TWM411434U - Hydrogen gas production system - Google Patents

Description

M411434 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係關於一種氫氣生產系統，尤指一種可應用於 燃料電池裝置之氫氣生產系統。 “、 【先前技術】 能 场务近年來國際能源（特別是石油）價格日益高漲，且 走需求亦日趨緊張。台灣的天然資源極度匱乏，工業及民 綠斤需的能源幾乎全數仰賴進口，因此’對於任何形式之 各色能源之開發益形重要。基於能源與環保之觀點來說， 積綠色能源科技在20世紀後期得以蓬勃發展，譬如風 Λ太陽能、地熱、潮汐等發電的技術都有所進步，而且 、有發展潛力之能源科技應是屬氫能(Hydrogen Energy) ^ ’特別是燃料電池技術已趨近於商業化，極有可能成 …21世紀最重要的綠色科技之一。 技非 金片 機料電池最早誕生於1839年，科學家發現水電解的逆 〜會產生電力的可能性，而在1889年科學家分別以多孔 傳導電解質，鉑黑當作電催化劑，以鑽孔的鉑金或者 為集電板(current collector)，首次製造出實用性燃料電 峡cell)。簡單來說’燃料電池是一種直接將燃料之化 轉換為電能的裝置，運作原理可解釋為水電解的逆反 :’其所使用的主要燃料係氫氣與氧氣，氫氣與氧氣經化 反應可產生電流；而且除了電流之外，燃料電池在發電 的產物是液態水，對環境完全不會造成任何污染。 3 M411434 由於燃料電池係利用氫氣與氧氣化合反應，產生電流以及 液態水；反之，將液態水通以電流，則會產生氫氣與氧氣。 上述將液態水解離成氫氣與氧氣的反應作用，稱之為水電 解。理論上，燃料電池利用水電解的方式，可將氫氣與氧 氣循環再發電，成為一種再生型燃料電池。 ' 目前發展中的燃料電池依其所使用之電解質差異，可 將其區分為驗液型燃料電池(alkaline fuel cell, AFC)、碟酸 鲁 型燃料電池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)、熔融碳酸鹽 型燃料電池(molten carbonate fuel cell, MCFC)、固態氧化物 型燃料電池(solid oxide fuel cell, SOFC)及質子交換膜型燃 料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)等。由 於這些燃料電池所使用的電極與電解質有所差異，且受到 不同操作條件的影響，故其特色與應用會有所不同。其中， 又以質子交換膜型燃料電池最受矚目，其係使用高分子質 子交換膜做為電解質，主要原因在於，質子交換膜型燃料 • 電池與其他型的燃料電池相較，具有較高的體積能量密 度，無電解液洩漏的缺點，而且發電時操作溫度接近常溫。 燃料電池係利用氧氣與氫氣產生電力及水，而所需要 的氧氣通常由空氣供應，對於質子交換膜型燃料電池而 言’空氣通常被輸送進入陰極。然而，氫氣不如氧氣一般 容易使用’因為氫氣難於生產、儲存及輸送。一般用於生 產燃料電池用之氫氣的方法係使用轉化器（ref〇rmer)，轉化 二將>5反虱化合物或醇類燃料轉換成氫氣，然後輸送至燃料 電池。不過，轉化器有其缺點為，如果燃料是汽油或其它 4 M411434 一般碳氫化合物時，會產生硫氧化物（SOx)、氮氧化物(NOx) 或其他不想要的產物。特別是硫相關產物必須被移除，否 則它可能損害電極觸媒。此外，轉化器通常也須在高溫下 操作，這會消耗許多能量。 氫氣也可以藉由低溫化學反應，在觸媒存在的情況下 利用含氫原料產生。然而，產生氫氣之低溫化學反應會伴 隨產生許多問題，主要問題之一為難以分離氫氣與化學反 應之其他產物。當氫氣係由驗金屬氫化物或棚氫化物等之 原料產生時，該些反應會產生泡沫或起泡，通常在反應中 產生的氫氣會使用反應器以外之分離器來分離，但分離器 會額外增加氫氣生產的操作時間及設備成本。此外，傳統 批次程序（batch)使用棚氫化納（NaBH4)作為原料產生氫 氣，無法連續地產生氫氣；而且在批次程序中，由生產氫 氣反應而產生的沈殿物，會沉積在反應室内。又由棚氫化 鈉產生氫氣之低溫化學反應，通常需要觸媒，以在可接受 之速率下產生氫氣，但實際上觸媒通常非常昂貴，相對提 高製造成本。 先前技術1至5均積極思考如何改良氫氣生產裝置之 結構，其基本上均係利用含氫原料（如棚氫化鈉）產生氫 氣之方法，進行裝置或流程之改良，卻仍無法解決傳統使 用含氫原料生產氫氣之缺點。 因此，如何創作出一種氫氣生產系統，以改善先前技 術之缺點，並可應用於燃料電池裝置，進而達到高效生產 氫氣之目的，將是本創作所欲積極揭露之處。 5 [先前技術1]中華民國發明公開第200305660號。 [先前技術2]中華民國發明公開第200305659號。 [先前技術3]中華民國發明公開第200400280號。 [先前技術4]中華民國發明公開第200404381號。 [先前技術5]中華民國發明公開第200404105號。 