專利名稱：氫氣源供應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氣源(hydrogen source)供應(yīng)裝置，特別是關(guān)于一種適用于燃料電池(fuel cell)的氫氣源供應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
隨著人類文明的進(jìn)步，傳統(tǒng)能源，譬如煤、石油及天然氣的消耗量持續(xù)攀高，造成地球嚴(yán)重的污染，導(dǎo)致溫室效應(yīng)及酸雨等環(huán)境的惡化。此外，人類已清楚地體會(huì)認(rèn)識(shí)到天然能源的存量是有限的，如果被持續(xù)地濫用，可能在不久的將來便會(huì)消耗殆盡。因此，世界先進(jìn)國家近來無不致力于研發(fā)新的替代能源，而燃料電池便是其中的一種重要且具發(fā)展?jié)摿皩?shí)用價(jià)值的選擇，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相較，燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、排氣干凈、噪音低、且不使用傳統(tǒng)燃油等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
簡而言之，燃料電池是一種將氫和氧通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，也可說是一種水電解的逆反應(yīng)，以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，其包含多個(gè)電池單體，每一單體包含位于中央的一質(zhì)子交換膜(proton exchange membrane，PEM)，其兩側(cè)各設(shè)一層催化劑，其外再各設(shè)置一層氣體擴(kuò)散層(gas diffusion layer，GDL)，最外側(cè)則分別設(shè)一陽極雙極板與陰極雙極板，將此構(gòu)件緊密地以一預(yù)定的接觸壓力結(jié)合在一起而成一電池單體。
燃料電池在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了能獲得足夠的電力，必需對(duì)燃料電池持續(xù)地供續(xù)氧氣及氫氣，以保持前述逆反應(yīng)的持續(xù)作用。氧氣通常可由空氣中輕易取得，而氫氣則需通過特殊的供應(yīng)裝置提供予燃料電池使用。
現(xiàn)有裝載氫氣源的其中一種方法，是直接將氫氣以高壓、低溫的方式儲(chǔ)存于一高壓氫氣筒內(nèi)，再于需要時(shí)將氫氣的壓力及溫度還原至操作壓力后再予以釋放。
另一種現(xiàn)有裝載氫氣源的材料為所謂的金屬氫化物(metalhydride)，這種金屬氫化物在特定溫度狀態(tài)下，可在一相對(duì)應(yīng)的壓力釋放氫氣，其釋放氫氣的過程為一吸熱反應(yīng)(endothermic reaction)。當(dāng)儲(chǔ)存于金屬氫化物內(nèi)的氫氣被完全釋放后，可再將新鮮純氫氣回充至金屬氫化物內(nèi)，且其充填氫氣的過程為一放熱反應(yīng)(exothermic reaction)。金屬氫化物所在的特定溫度與其所釋放氫氣的壓力間大致呈一具有正向斜率的線性關(guān)系，這種線性關(guān)系根據(jù)不同制造商所制造的金屬氫化物的特性有所不同。
有鑒于氫氫的易燃特性，必需將氫氣以一種安全、且輕便的方法預(yù)先儲(chǔ)存于一特定容器內(nèi)，再依需要釋放氫氣，進(jìn)行前述逆反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于釋放儲(chǔ)存于金屬氫化物(metal hydride)內(nèi)氫氣的氫氣源供應(yīng)裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明氫氣源供應(yīng)裝置，包含至少一充填有金屬氫化物的高壓瓶(pressurized bottle)，其具有一底端；一氣口端；一氣體釋放閥裝置，設(shè)于該氣口端上；一容置箱，包含至少一設(shè)于其中的容納室，以相對(duì)應(yīng)容納該高壓瓶；該容納室具有一封閉端及一開口端，該高壓瓶經(jīng)由該容納室的開口端插入該容納室而穩(wěn)定支撐于該容置箱內(nèi)；至少一快速接頭，相對(duì)應(yīng)設(shè)于該容納室的封端閉上，恰與該容納室中所容納的高壓瓶的氣體釋放閥裝置連結(jié)，引動(dòng)開啟該氣體釋放閥裝置；一加熱裝置，設(shè)于該容納室周圍，對(duì)該高壓瓶加熱，以提供該高壓瓶中的金屬氫化物進(jìn)行吸熱反應(yīng)，而經(jīng)由該氣體釋放閥裝置釋出一定壓力的氫氣。
