TWI527303B - 燃料電池氣瓶導熱系統及其方法 - Google Patents

Description

燃料電池氣瓶導熱系統及其方法

本發明係關於一種燃料電池氣瓶導熱系統及其方法，以提供燃料電池氣瓶之加熱功能及燃料電池之散熱〔或降溫〕功能；特別是關於一種燃料電池廢熱〔waste heat〕用於氣瓶導熱系統及其方法。

關於習用燃料電池之加熱冷卻裝置，例如：中華民國專利公告第I470869號之〝加熱冷卻模組、使用此加熱冷卻模組的燃料電池加熱冷卻系統及其控制方法〞發明專利，其揭示一種加熱冷卻模組包含一模組分流管路、一開關元件、一水槽、一獨立水管及一加熱器，且一工作流體於該加熱冷卻模組中流動。

上述第I470869號之該模組分流管路包含一入水管、一冷卻水管及一加熱水管，且該入水管、冷卻水管及加熱水管互相連通。利用一開關元件的設置使該工作流體流入該冷卻水管或加熱水管中。該冷卻水管連接至該水槽的上水槽部，而該獨立水管設置於該水槽的下水槽部中，且與該加熱水管連通。該下水槽部具有一第一出水口及一第二出水口，而該第一出水口相互面對於該第二出水口，且該獨立水管僅藉由該第二出水口與該下水槽部連通。該加熱器設置於該獨立水管中，以加熱流入該獨立水管中的工作流體。

另一習用燃料電池之加熱裝置，例如：中華民國專利公開第200402904號之〝燃料電池整體式多功能加 熱器及方法〞發明專利申請案，其揭示一種燃料電池，且該燃料電池具有一整體式多功能加熱器元件，以作為一整體式加熱器。將該整體式多功能加熱器元件嵌入至一電解質、一陽極或一陰極。該整體式多功能加熱器元件包含一電熱調節器或一熱電偶。

另一習用燃料電池之散熱裝置，例如：中華民國專利公開第200520295號之〝用於燃料電池系統的散熱結構〞發明專利申請案，其揭示一種燃料電池系統的散熱結構。該散熱結構包含一散熱件，而該燃料電池系統包含一膜電池組，且該膜電池組具有一陰極及一陰極框架。該散熱件位於該膜電池組之陰極之外側，且該散熱件與膜電池組之陰極框架接觸連接。藉此，將該燃料電池系統的膜電池組在該陰極所產生的熱量傳導至該散熱件，以降低該燃料電池系統的溫度。

然而，習用燃料電池之加熱或冷卻裝置及其控制方法必然存在進一步改良其整體構造或提升其能量使用效率之需求。前述公告第I470869號、公開第200402904號及公開第200520295號專利僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種燃料電池氣瓶導熱系統及其方法，其利用一廢熱回收單元連接一燃料電池組，以便回收再利用該燃料電池組之廢熱，以降低該燃料電池組之溫度或進行散熱，並將該廢熱導引輸送至一氫氣瓶進行加熱，以改善習用燃料電池之加熱或冷卻裝置及其控制方法，以解決其整體構造複雜或其能量使用效率不佳之技術缺點。

本發明較佳實施例之主要目的係提供一種燃 料電池氣瓶導熱系統及其方法，其利用一廢熱回收單元連接一燃料電池組，以降低該燃料電池組之溫度或進行散熱，以便回收再利用該燃料電池組之廢熱，並將該廢熱導引輸送至一氫氣瓶進行加熱，以達成簡化其整體構造及提升廢熱使用效率之目的。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統包含：一燃料電池組，其提供一電力至一馬達單元或一電機單元；一氫氣瓶，其連接於該燃料電池組，且該氫氣瓶提供一氫氣至該燃料電池組；及至少一廢熱回收單元，其連接於該燃料電池組及氫氣瓶；其中當該燃料電池組提供該電力時，利用該廢熱回收單元回收再利用該燃料電池組之廢熱，並將該廢熱自該燃料電池組導引輸送，且將該廢熱輸送通過該氫氣瓶之外表面，以便進行加熱該氫氣瓶。

