TWI760844B

TWI760844B - 燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統

Info

Publication number: TWI760844B
Application number: TW109130860A
Authority: TW
Inventors: 黃鎮江; 陳鎮昌; 黃文儀
Original assignee: 香港商聯華動力科技有限公司
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-04-11
Also published as: TW202211527A

Abstract

一種燃料電池陽極氣體回收裝置，其中燃料電池陽極氣體回收裝置包含一第一本體及一第二本體，且第一本體與第二本體沿著重力方向組裝，在第一本體中包含彼此獨立、不連通的一預分離通道及一陽極氣體回流通道，在第二本體中則至少包含導流結構或動能緩衝擋片。是以，本發明的燃料電池陽極氣體回收裝置可使得排出自燃料電池陽極的已反應流體，經過預分離通道的迴旋流動，再經由導流結構收集液體，或利用液體沖擊動能緩衝擋片而將流動動能轉換為氣、液分離的能量，以大幅度地提升流體中液體與氣體的分離效果。同時，本發明亦揭露一種包含上述燃料電池陽極氣體回收裝置的循環系統。

Description

燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統

本發明係有關於一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，尤其是指一種利用離心預分離與輔助集水雙重液氣分離技術的燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統。

與一般二次電池不同，燃料電池雖然也是一種透過化學能轉換為電能的電源供應裝置，但燃料電池主要是藉由添加燃料並使其進行電化學反應以轉換為電能，而無法藉由反向的電化學反應，像是對二次電池充電以還原電池系統中的化學狀態，因此只要持續不斷地供給燃料，燃料電池可持續地供電。除此之外，雖然依據電解質的種類，大致上可將燃料電池分類為質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)、鹼性燃料電池(alkaline fuel cell，AFC)、磷酸燃料電池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池 (molten carbonate fuel cell，MCFC)與固態氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell，SOFC)，不過無論是哪一種燃料電池，所使用的燃料及最終產生的反應物，都不會產生如同火力發電的污染廢物(像是二氧化碳、含硫廢料等)，更不會有如同核能發電所產生的核廢料，舉例來說，若用氫氣與空氣作為燃料與氧化劑，此種類的燃料電池最終產生的反應物只有水及熱能。

然而，在實際的燃料電池應用上，為了使燃料電池提供的電流量足夠支撐負載所需，通常會提供超過足量的燃料(例如：氫氣)，也因此，在燃料電池供電的過程中會殘餘過量的氣體燃料，若將上述的燃料直接排除，不但造成浪費，以氫氣為例，更可能在特殊的使用環境下(例如：密閉環境、車用等狀態)，因為排出後的氫氣積存濃度過高，而發生安全性的疑慮，如何有效地回收並再利用過量而排出的燃料，則成為燃料電池中相當重要的議題之一。

同時，除了過剩燃料的回收與再利用，燃料電池的燃料經過電化學反應後，會產生液態的最終的反應物(例如：水)，且通常最終的反應物與過剩的燃料在排出自燃料電池後，係以單一匯流管的方式排出，也因此使得燃料的回收與再利用變得更為複雜且難以維持高的回收效率。

有鑑於習知技術所遭遇的瓶頸，本發明揭露一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統可實現高液體、氣體分離效率，同時在提升分離效率後，更有效地回收陽極氣體以重新供給至燃料電池的陽極。

本發明的目的在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其係結合了離心預分離與導流集水雙重液氣分離技術，使排出自燃料電池陽極的已反應流體，經過預分離通道的迴旋流動，再經由導流結構收集流體中的液體，以大幅度地提升流體中液體與氣體的分離效果。

本發明的目的在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其係結合了離心預分離與動能轉換雙重液氣分離技術，使排出自燃料電池陽極的已反應流體，經過預分離通道的迴旋流動，再經由液體沖擊動能緩衝擋片以轉換並利用流動動能，俾以大幅度地提升流體中液體與氣體的分離效果。

本發明的目的在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其中陽極氣體回收裝置中的第一本體中包含彼此獨立、不連通的一預分離通道及一陽極氣體回流通道，藉由預分離通道的迴旋設計，以使排出自燃料電池陽極的已反應流體流經預分離通道時可利用離心力分離流體中具有較小比重的陽極氣體以與其他廢氣體、液體進行分離。

本發明的目的在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其中第一本體的預分離通道在其兩端的第一進入口及預分離排出口之間，旋轉角度不小於180度，較佳的旋轉角度為270度。