換言之，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容，運(yùn)用至少一容置箱(receivingtank)，包含至少一設(shè)于其中的容納室(compartment)，用于容納一內(nèi)儲(chǔ)存有金屬氫化物的高壓瓶；以及一加熱裝置，設(shè)于容納室周圍，對(duì)該高壓瓶加熱俾提供該高壓瓶中的金屬氫化物進(jìn)行吸熱反應(yīng)，而經(jīng)由該氣體釋放閥裝置釋出一定壓力的氫氣。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于本發(fā)明設(shè)有一加熱裝置，所以可對(duì)該高壓瓶加熱以提供該高壓瓶中的金屬氫化物進(jìn)行吸熱反應(yīng)，而經(jīng)由該氣體釋放閥裝置釋出一定壓力的氫氣。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖1顯示本發(fā)明氫氣源供應(yīng)裝置的立體分解圖；圖2顯示圖1氫氣源供應(yīng)裝置的另一立體分解圖；圖3顯示圖1氫氣源供應(yīng)裝置的立體組合圖；其中亦顯示出水經(jīng)由水道流動(dòng)的示意狀態(tài)；圖4為一剖面示意圖，顯示供應(yīng)裝置的快速接頭與高壓瓶的氣體釋放閥裝置于互相連接的狀態(tài)；及圖5a為一剖面示意圖，顯示高壓瓶與供應(yīng)裝置的快速接頭未連接時(shí)，氣體釋放閥裝置處于封閉的狀態(tài)；圖5b為一剖面示意圖，顯示高壓瓶已連接至供應(yīng)裝置的快速接頭時(shí)，氣體釋放閥裝置處于開啟的狀態(tài)；及圖6為一剖面示意圖，顯示圖3的水道配置。
圖中符號(hào)說明10供應(yīng)裝置12容置箱14快速接頭16加熱裝置50高壓瓶52氣體釋放閥裝置54鎖定裝置55頂針56壓縮彈簧122 容納室124 封閉端126 開口端128 板件142 固定環(huán)144 撞針
146 槽道162 儲(chǔ)水槽164 水道165 入水孔洞166 出水孔洞167 入水口168 出水口具體實(shí)施方式
參考圖1的立體分解圖，其顯示一根據(jù)本發(fā)明的氫氣源供應(yīng)裝置10；圖2顯示同一供應(yīng)裝置10的另一方向的立體分解圖。
如圖1及圖2所示，適用于本發(fā)明的氫氣源為由虛線所表示的高壓瓶50，其內(nèi)容置有金屬氫化物(metal hydride)(未圖標(biāo))；圖標(biāo)的實(shí)施例中設(shè)有二只高壓瓶50，而高壓瓶50的數(shù)量可依實(shí)際需要調(diào)整。每一高壓瓶50具有一底端及一氣口端，一氣體釋放閥裝置52設(shè)于其氣口端作為氫氣的釋出門戶。
現(xiàn)參圖1及圖2的其它組件，供應(yīng)裝置10，包含一容置箱(receivingtank)12；多個(gè)快速接頭14；及一加熱裝置16。
容置箱12包含至少一設(shè)于其中的容納室(compartment)122，在此實(shí)施例中，容置箱12內(nèi)具有二容納室122，以使二只高壓瓶50配合容置其中。
每一容納室122具有一封閉端124及一開口端126。在此實(shí)施例中，容納室122主要由一貫穿容置箱12的穿孔所構(gòu)成，穿孔的一端固設(shè)有一板件128，以形成容納室122的封閉端124。當(dāng)然亦可應(yīng)用其它制造方法于容置箱12內(nèi)形成容納室122。高壓瓶50即經(jīng)由容納室122的開口端126插入容置箱12內(nèi)。