【新型内容】 有鑑於上述先前技術之缺撼，創作人有感其未臻於完 善，遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年之 累積經驗，進而研發出一種氫氣生產系統，以降低製造成 本，進而達到高效生產氫氣之目的。 本創作之主要目的在提供一種氫氣生產系統，其藉由 整合水電解裝置，可有效降低製造成本，進而達到高效生 產氫氣之目的。 為達上述目的，本創作提供一種氫氣生產系統，其包 含：一輸送裝置，用以輸送水至一儲存裝置；一過濾裝置， 用以過滤由該儲存裝置輸出之水，並維持水質；一電解裝 置，用以電解經該過濾裝置過濾之水，以產生氫氣及氧氣； 一氫氣過濾、裝置，用以過濾該氳氣中之水分，並將該水分 輸送至該儲存裝置；一氫氣純化裝置，用以過濾該氫氣以 外之雜質，並提高該氫氣純度；一氳氣輸出裝置，用以輸 出該氫氣，並控制該氫氣輸出之氣壓。 上述之系統，其中，該輸送裝置進一步包含一泵浦及 一電磁閥。 上述m其中’該健存裝置進—步包含_水位 知器，用以控制該儲存裝置之蓄水量。 〜 上述之系統’其中，該儲存裝置進一步包含一茂水闕。 —上述之系統，其中，該電解裝置包含一質子交換膜、 觸媒層、-氣體擴散層、—流道板及一集電板。 上述之系統，其中，該電解農置進一步包含一溫度感 知器，用以控制該電解裝置之溫度。 又心 上述之系統，其中，該氫氣過濾裝置進一步包含—膜 式交換型過濾器。 、 上述之系統，其中，該氫氣輸出裝置進一步包含一機 械式壓力感知器及-電子式壓力感知器，用以控制該氣氣 輸出之氣壓。 斤上述之系統，其中，該氫氣輸出裝置進一步包含—洩 氣電磁閥’用以㈣當該氣壓過高或該純停止運作之氯 氣。 上述之系統，其中，該氫氣輸出裝置進一步包含一異 物攔阻70件’用以防止異物由外部進人該氫氣輸出裝置。 上述之系統，其係應用於燃料電池裝置。 藉此，本創作之一種氫氣生產系統，其藉由整合水電 解裝置’可有效降低製造成本’進而達到高效生產氯氣之 目的。 【實施方式】 為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述 S體之實_，並配合_之圖式，對賴作做 明，說明如後·· 处播請ί閱第1圖所示，為本創作之一較佳具體實施例的 圖’顯示根據本創作之-氫氣生產系統，其包含： :輸送装置1 ’用以輸送水至_儲存裝置2 ;—過㈣置3， 過攄由_存裝錄出之水，並_水質；-電解裝 4用以電解經該過滤裝置過濾、之水’以產生氯氣及氧 二氣氣嶋置5’用以過滤該氯氣中之水分，並將該 达至錢存裝置2; _氫氣純化裝置6，用以過減該 之雜質，並提高該氫氣純度；—氫氣輸出農D， 乂 3出η亥氫氣，並控制該氫氣輸出之氣壓。 該輸送裝置i可包含一泵浦u及一電磁閥12，該泵浦 水量用。以提供輸送水之動力來源，而該f磁閥12用以控制進 =存裝置2可使用習知之複合式多功能水箱，用以 =存水及回收管路中多餘的水。該儲存裝置2可進一步包 二：=知器21’用以控制該儲存裝置2之蓄水量；且 / :子置2可進一步包含—洩水閥22。 該過遽裝置3可使用習知之水 質且維持水質。 之水過心，可同時過遽雜 该電解裝置4録生氫氣與氧氣 之水電解槽結構，亦或使用7 优用省知 結構，其包含:一=:= 換膜型燃料電池之 一流道板及-集電板（圖皆未；；觸媒層、—氣體擴散層、 电极白未不）。該電解裝置4可進一 M411434 步包含—溫度感知器41，用以控制該電解裝置4之溫产， 可保護使用者安全與該電解裝置4之壽命。 /皿又， 該氫氣過遽裝置5可使用習知之氣體過遽器，且 膜式交換型過㈣51，做為第二道之氣體過濟 益’進一步濾除氫氣中的水分。 〜 、該氫氣純化裝置6可使用習知之氣體純化器， 濾除氫氣中的水分，提高氫氣純度。 11 - 該氫氣輸出裝置7可進-步包含—機械式壓哭 ^及:電子式壓力感知器72，用以控制該氫氣輸出之氣 广耽輸出裝置7可進一步包含一洩氣電磁閥73，用 ^出當該氣壓過高或該系統停止運作之氫氣。 二置7可進一步包含一異物攔阻元件74,用以防二物 由外錢人該氫氣輸出裝置7，該異物攔阻树Μ係可 一攔阻網、止檔閥，或其他等效之結構。 ’、、、 牛如^述，本創作完全符合專利三要件：新賴性、進 二：f 可利用性。以新穎性和進步性而言，本創 電解裝置，可有效降低製造成本，進而達到 冋效生產虱氣之目的；就產業上的可利用性而言，利 創作所衍生的產品，當可充分滿足目前市場的需求。 創作在上文4讀佳實_揭露，絲f本項技 =應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不= ^為=制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實_等 it化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範.内。因此， 創作之㈣範时町文之ΐ請專·_界定者為 9 M411434 準。 【圖式簡單說明】 第1圖為本創作一較佳具體實施例的氫氣生產系統之 結構示意圖。