本發明的目的更在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其中在流經第一本體的預分離通道後的已反應流體進入至第二本體後，更藉由流體與第二本體的內側表面上的輔助集水結構的接觸，像是導流結構，以使流體透過延長導流的時間與過程，使流體中具有較小比重的陽極氣體具有足夠的時間與其他廢氣體、液體進行分離，並經由容置空間上方的陽極氣體回流通道以回收已分離出的陽極氣體。

本發明的目的更在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其中第二本體內的導流結構可選自於凹紋結構、凸紋結構、平板結構、親水性塗佈層及上述的組合，依據不同的製程或產品需求，導流結構可以是類螺紋結構、集水平板結構，或同時具備有親水性表面處理的結構。

本發明的目的更在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其中在流經第一本體的預分離通道後的已反應流體進入至第二本體後，更藉由流體沖擊第二本體的內側表面上的輔助集水結構，像是動能緩衝擋片，以將流體流動時所產生的動能轉換為液、氣分離的能量，俾使流體中具有較小比重的陽極氣體與其他廢氣體、液體進行分離，並經由容置空間上方的陽極氣體回流通道以回收已分離出的陽極氣體。

本發明的目的更在於提供一種燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統，其中第二本體內的動能緩衝擋片可選自於連續式片體、陣列式非連續片體、分散式非連續片體及上述片體的組合，依據不同的製程或產品需求，容置空間內的動能緩衝擋片的結構態樣及所設置的位置均可有不同的設計。

為了達到上述目的及功效，本發明揭露一種燃料電池陽極氣體回收裝置，其係連結一燃料電池，陽極氣體回收裝置係包含一第一本體及一第二本體，第二本體係實質地沿重力方向對應連結於第一本體的下方，其中，第一本體係具有至少一預分離通道及一陽極氣體回流通道，預分離通道及陽極氣體回流通道係不互通，預分離通道係設置於第一本體內，且預分離通道的兩端分別為至少一第一進入口及至少一預分離排出口，陽極氣體回流通道係貫穿第一本體，且陽極氣體回流通道的兩端分別為一陽極氣體回流進入口及一陽極氣體回流排出口，且在水平方向上，陽極氣體回流進入口低於第一進入口，第二本體係具有至少一第二進入口、一容置空間、一主液體排出口及一第三進入口，第二本體的第二進入口係對應連結於第一本體的預分離排出口，主液體排出口連結第二本體及一主液體排出通道，第三進入口則與陽極氣體回流進入口對應連結，且在水平方向上，陽極氣體回流進入口不高於第二進入口，在重力方向上，陽極氣體回流進入口實質地位於主液體排出口的上方。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，第一本體的預分離通道與第一進入口可為一對一的結構配置或一對多的結構配置，第一本體的預分離通道與預分離排出口可為一對一的結構配置或一對多的結構配置。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，在重力方向上，預分離排出口不低於陽極氣體回流進入口。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，第二本體實質上為一錐體，且主液體排出口實質地位於內側表面的收斂底端。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，在水平方向上，陽極氣體回流排出口不低於第一進入口。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，第一本體的陽極氣體回流進入口更實質地延伸至第二本體的容置空間內。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，主液體排出口的表面及主液體排出通道的表面的至少其一更為經過疏水性表面處理的。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，內頂表面更可為彎曲的。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，第二本體更包含至少一副液體排出口，其係實質地鄰設於主液體排出口，且副液體排出口連結第二本體及一副液體排出通道。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，副液體排出口的表面及副液體排出通道的表面的至少其一更為經過疏水性表面處理的。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，副液體排出通道的管徑不大於主液體排出通道的管徑。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，預分離通道、預分離排出口、陽極氣體回流通道、陽極氣體回流排入口、副液體排出通道及副液體排出口的至少其一更可設置一阻流元件。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，副液體排出通道及主液體排出通道更連結同一控制閥或複數控制閥，且副液體排出通道與主液體排出通道為各自獨立地連結於控制閥或匯流後連結於控制閥。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，預分離排出口更實質地沿著重力方向位於副液體排出口的上方。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，預分離通道係為旋轉的，旋轉角度不小於180度，且較佳的旋轉角度為270度。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，輔助集水結構可選自於導流結構、動能緩衝擋片及上述結構的組合。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，導流結構係可選自於凹紋結構、凸紋結構、平板結構、親水性塗佈層及上述之組合。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，動能緩衝擋片包含第一擋部及第二擋部，且第二擋部係實質地延伸自該第一擋部並與該第一擋部具有一夾角。