本發明較佳實施例之該燃料電池組選自一低溫型燃料電池組。

本發明較佳實施例之該低溫型燃料電池組選自一甲醇重整燃料電池或一質子交換膜燃料電池。

本發明較佳實施例之該燃料電池組包含一散熱件或一散熱鰭片組。

本發明較佳實施例之該氫氣瓶包含一導熱鰭片組、一導熱管組或其組合。

本發明較佳實施例之該廢熱回收單元包含一廢熱驅動件及一廢熱氣導流管件。

本發明較佳實施例另包含一固定框架用以固定該燃料電池組、氫氣瓶及廢熱回收單元。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法包含：將一廢熱回收單元連接於一燃料電池組及至少一個或數個氫氣瓶；啟動該燃料電池組，以便提供一電力；利用該廢熱回收單元回收導引該燃料電池組之廢熱，以降低該燃料電池組之溫度或進行散熱；利用該廢熱回收單元驅動該廢熱，以便將該廢熱輸送至該氫氣瓶之一外表面上；及將該廢熱之能量交換至該氫氣瓶之外表面。

本發明較佳實施例之該廢熱回收單元經由一廢熱氣導流管件回收導引該燃料電池組之廢熱。

本發明較佳實施例將已使用之該廢熱輸送排放至外界。

本發明較佳實施例之該氫氣瓶包含一導熱鰭片組或一導熱管組，將該廢熱輸送通過至該氫氣瓶之導熱鰭片組或導熱管組。

10‧‧‧燃料電池組

10’‧‧‧低溫型燃料電池組

10a‧‧‧散熱鰭片組

100‧‧‧固定框架

11‧‧‧氫氣瓶

110‧‧‧導熱鰭片組

110’‧‧‧導熱管組

111‧‧‧溫度感測器

112‧‧‧加熱器

11a‧‧‧導熱套件

11b‧‧‧熱管

12‧‧‧廢熱回收單元

121‧‧‧廢熱驅動件

122‧‧‧廢熱氣導流管件

20‧‧‧馬達單元

20’‧‧‧電機單元

第1圖：本發明較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法之流程示意圖。

第2圖：本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之示意圖。

第3圖：本發明第二較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之示意圖。

第4圖：本發明第三較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之示意圖。

第5圖：本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之分解立體示意圖。

第6圖：本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用氫氣瓶及導熱管組之分解立體示意圖。

第7圖：本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之組合立體示意圖。

第8圖：本發明第五較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之組合立體示意圖。

第9圖：本發明第五較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用氫氣瓶及導熱鰭片組之分解立體示意圖。

為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統、其操作及其控制方法適用於各種規格之燃料電池，但其並非用以限定本發明之範圍。本發明較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統、其操作及其控制方法適合結合應用於各種機械傳動〔mechanical transmission〕或各種電機〔electric machinery〕相關技術領域，但其並非用以限定本發明之應用範圍。

第1圖揭示較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法之流程示意圖，其包含六個主要步驟方塊。請參照第1圖所示，本發明較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法包含第一步驟S1、第二步驟S2、第三步驟S3、第四步驟S4、第五步驟S5及第六步驟S6，但其並非用以限定本發明之步驟順序，在不脫離本發明之操作方法下將選擇適當省略或增加操作步驟，或調整操作步驟之前後順序。

第2圖揭示本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之示意圖，其對應實施第1圖之燃料電池氣瓶導熱方法。請參照第2圖所示，本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統包含一燃料電池組10、一氫氣瓶 11及一廢熱回收單元12，且將該燃料電池組10、氫氣瓶11及廢熱回收單元12適當組合配置。

請再參照第2圖所示，舉例而言，該燃料電池組10為一低溫型燃料電池組，且其選自一甲醇重整燃料電池〔reformed methanol fuel cell，RMFC〕或一質子交換膜燃料電池〔PEMFC〕。

請再參照第2圖所示，舉例而言，該氫氣瓶11為一金屬儲存瓶，且該金屬儲存瓶採用金屬氫化物〔metal hydrides〕方式儲存氫氣，且該氫氣瓶11在供應氫氣時，需要吸收能量方式進行打斷鍵結，以便進行釋放氫氣。隨著該氫氣瓶11之操作溫度越高時，越能釋放越多的氫氣。因此，該燃料電池組10之廢熱用以加熱該氫氣瓶11，以提升燃料〔氫氣〕使用效率。

