專利名稱：用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料供給方法，特別涉及一種能夠長(zhǎng)時(shí)間供給穩(wěn)定且適當(dāng)濃度的液態(tài)燃料至液態(tài)燃料電池裝置中的方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池的種類相當(dāng)多，而且分類的方式也各有所不同，若依電解質(zhì)性質(zhì)不同加以區(qū)分，有堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池等五種不同電解質(zhì)的燃料電池。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池又包含所謂直接甲醇燃料電池，直接以甲醇為燃料，而不需先改質(zhì)成氫氣，是目前研發(fā)能量較高的技術(shù)之一，其應(yīng)用目標(biāo)包含大型發(fā)電廠、汽車用發(fā)電機(jī)、攜帶式電源等。
然而現(xiàn)有技術(shù)中，不管是氣態(tài)燃料電池，或者是液態(tài)燃料電池(如直接甲醇燃料電池)，在邁向商品化的過(guò)程中都面臨一項(xiàng)難題，即燃料電池電力輸出性能的穩(wěn)定性。針對(duì)液態(tài)燃料電池而言，影響其電力輸出性能的因素很多，其中一項(xiàng)即關(guān)于液態(tài)燃料的濃度。為使液態(tài)燃料電池的電力輸出具有穩(wěn)定性，除了要讓液態(tài)燃料能夠均勻分布于液態(tài)燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)區(qū)外，最重要的一點(diǎn)就是要能夠供給具有穩(wěn)定且適當(dāng)濃度的液態(tài)燃料至液態(tài)燃料電池中，才能達(dá)到電力輸出穩(wěn)定的目的。
然而以現(xiàn)有技術(shù)而言，在液態(tài)燃料電池的運(yùn)作過(guò)程中，由于無(wú)法精確掌握何時(shí)應(yīng)添加新的液態(tài)燃料以及適當(dāng)?shù)奶砑恿浚寡a(bǔ)給后液態(tài)燃料的濃度會(huì)隨著時(shí)間而漸漸偏離出當(dāng)初所設(shè)定的最佳范圍之外，因而導(dǎo)致液態(tài)燃料電池整體的電力輸出性能最后都不能夠達(dá)到理想狀態(tài)，此項(xiàng)缺陷一直是現(xiàn)有液態(tài)燃料電池?zé)o法順利商品化的原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，是提供一種燃料供給方法，可以長(zhǎng)時(shí)間供給液態(tài)燃料電池一種具有穩(wěn)定且適當(dāng)濃度的液態(tài)燃料。
為達(dá)成本發(fā)明上述目的，本發(fā)明提供一種用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，包括下列步驟A.將已知濃度的燃料提供給液態(tài)燃料電池，并使該液態(tài)燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力，其中該燃料是由高濃度液態(tài)燃料及水溶液所混合而成，以及該高濃度液態(tài)燃料與該水溶液分別在該燃料中具有一個(gè)第一含量及一個(gè)第二含量；B.將一個(gè)負(fù)載(Load)與該液態(tài)燃料電池作電性連接，且變化該負(fù)載的電性負(fù)載值；C.對(duì)于具有不同電性負(fù)載值的該負(fù)載，分別測(cè)量并記錄當(dāng)時(shí)該燃料的濃度值及該負(fù)載所消耗的功率值；D.在該步驟C進(jìn)行中，對(duì)于具有不同電性負(fù)載值的該負(fù)載，分別選擇出一個(gè)臨界濃度值及一個(gè)臨界功率值，其中該臨界功率值為當(dāng)該燃料的濃度達(dá)到該臨界濃度值時(shí)，該負(fù)載所消耗的功率值；E依據(jù)該負(fù)載的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的臨界濃度值、臨界功率值，來(lái)建立第一曲線方程式及第二曲線方程式，其中該第一曲線方程式是在該負(fù)載具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出該燃料的臨界濃度值，而該第二曲線方程式是在該負(fù)載具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出該負(fù)載的臨界功率值；F該燃料的濃度產(chǎn)生變化時(shí)，測(cè)量此時(shí)該負(fù)載的電性負(fù)載值及該負(fù)載所消耗的功率值，并利用該步驟E所建立的該第一曲線方程式及該第二曲線方程式，能夠計(jì)算得到該燃料的臨界濃度值及該負(fù)載的臨界功率值；G判斷該步驟F中所測(cè)量到該負(fù)載所消耗的功率值是否不大于該步驟F中所計(jì)算得到的該臨界功率值，如果是，則供給新的該燃料至該液態(tài)燃料電池中。