在所述的燃料電池陽極氣體回收裝置中，動能緩衝擋片更選自於連續式片體、陣列式非連續片體、分散式非連續片體及上述片體的組合。

同時，本發明同時揭露一種燃料電池陽極氣體回收循環系統，其係包含一燃料電池、一陽極氣體供給源、一陽極氣體回收裝置、一陽極氣體回流供給裝置以及至少一控制裝置，其中，燃料電池係具有一陽極氣體進入口及一陽極氣體排出口，陽極氣體供給源連結於陽極氣體進入口，陽極氣體回收裝置係連結於陽極氣體排出口且包含一第一本體及一第二本體，第二本體係實質地沿重力方向對應連結於第一本體的下方，其中，第一本體係具有至少一預分離通道及一陽極氣體回流通道，預分離通道及陽極氣體回流通道係不互通，預分離通道係設置於第一本體內，且預分離通道的兩端分別為至少一第一進入口及至少一預分離排出口，陽極氣體回流通道係貫穿第一本體，且陽極氣體回流通道的兩端分別為一陽極氣體回流進入口及一陽極氣體回流排出口，且在水平方向上，陽極氣體回流進入口低於第一進入口，第二本體係具有至少一第二進入口、一容置空間、一主液體排出口及一第三進入口，第二本體的第二進入口係對應連結於第一本體的預分離排出口，主液體排出口連結第二本體及一主液體排出通道，第三進入口則與陽極氣體回流進入口對應連結，且在水平方向上，陽極氣體回流進入口不高於第二進入口，在重力方向上，陽極氣體回流進入口實質地位於主液體排出口的上方，陽極氣體回流供給裝置係連結於陽極氣體回收裝置的陽極氣體回流通道排出口，並與陽極氣體供給源共同匯流至燃料電池的陽極氣體進入口，而控制裝置則係用以控制陽極氣體供給源、陽極氣體回收裝置及陽極氣體回流供給裝置的作動。

在所述的燃料電池陽極氣體回收循環系統中，陽極氣體回流供給裝置可為氫泵。

在所述的燃料電池陽極氣體回收循環系統中，陽極氣體回流供給裝置更直接連結於陽極氣體回收裝置的陽極氣體回流通道排出口，或連結於一管體以間接連結於陽極氣體回收裝置的陽極氣體回流通道排出口。

是以，與習知技術相較，在本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統中，排出自燃料電池陽極的已反應流體在流經燃料電池陽極氣體回收裝置中第一本體的預分離通道後，藉由離心力的作用俾使已反應流體在進入至第二本體的容置空間前，得以達到液體、氣體預分離的效果，並在經過預分離後且進入至第二本體的容置空間後，已反應流體藉由與內側表面上的導流結構的接觸、藉由因流動並沖擊動力緩衝擋片以將流動動能轉換為液、氣分離的能量，進而大幅度提升流體中液體、氣體液體與氣體的分離效果。顯見地，本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統僅藉由簡單的結構設計，即可更有效率地達到將排出自燃料電池陽極的已反應流體中的液體與氣體分離的目的。

1:陽極氣體回收裝置

11:第一本體

111:預分離通道

111a:第一進入口

111b:預分離排出口

112:陽極氣體回流通道

112a:陽極氣體回流進入口

112b:陽極氣體回流排出口

12:第二本體

121:容置空間

121a:第二進入口

121b:主液體排出口

121c:第三進入口

121d:副液體排出口

13:輔助集水結構(導流結構)

13a:凹紋導流結構

13b:凸紋導流結構

13c:平板導流結構

13’:輔助集水結構(動力緩衝擋片)

13’a:單一連續式片體的動力緩衝擋片

13’aa:第一擋部

13’ab:第二擋部

13’b:陣列式非連續片體的動力緩衝擋片

14:主液體排出通道

15:副液體排出通道

16:阻流元件

2:陽極氣體回流供給裝置

3:陽極氣體供應源

4:燃料電池

4a:陽極氣體進入口

4b:陽極氣體排出口

5:控制裝置

S_in:內側表面

S_top:內頂表面

H:水平方向

G:重力方向

θ:夾角

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中；圖1為本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置的外觀結構圖。

