TWM508127U - 用於燃料電池尾氣混合之系統 - Google Patents

Description

用於燃料電池尾氣混合之系統

本創作係有關於一種用於燃料電池尾氣混合之系統，尤指針對於利用排放管之管徑大小調整氫氣與空氣的排放速率，控制氫氣與空氣混合後，而排放至大氣中的氫氣濃度大小。

現今生活中存在多種燃料電池(Fuel cell)，它們運作原理基本上大致相同，必定包含一個陽極，一個陰極以及電解質讓電荷通過電池的陽極與陰極之間。電子由陽極傳至陰極產生直流電，形成完整電路。各種燃料電池是基於使用不同的電解質以及電池大小而分類的，因此電池種類變得更多元化，用途亦更廣泛。由於以個體燃料電池計算，單一顆電池只能輸出相對較小的電壓大約0.7V，所以燃料電池多以串連或一組的方式製造，以增加電壓，配合應用需求。

而有關於燃料電池是一種主要透過氧氣或其他氧化劑進行氧化還原反應，把燃料中的化學能轉換成電能的電池。而最常見的燃料為氫，一些碳氫化合物例如天然氣、醇、和甲烷等有時亦會作燃料使用。燃料電池有別於原電池(不能反覆充電使用)，因為需要穩定的氧氣和燃料來源，以確保其運作供電。這種電池的優點是可以不間斷的提供穩定電力，直至燃料耗盡。

而習知技術中，燃料電池汽車所排放的氣體中，燃料電池之陰極 側排放的是含有高濕度的氫氣，如果直將氫氣直接排放到大氣中，或是不做任何處理而直接將氫氣混合燃料電池之陰極側的空氣，很容易造成氫氣濃度處於會爆炸的範圍內。對於燃料電池汽車的正常使用上會帶來隱患，另一方面，也有現有技術利用增加密閉腔體，使氫氣與氧氣在此密閉腔體裡混合降低氫氣濃度再排放出去，或是利用氣體緩衝器減緩氫氣的排放速度、也有利用增加催化燃燒淨化處理裝置使氫氣的濃度降低等等方式，然，上述諸多方式會額外增加設置於車體內所需佔用的體積之外，且也會增加設置上述裝所需要的費用。

本創作針對習知技術之缺點進行改良，提供一種用於燃料電池尾氣混合之系統，燃料電池具有用於排放氫氣的排氣口與用於排放空氣排氣口，而排放氫氣與排放空氣的排氣口分別連接管徑大小不同的排放管，利用空氣排放管之管徑大於氫氣排放管之管徑之差異，調節氫氣與空氣的排放速率，再進行氫氣與空氣之間的混合，以避免排放的氫氣濃度高於4%而產生爆炸現象。

本創作之目的之一，在於提供一種用於燃料電池尾氣混合之系統，利用燃料電池用於排放氫氣的排氣口與用於排放空氣排氣口分別連接管徑大小不一的排放管，利用排放管徑的大小差異，調節氫氣與空氣的排放速率，並且進行氫氣與空氣之間的混合，使排放至大氣中的氫氣氣體排放量佔氫氣與空氣氣體總排放量的4%以下。

本創作之目的之一，在於提供一種用於燃料電池尾氣混合之系統，利用增加氫氣的排放管之管長度可減緩氫氣自電池本體排放至 排放管的瞬間衝力，使氫氣之排放速率能接近或相同於預先設定的排放速率後，再使氫氣與空氣混合，以避免排放至大氣中的該氫氣氣體排放量佔氫氣與空氣氣體總排放量超出4%以上。

為達上述所指稱之目的及功效，本創作為一種用於燃料電池尾氣混合之系統，其包含一燃料電池、一第一排氣管與一第二排氣管，該燃料電池具有一電池本體，於該電池本體具有一第一排氣口與一第二排氣口，該第一排氣口設置於該第二排氣口之一側，該第一排氣口用於排放空氣，而該第二排氣口用於排放氫氣，該第一排氣管連通該第一排氣口，該第二排氣管一端連通該第二排氣口，而另一端連通該第一排氣管，並且該第二排氣管之管徑小於該第一排氣管之管徑。