其中，該步驟G進(jìn)一步包含下列步驟測(cè)量此時(shí)該燃料所剩余的容積，并依據(jù)該步驟F的該燃料的臨界濃度值，計(jì)算出此時(shí)該燃料中高濃度液態(tài)燃料的另一第一含量及該水溶液的另一第二含量；計(jì)算第一補(bǔ)充量及第二補(bǔ)充量，其中該第一補(bǔ)充量等于該第一含量與該另一第一含量?jī)烧咧g的差值，該第二補(bǔ)充量等于該第二含量與該另一第二含量?jī)烧咧g的差值；供給具有該第一補(bǔ)充量的新的該高濃度液態(tài)燃料及具有該第二補(bǔ)充量的新的該水溶液至該液態(tài)燃料電池中。
本發(fā)明的有益效果在于，通該第二曲線方程式，當(dāng)負(fù)載具有已知電性負(fù)載值時(shí)，可借助通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所建立的該第二曲線方程式計(jì)算出負(fù)載的臨界功率值，因而能夠在液態(tài)燃料電池的運(yùn)作過(guò)程中，精準(zhǔn)掌握液態(tài)燃料電池的適當(dāng)輸出功率的下限，準(zhǔn)確掌握新液態(tài)燃料的添加時(shí)機(jī)。另外，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所建立的該第一曲線方程式，則可準(zhǔn)確掌握高濃度液態(tài)燃料供給槽內(nèi)高濃度液態(tài)燃料的實(shí)際消耗量以及水溶液供給槽內(nèi)的水溶液的實(shí)際消耗量，進(jìn)而添加符合實(shí)際消耗量的高濃度液態(tài)燃料及水溶液。從而使得最后混合而成液態(tài)燃料的濃度既穩(wěn)定且始終維持在當(dāng)初所設(shè)定的最佳范圍之內(nèi)。


圖1A為本發(fā)明用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法的流程圖。
圖1B為圖1A中步驟112的詳細(xì)流程圖。
圖2為配合本發(fā)明方法所建置的液態(tài)燃料電池的燃料供給系統(tǒng)的方塊圖。
圖3為執(zhí)行圖1A中步驟102與步驟104后所建立的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖4A為依據(jù)圖3中的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的臨界濃度值所建立的第一曲線方程式。
圖4B為依據(jù)圖3中的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的臨界功率值所建立的第二曲線方程式。
主要組件符號(hào)說(shuō)明如下10燃料供給方法
100、102、104、106、108、110、112步驟1120、1122、1124步驟20 燃料供給系統(tǒng)200液態(tài)燃料電池202負(fù)載204控制單元206燃料供給槽2060 液位傳感器2062 濃度傳感器208、209 泵浦210高濃度液態(tài)燃料供給槽212水溶液供給槽具體實(shí)施方式
圖1A為本發(fā)明用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法的流程圖。圖2為配合本發(fā)明方法所建置的液態(tài)燃料電池的燃料供給系統(tǒng)20的方塊圖。本發(fā)明的燃料供給方法10是用來(lái)供給液態(tài)燃料電池200所需的液態(tài)燃料。其中，適用于本發(fā)明的液態(tài)燃料電池200可為直接甲醇燃料電池，而在直接甲醇燃料電池內(nèi)的流體燃料即使用甲醇水溶液此類液態(tài)燃料。本發(fā)明的燃料供給方法10包括步驟100至步驟112，分別說(shuō)明如下。