圖2為沿圖1中A-A截線的結構剖面圖。

圖3為本發明具有副液體排出通道的燃料電池陽極氣體回收裝置。

圖4為本發明具有彎曲的內頂表面及阻流元件的燃料電池陽極氣體回收裝置。

圖5A為本發明的輔助集水結構以凹紋結構的導流結構為其中一種實施態樣的結構剖面圖。

圖5B為本發明的輔助集水結構以凸紋結構的導流結構為其中一種實施態樣的結構剖面圖。

圖5C為本發明的輔助集水結構以平板結構的導流結構為其中一種實施態樣的結構剖面圖。

圖6A為本發明的輔助集水結構以動能緩衝擋片為其中一種實施態樣的結構剖面圖。

圖6B為圖6A中第二本體的俯視結構示意圖。

圖6C為以具有陣列式非連續片體為動力緩衝擋片的局部結構示意圖。

圖7為本發明另一種燃料電池陽極氣體回收裝置的結構截面圖。

圖8為本發明揭露的一種燃料電池陽極氣體回收循環系統的方塊示意圖。

本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

首先，請同時參照圖1及圖2所示，其中，圖1係為本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置的外觀結構圖，圖2則係為沿圖1中A-A截線的結構剖面圖。

在本實施態樣中，燃料電池陽極氣體回收裝置1包含一第一本體11及一第二本體12，其中，沿著重力方向G，第二本體12係實質地對應連結於第一本體11。雖然在圖中並未明確顯示，然而在第一本體11、第二本體12的連結方式上，可採用螺絲鎖固、卡榫卡合、墊片緊迫等多種一般習知的連結方式，以達到穩固、密閉的組裝效果。

第一本體11係具有至少一預分離通道111及一陽極氣體回流通道112，預分離通道111係設置於第一本體11內，且預分離通道111的兩端分別為至少一第一進入口111a及至少一預分離排出口111b，陽極氣體回流通道112則係貫穿第一本體11，且陽極氣體回流通道112的兩端分別為一陽極氣體回流進入口 112a及一陽極氣體回流排出口112b，且以水平方向H觀之，陽極氣體回流進入口112a低於第一進入口111a。第二本體12係具有至少一第二進入口121a、一容置空間121及一主液體排出口121b，第二本體12的容置空間121由一內側表面S_in及一內頂表面S_top所構成，第二進入口121a係對應連結於第一本體11的預分離排出口111b，主液體排出口121b連結第二本體12及一主液體排出通道14，且以水平方向H觀之，陽極氣體回流進入口112a不高於第二進入口121a，以重力方向G觀之，陽極氣體回流進入口112a實質地位於主液體排出口121b的上方。。

其中，由於第一本體11中的預分離通道111係用以提供排出自燃料電池陽極的已反應流體(如圖中虛線所示，係為來自燃料電池陽極的已反應流體)進行液體、氣體預分離，與用以回收已完成分離後的回收陽極氣體的陽極氣體回流通道112係各自具有不同的功能，因此，必為兩個獨立、不互通的通道，全無互通的需求或設計。在本發明中揭露的預分離通道111可為旋轉的，舉例來說，像是螺旋式結構，通常而言，旋轉的角度不小於180度，對於排出自燃料電池陽極的已反應流體(如圖中虛線所示)而言，流經具有一定長度的預分離通道111後，已反應流體內的液體、氣體分離效果會提升，依據實際的測試結果顯示，預分離通道111較佳的旋轉角度為270度，因此，沿重力方向的俯視角度觀之，已反應流體(如圖中虛線所示)流入預分離通道111的方向係與離開預分離通道111的方向夾設90度，換言之，預分離通道111的第一進入口111a開口方向係與預分離排出口111b開口方向具有90度的差異。在其他實施態樣中，第一本體11的預分離通道111可為多個，舉例來說，所述的預分離通道111可以是向心放射狀排列的多個通道結構(圖未顯示)，因此，在本發明中揭露的預分離通道111可與第一進入口111a可為一對一的結構配置或一對多的結構配置，相似地，第一本體11的預分離通道111與預分離排出口111b亦可為一對一的結構配置或一對多的結構配置。

更進一步來說，由於排出自燃料電池陽極的已反應流體中包含了較小比重的陽極氣體(如圖中點虛線所示，係為較小比重的陽極氣體)、較大比重的其他廢氣體及液體(如圖中點線虛線所示，係為較大比重的其他廢氣體及液體)，因此當已反應流體(如圖中虛線所示)自第一進入口111a進入至預分離通道111後，已反應流體(如圖中虛線所示)藉由流動於旋轉結構的預分離通道111內所獲得的離心力，以首先將部份的較小比重的陽極氣體自已反應流體(如圖中虛線所示)中分離，被分離出來的較小比重的陽極氣體與較大比重的其他廢氣體及液體在些許差異的時序下各自沿著預分離通道111自預分離排出口111b進入至第二本體12的第二進入口121a。由此可知，預分離通道111的長度、旋轉角度等設計參數，都是能夠顯著影響預分離效果的因素。