10‧‧‧燃料電池

100‧‧‧氫氣

110‧‧‧電池本體

111‧‧‧容置空間

112‧‧‧薄膜電極組

1121‧‧‧陽極

1122‧‧‧陰極

120‧‧‧第一排氣口

130‧‧‧第二排氣口

140‧‧‧第一進氣口

150‧‧‧第二進氣口

20‧‧‧第一排氣管

200‧‧‧空氣

210‧‧‧第一入氣口

220‧‧‧第一出氣口

230‧‧‧側入氣口

30‧‧‧第二排氣管

300‧‧‧水

310‧‧‧第二入氣口

320‧‧‧第二出氣口

40‧‧‧電機

50‧‧‧第三排氣管

510‧‧‧第三入氣口

520‧‧‧第三出氣口

d‧‧‧管徑

D‧‧‧管徑

第一圖：其係為本創作之第一實施例之用於燃料電池尾氣混合之系統結構示意圖；第二圖：其係為本創作之第一實施例之用於燃料電池尾氣混合之系統氣體路徑示意圖；以及第三圖：其係為本創作之第二實施例之第三排氣管結構示意圖。

為使 貴審查委員對本新型之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第一圖與第二圖，其係為本創作之第一實施例之用於燃料電池尾氣混合之系統結構與氣體路徑示意圖；如圖所示，本創作係有關於一種用於燃料電池尾氣混合之系統，其包含一燃料電池 10、一第一排氣管20與一第二排氣管30，該燃料電池10具有一電池本體110，該電池本體110具有一第一排氣口120與一第二排氣口130，該第一排氣管20具有一第一入氣口210與一第一出氣口220，而該第二排氣管30具有一第二入氣口310與一第二出氣口320。

承上所述，本創作之一種用於燃料電池尾氣混合之系統，其係為該電池本體110具有該第一排氣口120與該第二排氣口130，該第一排氣口120設置於該第二排氣口130之一側，該第一排氣口120連通於該第一排氣管20之該第一入氣口210，而該第一排氣管20之該第一出氣口220連通於大氣中，該第二排氣口130連通於該第二排氣管30之該第二入氣口310，而該第二排氣管30之該第二出氣口320連通於該第一排氣管20之一側入氣口230，並且該第二排氣管30之管徑小於該第一排氣管20之管徑。

本創作之該燃料電池10之該電池本體110之內部係具有一容置空間111，該容置空間111內具有一薄膜電極組112，該薄膜電極組112將該容置空間111分隔為一陽極1121與一陰極1122，而該電池本體110之外部具有一第一進氣口140與一第二進氣口150，該第一進氣口140設置於該第二進氣口150之一側，並且該第一進氣口140連通於該容置空間111之該陰極1122，該第二進氣口150連通於該容置空間111之該陽極1121，再者，該第一排氣口120連通於該容置空間111之該陰極1122，而該第二排氣口130連通於該容置空間111之該陽極1121，使該第一進氣口140相對連通於該第一排氣口120，而該第二進氣口150相對連通於該第二排氣口130。

該燃料電池10之該容置空間111內分為該陽極1121與該陰極1122 ，在該陽極1121為氧化反應，在該陰極1122為還原反應，當該燃料電池10進行供電時，將一氫氣100通入該第二進氣口150進入該容置空間111之該陽極1121側，該氫氣100透過該薄膜電極組112分解成電子與氫質子，電子被引導出來給一電機40使用，而氫質子通過該薄膜電極組112到達該陰極1122內，而將一空氣200通入該第一進氣口140進入該容置空間111之該陰極1122側，氫質子與該陰極1122內之該空氣200內之氧分子反應生成一水300，反應生成之該水300與未反應之該空氣200自該第一排氣口120排出，而該第一排氣口120連通於該第一排氣管20之該第一入氣口210。