【主要元件符號說明】 1 輸送裝置 2 儲存裝置 3 過濾裝置 4 電解裝置 5 氫氣過濾裝置 6 氫氣純化裝置 7 氫氣輸出裝置 11 泵浦 12 電磁闊 21 水位感知器 22 洩水閥 41 溫度感知器 51 膜式交換型過濾器 71 機械式壓力感知器 72 電子式壓力感知器 73 洩氣電磁閥 74 異物搁阻元件

Claims (1)

1. :請專利範圍： —種為統，其包含： 輪送裝置，用以輸送水至一儲存裝置； :過濾裝置’用以過遽由該儲存裝置輸出之水，並維 一電解裝置，用以電解經該過濾裝置 生氫氣及氣氣； 〜之水，以產 、气氣過;慮裝置，用以過濾該氫氣中之水分，並將今 水分輸送至該儲存裝置； Μ _ —氫氣純化裝置，用以過濾該氫氣以外之雜質，並提 高該氫氣純度； 、、 並控制該氫氣輸 一氫氣輸出裝置，用以輸出該氫氣， 出之氣壓。 2 -hi ^ .申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該輪送裝置進 步包含—泵浦及一電磁閥。 3 I .如申請專利$|圍帛1項所述之线，其中，該儲存裝置進 一步包含—水位感知器，用以控制該儲存裝置之蓄水量。 4·如申請專·圍第丨項所述之系統，其中，該儲存裝置進 一步包含一洩水閥。 .如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該電解裝置包 含—質子交換膜、一觸媒層、一氣體擴散層、一流道板及 一集電板。 .如申睛專利範圍第1項所述之系統，其中，該電解裝置進 一步包含一溫度感知器，用以控制該電解裝置之溫度。 請::範圍第i項所述之系統’其中，該氮 進—步包含—膜式交換型過濾器。 1申請專利範圍第i項所述之系統，其中，該氫氣輪出駿 。。進一步包含—機械式壓力感知器及-電子式壓力感知 益，用以控制該氫氣輸出之氣壓。 9·如申請專利範圍第8項所述m其中，該氫氣輪出裝

   置進步包含一洩氣電磁閥，用以洩出當該氣壓過高或該 系統停止運作之氫氣。 10.如申請專利範圍第8項所述之系統，其中，該氫氣輸出 裝置進一步包含一異物攔阻元件，用以防止異物由外部 進入該氫氣輸出裴置。 U.如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之系統，其係 應用於燃料電池裝置。 12