再，就結構型態而言，第二本體12實質上係為一錐體，且主液體排出口121b實質地位於內側表面S_in的收斂底端，另外，第二本體12更可選擇性地包含至少一副液體排出口121d，如圖3所示，副液體排出口121d係實質地鄰設於主液體排出口121b，且預分離排出口111b更實質地沿著重力方向G位於副液體排出口121d的上方，副液體排出口121d連結第二本體12及一副液體排出通道15，為避免積存於第二本體12的容置空間121內部的液體在低溫環境下，於主液體排出口121b附近、副液體排出口121d附近產生凍結，其中一種方法係可利用降低液體沾附量來減輕凍結的情況，因此，在主液體排出口121b的表面及在主液體排出通道14的表面的至少其一表面上，或是在副液體排出口121d的表面及副液體排出通道15的表面的至少其一表面上，更為經過疏水性表面處理的(圖未顯示)。

且，副液體排出通道15的管徑不大於主液體排出通道14的管徑。除此之外，預分離通道111、預分離排出口111b、陽極氣體回流通道112、陽極氣體回流進入口112a、副液體排出通道15及副液體排出口121d的至少其一更可設置一阻流元件16，如圖4所示，於此係以將阻流元件16設置於陽極氣體回流進入口112a處為例說明，且在結構設計上，阻流元件16可為柵欄狀、格網狀或任意具有貫穿孔的結構，並為了提升阻流效果，阻流元件16更可以由親水性的材料構成，或在表面上塗佈有親水性塗層，以使流體流經時，能夠有效攔截流體中的水氣而不使水氣隨著陽極氣體進入至陽極氣體回流進入口112a，以實際的應用態樣為例，阻流元件16為格網狀結構時，其網目規格可介於50-100/英寸，而上述的規格可依據不同的需求而隨之變更。上述的設計，主要係為了使在燃料電池陽極氣體回收裝置1中的液體殘留於上述開口111b、112a、121d或進入至上述通道111、112、15內，藉由縮小管徑、增設元件等方式，以加大流動時所需要的壓力差，避免發生液體殘留於開口或大量流入至通道的情形。當然，在特定的需求前提下，上述未提及的主液體排出通道14及主液體排出口121b也可以選擇性地縮小管徑或增設阻流元件等，但這樣的情況並不常見。

另外，副液體排出通道15及副液體排出口121d在存積於第二本體12的容置空間121中的流體水平液面尚不高於副液體排出口121d時，副液體排出口121d主要用以排放積存在容置空間121下方、較大比重的廢氣體，而非用來排放流體中的液體，直到流體水平液面高於副液體排出口121d後，副液體排出口 121d則係主要用以同時排放積存在容置空間121下方、較大比重的廢氣體及液體。

而在與燃料電池陽極氣體回收裝置1連結的控制閥(圖未顯示)設計上，可依據副液體排出通道15及主液體排出通道14連結同一控制閥或複數控制閥的態樣來設計，且副液體排出通道15與主液體排出通道14為各自獨立地連結於控制閥或匯流後連結於控制閥，常見的設計可為副液體排出通道15連通至主液體排出通道14，並在匯流後藉由單一控制閥以控制廢棄液體的排放的態樣。

而在第二本體12中，容置空間121的內頂表面S_top可為彎曲的，仍請參照圖4所示，其優點在於曲面的內頂表面S_top可避免液體沾附在其上，且彎曲的設計有助於將沾附在內頂S_top上的液體順利地導流至內側表面S_in。

另，再請參照圖5A至圖5C所示，其係分別為本發明的輔助集水結構以不同形態為例的導流結構的結構剖面圖。在圖5A至圖5C中，係依序顯示出在容置空間121的內側表面S_in上的輔助集水結構(導流結構)13在外觀型態上以凹紋結構的導流結構13a、凸紋結構的導流結構13b及平板結構的導流結構13c，且雖然不同型態的輔助集水結構(導流結構)13於此係以單一方式存在於容置空間121內，但實際上，可依據不同的需求已將各種不同型態的輔助集水結構(導流結構)13(13a、13b、13c)設置在同一容置空間121內，另外，除了結構的特徵外，在上述的輔助集水結構(導流結構)13(13a、13b、13c)的表面更可有親水性塗佈層(圖未顯示)，以加強集水、導流的效率。