快速接頭14設(shè)于該容納室122的封端閉124。此實(shí)施例中設(shè)有二只快速接頭14，分別與二只高壓瓶50連結(jié)，引動(dòng)開啟該氣體釋放閥裝置52。圖4顯示一快速接頭14的剖面視圖。每一快速接頭14包含一固定環(huán)142，固設(shè)于容納室122封閉端124所設(shè)的板件128上；及一撞針144，自固定環(huán)142的中心點(diǎn)由板件128端朝容納室122的方向垂直突出。固定環(huán)142上形成一對(duì)朝向板件128方向傾斜的槽道146。槽道146與設(shè)于高壓瓶50的氣口端的鎖定裝置54(如圖所示的桿件)配合；藉此，將高壓瓶50經(jīng)由容納室122的開口端126插入容納室122內(nèi)，使高壓瓶50的鎖定裝置54沿著槽道146朝向板件128的方向旋入因而被鎖定至該固定環(huán)142時(shí)，撞針144恰插入該氣體釋放閥裝置52中迫使氣體釋放閥裝置52開啟俾釋放氫氣，如圖4所示。
快速接頭14的撞針144迫使高壓瓶50的氣體釋放閥裝置52開啟的動(dòng)作示意，可配合圖5a、5b獲得更楚地了解；其中圖5a顯示出高壓瓶50尚未與快速接頭14的固定環(huán)142連接時(shí)，圈繞于閥裝置52的頂針55外的壓縮彈簧56仍通過瓶50中氣體壓力維持于伸張狀態(tài)，使閥置50處于關(guān)閉的不泄氣狀態(tài)；當(dāng)高壓瓶50進(jìn)入容納室122而與快速接頭14的固定環(huán)142連接鎖合后，頂針55則被該快速接頭14的撞針144壓擠，抵抗該壓縮彈簧56的彈力而迫使頂針55向內(nèi)縮，如圖5b所示，以順利開啟閥裝置52，預(yù)備將瓶50中的氣體以特定壓力導(dǎo)出。
加熱裝置16設(shè)于容納室122周圍，對(duì)已裝入其中的高壓瓶50加熱以提供該高壓瓶50中的金屬氫化物進(jìn)行吸熱反應(yīng)，而經(jīng)由該氣體釋放閥裝置52釋出一定壓力的氫氣。
加熱裝置16可為電熱式，其可通過燃料電池所產(chǎn)生的電能所驅(qū)動(dòng)。任何適用的恒定加熱裝置皆可作為熱能來源圖中所示的實(shí)施例，是應(yīng)用高溫水作為熱能來源；其中，圖中所示的加熱裝置16包含一儲(chǔ)水槽162，其設(shè)于容置箱12內(nèi)，用于儲(chǔ)存高溫水；及多條流經(jīng)容納室122周圍的水道164，該水道164與該儲(chǔ)水槽162相連通(圖未示出)，使高溫水可經(jīng)由該水道164流經(jīng)容納室122周圍。
圖3的氫氣源供應(yīng)裝置的立體組合圖上顯示有水道164及高溫水的流動(dòng)方向；圖5顯示水道164的側(cè)面剖面視圖。
如圖3所示，高溫水由位于儲(chǔ)水槽162上方的一入水孔洞165流入儲(chǔ)水槽162，再經(jīng)由設(shè)于儲(chǔ)水槽162下端的一出水孔洞166流出儲(chǔ)水槽162，接著經(jīng)由管線(未圖標(biāo))流入設(shè)于板件128下方的多個(gè)入水口167流入水道164，再經(jīng)由設(shè)于板件128下方的多個(gè)出水口168流出水道。經(jīng)由將高溫水流經(jīng)容納室122周圍的方式，高溫水的熱能被傳導(dǎo)至高壓瓶50。如前所述，高壓瓶50內(nèi)的金屬氫化合的釋放氫氣的過程為一吸熱反應(yīng)，因此，高溫水的熱能恰可提供此一吸熱反應(yīng)所需的能量，使高壓瓶50內(nèi)的金屬氫化物可在一選定的溫度及一相對(duì)應(yīng)的壓力下釋放氫氣。
由于本發(fā)明的氫氣源供應(yīng)裝置直接應(yīng)用燃料電池所產(chǎn)生的電能或提供流動(dòng)循環(huán)的高溫水等一切可能的供熱系統(tǒng)作為熱能來源，故可持續(xù)地對(duì)高壓瓶內(nèi)的金屬氫化物提供熱能，使其進(jìn)行釋氫反應(yīng)。
根據(jù)實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，燃料電池的較佳供氫操作壓力約在95至105磅/平方英寸(psi)的范圍內(nèi)。因此，可根據(jù)高壓瓶內(nèi)所存金屬氫化物的特性，應(yīng)用電子控制回路、溫度感應(yīng)器等現(xiàn)有控制手段，使加熱裝置將高壓瓶保持在一預(yù)定溫定，以使高壓瓶保持在95至105psi范圍內(nèi)的釋放壓力。當(dāng)儲(chǔ)存于金屬氫化物內(nèi)的氫氣被完全釋放后，可將高壓瓶50自容納室122中快速取出，再將新鮮純氫氣回充至高壓瓶50中的金屬氫化物內(nèi)，故重新為燃料電池提供了一種安全、且輕便地氫氣源。
