燃料電池係，藉由裳設 在空氣供給路中的洗淨液槽中的洗淨液將空氣洗淨並供給 到氧化劑極，並將洗淨液定期替換，故可常時將不含备對 電池特性造成不良影響的有害物質，如N〇x、s〇x、氮化 2、硫化物、芳香族化合物、氨等之清靜空氣提供給氧化 ^極，防止由於有害物質和電解質的化學反應造成之電解 質變質及電極觸媒的氧氣吸附能力之下降，由於可防止這 些原因造成的電池特性下降，故達成可信度高，壽命長且 耐久性高的顯著效果。 本發明申請專利範圍第2項之燃料電池係藉由使用有 機化合物的洗淨液當作洗淨液，故可去除空氣中的雜質。 本發明申請專利範圍第3項之燃料電池係藉由多段式 的洗淨液槽將空氣洗淨，除了可使空氣更加淨化之外，尤 其藉由使用水的洗淨液槽和使用洗淨有機化合物洗淨液之 洗淨液槽組合，以去除多種雜質，而且，如此使用多段式 洗淨液槽時，洗淨液之替換僅須對配設在上游側之洗淨槽 進行即可。 _本發明申請專利範圍第4項之燃料電池係，儲存相 ® @ tm7FNS)A4 ^ (210 X 297 ^Μ ) 312904 ----------------------訂---------線—▲ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n n ϋ n I I I _ -I I I _ 533621

五、發明說明（ 洗淨液之洗淨液槽以具有水位差之方式配設 水位差將洗淨液從上方洗淨液槽供給到下方 、、 、 成可使水從上方洗淨液槽容易供 ’淨液s，達 效果。 J卜方洗净液槽之顯著 本發明申請專利範圍帛5項之燃料電池，由於將已— 由水處理去除塵埃等雜質的水或已去除有害物質的水或： 經由水處理所得到的純水供給到洗淨液槽，可以更有效地 達成去除有害物質之顯著效果。 [圖面之簡單說明] 第〗圖係本發明燃料電池裝置的第】實施型態構成 經 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖 圖 第2圖係本發明燃料電池裝置的第2實施型態構成 第3圖係本發明燃料電池裝置的第3實施型態構成 圖 弟4圖係本發明燃料電池裝置的第4實施型態構成 圖 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖 第5圖係本發明燃料電池裝置的第5實施型態構成 第6圖係習知之燃料電池系統構成圖。 [元件符號之說明] LC/1、LC/2 段數控制 H 水位差 S、SI、S2、S3、S4系統 1 原燃料 2 脫硫器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 12 312904 533621 發明說明（u) 3 5 6a 6c 11 13 21 26 27 改質器 CO去除器 燃料極 冷卻部 14送風機 15管路 水槽 4 6 6b 10 12 17 22 CO產生器 燃料電池 氧化劑極 昇壓幫浦 燃燒器 18 、 19 、 20 23 、 24 、 25 、 燃料電池6的氣化逾| 乳化劑極之排氣系統 27-1 ' 27-2 、、秦、金 ’先淨液槽 27A、27B、27C ' 27D R m ^ ^ 久應I氣洗淨裝置 2 8 水供給路 過濾器 32空氣供給路、改質哭$沾3 貝3的排氣系統 39開閉閥 將洗淨液定期排出之裝置 熱交換器 3〇幫浦 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 31 33 34 35 37 排出路 水處理裝置 36 38 排出用開閉閥 路徑

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Claims (1)

1. H3 第90119579號專利申請案 申請專利範圍修正本 (91年10月30曰） 1· 一種燃料電池裝置，其特徵為具備二 燃料電池，藉由對燃料極供給燃料瓦斯，對氧化 劑極供給空氣而發電； 洗淨液槽’裝設在前述空氣供給路，儲存有洗淨 液；及 將儲存在前述洗淨液槽中之前述洗淨液定期替換 的裝置。 ' 2·如申請專利範圍第1項之燃料電池裝置，其中，前述 洗淨液係水或有機化合物之洗淨液。 3·如申請專利範圍第1項或第2項之燃料電池装置，其 中，在前述空氣供給路連續裝設多數個前述洗淨液槽， 並具備至少將配設在上游側的洗淨液槽中所儲存的洗 淨液定期替換之裝置。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 4·如申請專利範圍第3項之燃料電池裝置，其令，將餘 存相同洗淨液之洗淨液槽以具備水位差之方式配設多 數個’藉水位差使洗淨液從上方洗淨液槽供給到下方 洗淨液槽。 5 ·如申請專利範圍第1項或第2項之燃料電池裝置，其 中’供給至使用水當作洗淨液的洗淨液槽的水係經過 水處理的水。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐) 1 312904