詳細來說，已反應流體流(如圖中虛線所示)經預分離通道111並將部份的較小比重的陽極氣體自已反應流體(如圖中虛線所示)中先行分離，已分離出的較小比重的陽極氣體、較大比重的其他廢氣體及液體在自預分離排出口111b進入至第二本體12的第二進入口121a後，由於液體內仍含有相當含量的較小比重的陽極氣體及較大比重的廢氣體，因此，當已分離出的較小比重的陽極氣體、較大比重的其他廢氣體及液體自第二進入口進入至第二本體12的容置空間121後，藉由與容置空間121的內側表面S_in上如圖2、圖5A至圖5C所示的輔助集水結構(導流結構)13(13a、13b、13c)的接觸、摩擦等作動，使得含有相當含量的較小比重的陽極氣體及較大比重的廢氣體的液體不會直接流入容置空間121內，而有了充足的時間進行液體與氣體的分離，此時，具有較大比重的廢氣體及液體(如圖中點線虛線所示)在流經內側表面S_in上的輔助集水結構(導流結構)13(13a、13b、13c)後，大部分都積存於第二本體12的容置空間121的收斂底端，而具有較小比重的陽極氣體(如圖中點虛線所示)則在分離後，向上飄浮至第二本體12的容置空間121的頂端。

承上所述的結果，此時排出自燃料電池陽極的已反應流體(如圖中虛線所示)幾乎完成液、氣分離的程序，漂浮在容置空間121的頂端附近的較小比重的陽極氣體(如圖中點虛線所示)可藉由第二本體12的第三進入口121c，也就是與其對應連結的第一本體11的陽極氣體回流進入口112a，以使回收的陽極氣體可經由陽極氣體回流通道112排出燃料電池陽極氣體回收裝置1，並回流至燃料電池的陽極。

除了上述圖5A至圖5C所示的輔助集水結構(導流結構)13外，在圖6A至圖6C中則分別為本發明的輔助集水結構以不同排列為例的動力緩衝擋片的結構示意圖。首先，請同時參照圖6A及圖6B所示的動力緩衝擋片的結構剖面圖及俯視結構示意圖可知，在本實施例中的輔助集水結構(動力緩衝擋片)13’係設置於容置空間121的內側表面S_in上，其中，所示的輔助集水結構(動力緩衝擋片)13’是一種單一連續式片體的動力緩衝擋片13’a並包含第一擋部13’aa及第二擋部13’ab，其中，第一擋部13’aa係連結於內側表面S_in，第二擋部則13’ab係延伸於第一擋部13’aa，且第一擋部13’aa與第二擋部13’ab之間距有一夾角θ，於本實施態樣中(如圖6B所示)，第一擋部13’aa與第二擋部13’ab的夾角θ大於90度，且在本實施態樣中，就整體的動力緩衝擋片13’a而言，係相對地平行於水平方向以延伸設置於內側表面S_in，且相對地沿著重力方向延伸於第二本體12內，在外觀型態上是以平板表面為例說明，然，依據不同的需求與設計，單一連續式片體的輔助集水結構(動力緩衝擋片)13’a也可以是連續式波浪狀片體、連續式粗化表面的片體，甚至是包含有各種特定紋路、貫穿孔洞或任何結構的連續式片體。另外，第一擋部13’aa及第二擋部13’ab之間的夾角θ除了上述的態樣外，第一擋部13’aa及第二擋部13’ab也可以實質地彼此垂直的態樣，也就是夾角θ為90度，或第一擋部13’aa及第二擋部13’ab之間的夾角θ亦可以小於90度。

除此之外，就輔助集水結構(動力緩衝擋片)13’在設置的位置及排列方式而言，輔助集水結構(動力緩衝擋片)13’更可如圖6C所示，其係以陣列式非連續片體的動力緩衝擋片13’b為例的實施態樣來說明，而在實際的應用上，輔助集水結構(動力緩衝擋片)13’可以陣列式非連續片體、分散式非連續片體，及任選上述連續式片體及非連續性片體的組合型態。當然，輔助集水結構(動力緩衝擋片)13’(13’a、13’b)的表面，尤其是受到已反應流體流(如圖中虛線所示)沖擊的該表面，更可經過疏水性表面處理，將有助於已反應流體流(如圖中虛線所示)中的液體能夠與較小比重的陽極氣體有更佳的分離效率。