其中，該氫氣100於該燃料電池10之該容置空間111內進行反應，而使該氫氣100之濃度逐漸降低，位於該陽極1121末端之該氫氣100反應逐漸下降，進而降低該燃料電池10之效能，故，將剩餘未反應之該氫氣100直接由該陽極1121側之該第二排氣口130排出，而該第二排氣口120連通於該第二排氣管30之該第二入氣口310。

然，未反應之該氫氣100於排出後的該氫氣100濃度仍有機率高出於爆炸下限(LEL,lower explosive limit)的4%，若直接排放至大氣中，可能導致爆炸的產生，所以將剩餘未反應之該氫氣100通入該第二排氣管30後，而該第二排氣管30之該第二出氣口則320連通於該第一排氣管20之該側入氣口230，使未反應之該氫氣100、未反應之該空氣200與反應生成之該水300混合後，共同自該第一排氣管20之該第一出氣口220排出，以降低未反應之該氫氣100濃度，更進一步，該第二排氣管30之一管徑d小於該第一排氣管20之一管徑D，使未反應之該氫氣100通入該第二排氣管30後 降低排放速率，進而當未反應之該氫氣100通入該第一排氣管20之排放速率小於未反應之該空氣200與生成反應之該水300在第一排氣管20之排放速率，使未反應之該氫氣100混合未反應之該空氣200與生成反應之該水300後，通過該第一排氣管20之該第一出氣口220之未反應之該氫氣100排放量遠小於未反應之該空氣200排放量，進而排放至大氣中，以避免排出該第一出氣口220之該氫氣100氣體排放量佔該氫氣100與該空氣200總氣體排放量的4%以上。

本創作有關於一種用於燃料電池尾氣混合之系統，該燃料電池10具有用於排放位反應之該空氣200的該第一排氣口120與用於排放位反應之該氫氣100之該第二排氣口130，而該第一排氣口120與該第二排氣口130分別連接管徑大小不同的排放管，利用排放未反應之該空氣200之該第一排放管20之管徑大於排放未反應之該氫氣100之該第二排放管30之管徑之差異，調節未反應之該氫氣100與未反應之該空氣200的排放速率，再進行未反應之該氫氣100與未反應之該空氣200之間的混合，以避免排放至大氣中的該氫氣100氣體排放量佔該氫氣100與該空氣200氣體排放總量的4%以上，而產生爆炸現象。

請參閱第三圖，其係為本創作之第二實施例之第三排氣管結構示意圖，如圖所示，本實施例與第一實施例之差異在於，更進一步設置一第三排氣管50，該第三排氣管50具有一第三入氣口510與一第三出氣口520，將該第三排氣管50設置於該第二排氣管30與該第一排氣管20之間，該第三排氣管50之該第三入氣口510連通該第二出氣口320，而該第三排氣管50之該第三出氣口520連通該 側入氣口230，當該燃料電池10於供電時，該氫氣100係從該第二排氣口130排出至該第二排氣管30，進而通向該第三排氣管50內，其中，該氫氣100排放出該第二排氣口130時會產生瞬間壓力，而該氫氣100衝入該第二排氣管30與該第三排氣管50內，利用該第二排氣管30連接該第三排氣管50之管長度可減緩該氫氣100之瞬間衝力，使該氫氣100在通過該側入氣口230，進入該第一排氣管20內之排放速率能接近或相同於預先設定的排放速率，以避免排放至大氣中的該氫氣100氣體排放量佔氫氣100與空氣200氣體總排放量超出4%以上。