請參照第1及2圖所示，本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法包含第一步驟S1：首先，將該廢熱回收單元12適當連接於該燃料電池組10及至少一個或數個該氫氣瓶11，且該氫氣瓶11以管路適當連接於該燃料電池組10，以便供應燃料至該燃料電池組10。

請再參照第1及2圖所示，本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法包含第二步驟S2：接著，啟動該燃料電池組10，以便提供一電力至一馬達單元20。舉例而言，該燃料電池組10選擇採用質子交換膜燃料電池時，其操作溫度介於50℃至100℃之間，即該燃料電池組10產生廢熱，且能適當利用該燃料電池組10之廢熱，以減少能源浪費。

請再參照第1及2圖所示，本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法包含第三步驟S3：接著，利用該廢熱回收單元12回收導引該燃料電池組10之廢熱，以亦適當降低該燃料電池組10之溫度或進行散熱。舉例而 言，將該廢熱回收單元12設置於該燃料電池組10之一側，以便該廢熱回收單元12直接回收導引該燃料電池組10之廢熱。

請再參照第1及2圖所示，本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法包含第四步驟S4：接著，利用該廢熱回收單元12驅動該燃料電池組10之廢熱，以便將該廢熱輸送至該氫氣瓶11之一外表面上。舉例而言，將該廢熱回收單元12設置於該氫氣瓶11之一側，以便該廢熱回收單元12直接集中輸送至該氫氣瓶11。

請再參照第1及2圖所示，本發明第一較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱方法包含第五步驟S5：接著，將該燃料電池組10之廢熱之能量〔熱能〕交換至該氫氣瓶11之外表面。最後，將已使用之該廢熱之能量〔熱能〕經由該氫氣瓶11之一側輸送排放至外界。

第3圖揭示本發明第二較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之示意圖，其對應於第2圖。請參照第3圖所示，相對於第一實施例，本發明第二較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用該氫氣瓶11另包含一導熱鰭片組110，將該廢熱輸送通過至該氫氣瓶11之導熱鰭片組110，以增益該氫氣瓶11之導熱效率。

第4圖揭示本發明第三較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之示意圖，其對應於第3圖。請參照第4圖所示，相對於第二實施例，本發明第三較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用該氫氣瓶11另包含一溫度感測器111及一加熱器112，而利用該溫度感測器111偵測該氫氣瓶11之操作溫度，且選擇利用該加熱器112預熱或輔助加熱該氫氣瓶11。反之，當該氫氣瓶11進行充氫作業時，該氫氣瓶11亦產生放熱效應。因此，本發明在充氫作業時可選擇將冷卻空氣通過該氫氣瓶11之導熱鰭片組110，以增 益該氫氣瓶11之散熱效率。

第5圖揭示本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之分解立體示意圖。請參照第5圖所示，其另揭示本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用廢熱之熱能傳輸方向及氫氣燃料供應方向，如第5圖之箭頭方向所示。

第6圖揭示本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用氫氣瓶及導熱管組之分解立體示意圖，其對應於第5圖。第7圖揭示本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之組合立體示意圖，其對應於第5圖。請參照第5、6及7圖所示，相對於第一實施例，本發明第四較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用該燃料電池組10另包含一散熱鰭片組10a。將外界冷卻空氣通過該燃料電池組10之散熱鰭片組10a，以增益該燃料電池組10之散熱效率，如第7圖之右側所示。

請再參照第5、6及7圖所示，舉例而言，該氫氣瓶11另包含一導熱管組110’，且該導熱管組110’包含數個導熱套件11a及數個熱管11b，即該熱管11b為雙向導熱管。在組裝時，將數個該導熱套件11a排列組套於該氫氣瓶11上，以便利用該導熱套件11a進行該氫氣瓶11之熱傳導。將數個該熱管11b等距穿設於數個該導熱套件11a，以便利用該熱管11b進行該導熱套件11a之熱傳導。另外，該熱管11b之一端設置一導熱鰭片組110，如此該導熱鰭片組110及導熱管組110’組合形成一組合體，以增益該氫氣瓶11及導熱管組110’之導熱效率。