詳細來說，已反應流體流(如圖中虛線所示)經預分離通道111並將部份的較小比重的陽極氣體自已反應流體(如圖中虛線所示)中先行分離，已分離出的較小比重的陽極氣體、較大比重的其他廢氣體及液體在自預分離排出口111b進入至第二本體12的第二進入口121a後，由於液體內仍含有相當含量的較小比重的陽極氣體及較大比重的廢氣體，因此，當已分離出的較小比重的陽極氣體、較大比重的其他廢氣體及液體自第二進入口進入至第二本體12的容置空間121後，藉由上述流體直接沖擊容置空間121的內側表面S_in上如圖2、圖6A至圖6C所示的各種型態的動力緩衝擋片13’、13’a、13’b，俾以將流體流動的動能在沖擊動力緩衝擋片13’、13’a、13’b的瞬間，流體所挾帶的流動動能可以轉換為將已反應流體(如圖中虛線所示)進行液、氣分離的能量，其中，動能可能直接轉換成液、氣分離的能量，或是藉由先將動能轉換為摩擦力，進一步形成摩擦熱能，而促使已反應流體(如圖中虛線所示)的液、氣分離效果更為提升，此時，具有較大比重的廢氣體及液體(如圖中點線虛線所示)在流經內側表面S_in上的動力緩衝擋片13’、13’a、13’b、後，大部分都積存於第二本體12的容置空間121的收斂底端，而具有較小比重的陽極氣體(如圖中點虛線所示)則在分離後，向上飄浮至第二本體12的容置空間121的頂端。最後，完成液、氣分離的程序後，匯集在容置空間121的頂端附近的較小比重的陽極氣體(如圖中點虛線所示)可藉由第二本體12的第三進入口121c，也就是與其對應連結的第一本體11的陽極氣體回流進入口112a，以使回收的陽極氣體可經由陽極氣體回流通道112排出燃料電池陽極氣體回收裝置1，並回流至燃料電池的陽極。

請再參照圖7所示，其係為本發明另一種燃料電池陽極氣體回收裝置的結構截面圖。不同於圖1、圖2所示的實施態樣，在圖7揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置1中，第一本體11的陽極氣體回流通道112的陽極氣體回流進入口112a更實質地延伸至第二本體12的容置空間121內。

上述的結構設計，由於初始自陽極氣體回流通道112進入至容置空間121的已分離出的較小比重的陽極氣體係呈現類似龍捲風的離心氣旋狀態，換言之，沿著重力方向G的視角(也就是由上往下的視角)觀之，離心氣旋的中心係具有一下陷區域，因此，當陽極氣體回流通道112的陽極氣體回流進入口112a稍微沿重力方向G(向下)延伸至容置空間121，俾可使得抽取較小比重的陽極氣體(如圖中點虛線所示)的效率得以大幅地提升。

綜合上述兩種態樣的燃料電池陽極氣體回收裝置1，整體而言，在重力方向G上，預分離排出口111b不低於陽極氣體回流進入口112a；在水平方向H上，陽極氣體回流排出口112b不低於第一進入口111a。

再請參照圖8所示，其係為本發明揭露的一種燃料電池陽極氣體回收循環系統的方塊示意圖。在實施態樣中，燃料電池陽極氣體回收循環系統包含一燃料電池4、一陽極氣體供給源3、一陽極氣體回收裝置1、一陽極氣體回流供給裝置2以及至少一控制裝置5，其中，燃料電池4具有一陽極氣體進氣口4a及一陽極氣體排出口4b，陽極氣體供給源3連結於陽極氣體進入口4a，陽極氣體回收裝置1係連結於陽極氣體排出口4b，陽極氣體回流供給裝置2係連結於陽極氣體回收裝置1的陽極氣體回流通道排出口112b，並與陽極氣體供給源3共同匯流至燃料電池4的陽極氣體進入口4a，而控制裝置5則係用以控制燃料電池4、陽極氣體供給源3、陽極氣體回收裝置1及陽極氣體回流供給裝置2的作動。且根據實際的操作狀況而言，陽極氣體回流供給裝置2可以為氫泵，而控制裝置5主要用以控制連結於燃料電池4、陽極氣體供給源3、陽極氣體回收裝置1及陽極氣體回流供給裝置2之間的閥，舉例來說，當控制裝置5偵測到整體陽極氣體回收裝置1內的廢氣體濃度的梯度到達一閾值時，控制裝置5會開啟與陽極氣體回收裝置1中主液體排出通道14連結的控制閥，以將積存於陽極氣體回收裝置1中的廢氣體及液體一併排出。