綜上所述，本創作係有關於一種用於燃料電池尾氣混合之系統，其係將該氫氣與該空氣之間混合後排放於大氣之中，主要利用排放該空氣之該第一排放管之管徑大於排放該氫氣之該第二排放管之管徑之差異，調節該氫氣與該空氣的排放速率，使該氫氣之排放速率遠小於該空氣之排放速率，再進行該氫氣與該空氣之間的混合，使該氫氣受到大量的該空氣混合而降低該氫氣的濃度，使排放至大氣中的氫氣氣體排放量佔氫氣與空氣氣體總排放量的4%以下，再者，利用該第二排氣管連接該第三排氣管之管長度可減緩該氫氣之瞬間衝力，使該氫氣之排放速率在進入該第一排氣管內之前到達預先設定的排放速率，以避免排放至大氣中的該氫氣氣體排放量佔氫氣與空氣氣體總排放量超出4%以上。

故本新型實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出新型專利申請，祈鈞局早日賜至准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本新型一較佳實施例而已，並非用來限定本 新型實施之範圍，故舉凡依本新型申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本新型之申請專利範圍內。

10‧‧‧燃料電池

100‧‧‧氫氣

110‧‧‧電池本體

111‧‧‧容置空間

120‧‧‧第一排氣口

130‧‧‧第二排氣口

140‧‧‧第一進氣口

150‧‧‧第二進氣口

20‧‧‧第一排氣管

200‧‧‧空氣

210‧‧‧第一入氣口

220‧‧‧第一出氣口

230‧‧‧側入氣口

30‧‧‧第二排氣管

300‧‧‧水

310‧‧‧第二入氣口

320‧‧‧第二出氣口

40‧‧‧電機

d‧‧‧管徑

D‧‧‧管徑

Claims (9)

1. 一種用於燃料電池尾氣混合之系統，其包含：一燃料電池，其具有一電池本體，於該電池本體具有一第一排氣口與一第二排氣口，該第一排氣口設置於該第二排氣口之一側，該第一排氣口用於排放剩餘未反應之一空氣，而該第二排氣口用於排放剩餘未反應之一氫氣；一第一排氣管，其連通該第一排氣口；以及一第二排氣管，其一端連通該第二排氣口，而另一端連通該第一排氣管，並且該第二排氣管之管徑小於該第一排氣管之管徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，其中該電池本體之內部係具有一容置空間，該容置空間內具有一薄膜電極組，該薄膜電極組將該容置空間分隔為一陽極與一陰極，該第一排氣口連通於該容置空間之該陰極，而該第二排氣口連通於該容置空間之該陽極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，其中該電池本體之內部係具有一容置空間，該容置空間內具有一薄膜電極組，該薄膜電極組將該容置空間分隔為一陽極與一陰極，而該電池本體之外部具有一第一進氣口與一第二進氣口，該第一進氣口設置於該第二進氣口之一側，並且該第一進氣口連通於該容置空間之該陰極，該第二進氣口連通於該容置空間之該陽極。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，其中將該氫氣通入該第二進氣口進入該容置空間之該陽極側進行氧 化反應，而將該空氣通入該第一進氣口進入該容置空間之該陰極側進行還原反應。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，其中該第一排氣管具有一第一入氣口與一第一出氣口，該第一排氣口連通於該第一排氣管之該第一入氣口，而該第一排氣管之該第一出氣口連通於大氣中。
6. 如申請專利範圍第5項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，其中通過該第一排氣管之該第一出氣口之該氫氣排放量遠小於該空氣排放量，進而排放至大氣中。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，其中該氫氣排出該第一出氣口之該氫氣排出氣體量佔該氫氣與該空氣排出總氣體量的4%以下。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，其中該第二排氣管具有一第二入氣口與一第二出氣口，該第二排氣口連通於該第二排氣管之該第二入氣口，而該第二排氣管之該第二出氣口連通於該第一排氣管之一側入氣口。
9. 如申請專利範圍第8項所述之用於燃料電池尾氣混合之系統，更進一步設置一第三排氣管，該第三排氣管具有一第三入氣口與一第三出氣口，該第三排氣管之該第三入氣口連通該第二出氣口，而該第三排氣管之該第三出氣口連通該側入氣口。