本發(fā)明為一突破現(xiàn)有技術(shù)的新穎設(shè)計(jì)，然其亦可以其它的特定形式來實(shí)現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的精神和重要特性。因此上述所列的技術(shù)實(shí)施方式在各方面都應(yīng)被視為例示性而非限制性實(shí)施例，而所有的改變只要合乎本發(fā)明權(quán)利要求書所定義的范圍或?yàn)槠浼夹g(shù)實(shí)施方式等效者，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氫氣源供應(yīng)裝置，包含至少一充填有金屬氫化物的高壓瓶，其具有一底端；一氣口端；一氣體釋放閥裝置，設(shè)于該氣口端上；一容置箱，包含至少一設(shè)于其中的容納室，以相對(duì)應(yīng)容納該高壓瓶；該容納室具有一封閉端及一開口端，該高壓瓶經(jīng)由該容納室的開口端插入該容納室而穩(wěn)定支撐于該容置箱內(nèi)；至少一快速接頭，相對(duì)應(yīng)設(shè)于該容納室的封端閉上，恰與該容納室中所容納的高壓瓶的氣體釋放閥裝置連結(jié)，引動(dòng)開啟該氣體釋放閥裝置；一加熱裝置，設(shè)于該容納室周圍，對(duì)該高壓瓶加熱，以提供該高壓瓶中的金屬氫化物進(jìn)行吸熱反應(yīng)，而經(jīng)由該氣體釋放閥裝置釋出一定壓力的氫氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供應(yīng)裝置，其特征在于該加熱裝置包含一儲(chǔ)水槽，設(shè)于該容置箱內(nèi)，用于儲(chǔ)存高溫水；多條設(shè)于該容納室周圍的水道，該水道與該儲(chǔ)水槽相連通，使該高溫水可經(jīng)由該水道流經(jīng)該容納室周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供應(yīng)裝置，其特征在于該快速接頭包含一固定環(huán)，固設(shè)于該容納室的封閉端且具有一中心點(diǎn)；一鎖定裝置，可拆式地連接該固定環(huán)及該相對(duì)應(yīng)高壓瓶的氣口端；一撞針，自該固定環(huán)的中心點(diǎn)由該容納室的封閉端朝該容納室垂直突出；以此，將一相對(duì)應(yīng)的高壓瓶經(jīng)由該開口端插入該容納室使該高壓瓶的氣口端被鎖定至該固定環(huán)時(shí)，該撞針恰插入該氣體釋放閥裝置中迫使氣體釋放閥裝置開啟以釋放氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供應(yīng)裝置，其特征在于該加熱裝置為一電熱裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供應(yīng)裝置，其特征在于該加熱裝置將高壓瓶保持在一預(yù)定溫定，使高壓瓶保持在95至105psi范圍內(nèi)的釋放壓力釋放氫氣。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種適用于燃料電池的氫氣源供應(yīng)裝置，包含至少一充填有金屬氫化物的高壓瓶，具有一底端、一氣口端一氣體釋放閥裝置，設(shè)于氣口端上一容置箱，包含至少一設(shè)于其中的容納室，容納室具有一封閉端及一開口端，高壓瓶是經(jīng)由開口端插入容置箱而穩(wěn)定支撐于容納室內(nèi)；至少一快速接頭，設(shè)于容納室的封閉端且與高壓瓶的氣體釋放閥裝置連結(jié)，引動(dòng)開啟氣體釋放閥裝置；一加熱裝置，設(shè)于容納室周圍，用于對(duì)高壓瓶加熱，以提供該高壓瓶中的金屬氫化物進(jìn)行吸熱反應(yīng)，而經(jīng)由該氣體釋放閥裝置釋出一定壓力的氫氣。
文檔編號(hào)C01B3/00GK1405914SQ0112422
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2001年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者楊源生 申請(qǐng)人:亞太燃料電池科技股份有限公司