步驟100是將已知濃度的燃料(如甲醇水溶液)提供給液態(tài)燃料電池200，并使得液態(tài)燃料電池200發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力，其中該已知濃度的燃料儲(chǔ)存于液態(tài)燃料供給槽206，而且其是通過(guò)高濃度液態(tài)燃料供給槽210內(nèi)的高濃度液態(tài)燃料(如純甲醇)以及水溶液供給槽212內(nèi)的水溶液二者所混合而成。此外，該高濃度液態(tài)燃料與該水溶液分別在該已知濃度的燃料中具有第一含量及第二含量，且該第一含量可通過(guò)液位傳感器2060測(cè)量液態(tài)燃料供給槽206中當(dāng)時(shí)的燃料量，再乘以該已知濃度而計(jì)算得到，而該第二含量則可通過(guò)計(jì)算液態(tài)燃料供給槽206中當(dāng)時(shí)的燃料量與該第一含量?jī)烧咧g的差值而獲得。
步驟102是提供負(fù)載202與液態(tài)燃料電池200作電性連接，且借助第二圖的控制單元204來(lái)變化負(fù)載202的電性負(fù)載值(如電壓值或電流密度值)。
步驟104對(duì)于具有不同電性負(fù)載值的負(fù)載202，分別測(cè)量并記錄當(dāng)時(shí)液態(tài)燃料供給槽206內(nèi)燃料的濃度值及負(fù)載202所消耗的功率值，其中燃料濃度值的測(cè)量作業(yè)是由濃度傳感器2062來(lái)執(zhí)行，而負(fù)載202功率值的測(cè)量作業(yè)是由控制單元204來(lái)執(zhí)行，且最后該些各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所測(cè)量到的濃度值、功率值，將會(huì)被傳送到控制單元204來(lái)儲(chǔ)存，然后建立各種所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)。參考圖3所顯示，圖3即為在燃料供給槽206內(nèi)甲醇水溶液的原始濃度為10(vol％)，且提供16.33(mA/cm2)和81.63(mA/cm2)之間五種不同的負(fù)載電流密度值給液態(tài)燃料電池200持續(xù)進(jìn)行1～2小時(shí)，以及在操作溫度介于25～40℃等條件下控制單元204所建立的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)。
步驟106是在步驟104進(jìn)行中，對(duì)于具有不同電性負(fù)載值的負(fù)載202，分別選擇出一個(gè)臨界濃度值及一個(gè)臨界功率值。其中，該臨界功率值是當(dāng)該燃料的濃度達(dá)到該臨界濃度值時(shí)，負(fù)載202所消耗的功率值。在此，同樣以圖3為例說(shuō)明，在液態(tài)燃料電池200實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，當(dāng)該燃料的濃度下降達(dá)到該臨界濃度值時(shí)，負(fù)載202上的功率會(huì)驟然下降，此時(shí)負(fù)載202所消耗的功率值即定義為該臨界功率值，而且若負(fù)載202所消耗的功率值低于該臨界功率值，則代表液態(tài)燃料電池200的輸出功率不盡理想，也代表提供給液態(tài)燃料電池200的燃料濃度也已經(jīng)低于標(biāo)準(zhǔn)值(即該臨界濃度值)，此時(shí)必須添加新的且濃度較高的燃料給液態(tài)燃料電池200，以使液態(tài)燃料電池200的輸出功率恢復(fù)正常。參考圖3所示，5個(gè)黑點(diǎn)由下至上分別代表在負(fù)載電流密度值為16.33、32.65、48.98、65.1與81.63(mA/cm2)時(shí)，負(fù)載202所消耗的臨界功率值的所在處，而測(cè)量到各個(gè)黑點(diǎn)當(dāng)時(shí)的臨界濃度值分別為2.7、2.8、3.0、3.2與3.4(vol％)。上述該臨界濃度值及該臨界功率值的判斷與選擇作業(yè)，主要是由控制單元204來(lái)執(zhí)行。
步驟108是依據(jù)負(fù)載202的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的臨界濃度值、臨界功率值，以建立第一曲線方程式及第二曲線方程式，其中該第一曲線方程式是在負(fù)載202具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出該燃料的臨界濃度值，而該第二曲線方程式是在負(fù)載202具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出負(fù)載202的臨界功率值。參考圖4A所示的第一曲線方程式，是依據(jù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到圖3的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)臨界濃度值所建立的曲線方程式。參考圖4B所示的第二曲線方程式，則是依據(jù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到第三圖的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)臨界功率值所建立的曲線方程式。