另外，所述的陽極氣體回收裝置1及陽極氣體回流供給裝置2之間的連結，可以是直接連結，亦即，陽極氣體回收裝置1中的陽極氣體回流排出口(圖2中的112b)直接連結於陽極氣體回流供給裝置2對應的進氣口(圖未顯示)，或可以是間接連結，亦即，陽極氣體回收裝置1中的陽極氣體回流排出口(圖2中的112b)先連結至少一管體(圖未顯示)，再與陽極氣體回流供給裝置2對應的進氣口(圖未顯示)連結。根據習知以管體連結的態樣可知，在本發明中，較適切的設計應為將陽極氣體回收裝置1及陽極氣體回流供給裝置2直接連結的態樣，其因在於，對於本發明中的陽極氣體回收裝置1而言，陽極氣體回收裝置1的陽極氣體回流通道(圖2中的112)即可視為額外連結的管體，而預分離通道(圖2中的111)環繞在陽極氣體回流通道(圖2中的112)的周緣，更是將習知技術中額外連結於陽極氣體回收裝置1及陽極氣體回流供給裝置2之間的管體周緣的空間充份地利用，不過與習知技術相較，本發明的陽極氣體回收裝置1因為本身即包含有預分離通道(圖2中的111)及陽極氣體回流通道(圖2中的112)，與陽極氣體回流供給裝置2的連結若未透過額外的管體，則可有效降低銜接界面處發生氣體外露的機率，組裝的工序及良率也都獲得大幅度的改善。

在本發明中所述的陽極氣體、較小比重的陽極氣體通常指的是氫氣，較大比重的廢氣體通常指的是氮氣，液體則通常指的是水。

根據上述可知，本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統具有以下的優點：

(1-1)本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統係結合了離心預分離與導流集水雙重液氣分離技術，使排出自燃料電池陽極的已反應流體經過足夠的分離時間，以提升流體中液體與氣體的分離效果。

(1-2)本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置及其循環系統係結合了離心預分離與動能轉換雙重液氣分離技術，使排出自燃料電池陽極的已反應流體，經過預分離通道的迴旋流動，再經由液體沖擊動力緩衝擋片以轉換並利用流動動能，俾以大幅度地提升流體中液體與氣體的分離效果。

(1-3)在本發明中的動力緩衝擋片，利用了阻擋流體流動並將流體的動能轉換為流體中液體、氣體分離的能量，因此可藉由流動的動能做為提升液體、氣體分離效率的能量，而無須提供額外的能量來提升分離效率。

(2)由於第一本體中的預分離通道利用旋轉結構或多個通道的設計，與習知僅具有單一腔體的燃料電池陽極氣體回收裝置相較，整體的尺寸並未有太大的增加，並不會造成原始空間的利用負擔。

(3)在本發明揭露的燃料電池陽極氣體回收裝置中，由於陽極氣體回流通道的陽極氣體回流進入口更實質地延伸至容置空間內，使得陽極氣體回流進入口可更靠近於離心氣旋中心的下陷區域，因此可更有效率地抽取較小比重的陽極氣體。

本發明所揭露之技術內容並不限於上述之實施例，凡是與本發明所揭露之發明概念及原則相同者，皆落入本發明之申請專利範圍。需注意的是，本發明所述之元件之方向，例如“上”、“下”、“上方”、“下方”、“水平”、“垂直”、“左”、“右”等並不表示絕對的位置及/或方向。元件的定義，例如“第一”和“第二”並不是限定之文字，而是區別性的用語。而本案所用之“包括”或“包含”涵蓋“包括”和“具有”的概念，並表示元件、操作步驟及/或組或上述的組合，並不代表排除或增加的意思。又，除非有特別說明，否則操作之步驟順序並不代表絕對順序。更，除非有特別說明，否則以單數形式提及元件時(例如使用冠詞“一”或“一個”)並不代表“一個且只有一個”而是“一個或多個”。本案所使用的“及/或”是指“及”或 “或”，以及及”和“或”。本案所使用的範圍相關用語係包含全部及/或範圍限定，例如“至少”、“大於”、“小於”、“不超過”等，是指範圍的上限或下限。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。