請再參照第5、6及7圖所示，舉例而言，本發明另一較佳實施例之該導熱管組110’選擇僅包含數個熱管11b，且該數個熱管11b直接固設或纏繞於該氫氣瓶11上，或該數個熱管11b直接接觸於該燃料電池組10之本 體或外殼，以便提升其熱傳導效率。另外，本發明另一較佳實施例之該氫氣瓶11之斷面為圓形〔圓柱體〕、橢圓形〔扁平柱體〕、略方形〔方柱體〕或其它各種形狀。

請再參照第7圖所示，舉例而言，該廢熱回收單元12〔如第2至4圖所示〕另包含數個廢熱驅動件121及一廢熱氣導流管件122，如第7圖之虛線所示。該廢熱驅動件121選自一風扇組〔fan device〕，如第5圖所示。該廢熱氣導流管件122之一端連接於該燃料電池組10，而該廢熱氣導流管件122之一端縮小形成一出口端，且該出口端連接於該氫氣瓶11之導熱鰭片組110及熱管11b。

請再參照第7圖所示，舉例而言，該燃料電池組10、氫氣瓶11及廢熱回收單元12適當組合配置於一固定框架100上，且該氫氣瓶11利用該導熱套件11a進一步固定於該固定框架100上。本發明另一較佳實施例選擇將數個該導熱套件11a夾持於該固定框架100之橫樑上。

第8圖揭示本發明第五較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統之組合立體示意圖。第9圖揭示本發明第五較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用氫氣瓶及導熱鰭片組之分解立體示意圖，其對應於第8圖。請參照第8及9圖所示，相對於第四實施例，本發明第五較佳實施例之燃料電池氣瓶導熱系統採用該導熱鰭片組110設置於該導熱套件11a上，以簡化整體構造，如第8圖所示。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。

10‧‧‧燃料電池組

11‧‧‧氫氣瓶

12‧‧‧廢熱回收單元

20‧‧‧馬達單元

Claims (10)

1. 一種燃料電池氣瓶導熱系統，其包含：一燃料電池組，其提供一電力至一馬達單元或一電機單元；一氫氣瓶，其連接於該燃料電池組，且該氫氣瓶提供一氫氣至該燃料電池組；及至少一廢熱回收單元，其連接於該燃料電池組及氫氣瓶；其中當該燃料電池組提供該電力時，利用該廢熱回收單元回收再利用該燃料電池組之廢熱，並將該廢熱自該燃料電池組導引輸送，且將該廢熱輸送通過該氫氣瓶之外表面，以便進行加熱該氫氣瓶。
2. 依申請專利範圍第1項所述之燃料電池氣瓶導熱系統，其中該燃料電池組選自一低溫型燃料電池組，且該低溫型燃料電池組選自一甲醇重整燃料電池或一質子交換膜燃料電池。
3. 依申請專利範圍第1項所述之燃料電池氣瓶導熱系統，其中該燃料電池組包含一散熱件或一散熱鰭片組。
4. 依申請專利範圍第1項所述之燃料電池氣瓶導熱系統，其中該氫氣瓶包含一導熱鰭片組、一導熱管組或其組合。
5. 依申請專利範圍第1項所述之燃料電池氣瓶導熱系統，其中該廢熱回收單元包含一廢熱驅動件及一廢熱氣導流管件。
6. 依申請專利範圍第1項所述之燃料電池氣瓶導熱系統，其中另包含一固定框架用以固定該燃料電池組、氫氣瓶及廢熱回收單元。
7. 一種燃料電池氣瓶導熱方法，其包含：將一廢熱回收單元連接於一燃料電池組及至少一個或數個氫氣瓶； 啟動該燃料電池組，以便提供一電力；利用該廢熱回收單元回收導引該燃料電池組之廢熱；利用該廢熱回收單元驅動該廢熱，以便將該廢熱輸送至該氫氣瓶之一外表面上；及將該廢熱之能量交換至該氫氣瓶之外表面。
8. 依申請專利範圍第7項所述之燃料電池氣瓶導熱方法，其中該廢熱回收單元經由一廢熱氣導流管件回收導引該燃料電池組之廢熱。
9. 依申請專利範圍第7項所述之燃料電池氣瓶導熱方法，其中將已使用之該廢熱輸送排放至外界。
10. 依申請專利範圍第7項所述之燃料電池氣瓶導熱方法，其中該氫氣瓶包含一導熱鰭片組或一導熱管組，將該廢熱輸送通過至該氫氣瓶之導熱鰭片組或導熱管組。