步驟110是當(dāng)該燃料的濃度產(chǎn)生變化時(shí)，測(cè)量此時(shí)負(fù)載202的電性負(fù)載值及負(fù)載202所消耗的功率值，并利用步驟108所建立的該第一曲線方程式圖4A)及該第二曲線方程式(圖4B)，由控制單元204計(jì)算得到該燃料的臨界濃度值及負(fù)載202的臨界功率值。
步驟112是由控制單元204判斷步驟110中所測(cè)量到該負(fù)載所消耗的功率值是否不大于步驟110中所計(jì)算得到的該臨界功率值，如果是，則供給新的燃料至液態(tài)燃料電池200中，而該供給作業(yè)如圖1B所示。
參考圖1B所示，首先步驟1120測(cè)量此時(shí)該燃料所剩余的容積，并依據(jù)步驟110的該燃料的臨界濃度值，計(jì)算出此時(shí)該燃料中的高濃度液態(tài)燃料的另一第一含量及該水溶液的另一第二含量，具體實(shí)施方式
是借助液位傳感器2060測(cè)量液態(tài)燃料供給槽206中所剩余的燃料量，再乘以該臨界濃度值而計(jì)算得到此時(shí)該燃料中高濃度液態(tài)燃料的另一第一含量，然后將液態(tài)燃料供給槽206中所剩余的燃料量減去該另一第一含量，便得到此時(shí)該燃料中水溶液的另一第二含量。步驟1122為計(jì)算第一補(bǔ)充量及第二補(bǔ)充量，其中該第一補(bǔ)充量等于步驟100中的該第一含量與該另一第一含量?jī)烧咧g的差值，該第二補(bǔ)充量等于步驟100中的該第二含量與該另一第二含量?jī)烧咧g的差值，如此可得知高濃度液態(tài)燃料供給槽210內(nèi)的高濃度液態(tài)燃料的實(shí)際消耗量以及水溶液供給槽212內(nèi)的水溶液的實(shí)際消耗量。最后，步驟1124供給具有該第一補(bǔ)充量的新的該高濃度液態(tài)燃料及具有該第二補(bǔ)充量的新的該水溶液至該液態(tài)燃料電池200中。
本發(fā)明中，所有的供給作業(yè)是由控制單元204對(duì)泵浦208、209進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，來(lái)適時(shí)從高濃度液態(tài)燃料供給槽210引取新的高濃度液態(tài)燃料或從水溶液供給槽212引取新的水溶液至燃料供給槽206內(nèi)，再將混合過(guò)后的液態(tài)燃料供給至液態(tài)燃料電池200中。
以上對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的闡述并不是用來(lái)限定本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對(duì)其作出各種改動(dòng)與潤(rùn)飾，而這些改動(dòng)與潤(rùn)飾都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求所述的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該方法包括下列步驟A.將已知濃度的燃料提供給液態(tài)燃料電池，并使該液態(tài)燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力，其中該燃料是由高濃度液態(tài)燃料及水溶液所混合而成，以及該高濃度液態(tài)燃料與該水溶液分別在該燃料中具有一個(gè)第一含量及一個(gè)第二含量；B.將一個(gè)負(fù)載與該液態(tài)燃料電池作電性連接，且變化該負(fù)載的電性負(fù)載值；C.對(duì)于具有不同電性負(fù)載值的該負(fù)載，分別測(cè)量并記錄當(dāng)時(shí)該燃料的濃度值及該負(fù)載所消耗的功率值；D.在該步驟C進(jìn)行中，對(duì)于具有不同電性負(fù)載值的該負(fù)載，分別選擇出一個(gè)臨界濃度值及一個(gè)臨界功率值，其中該臨界功率值為當(dāng)該燃料的濃度達(dá)到該臨界濃度值時(shí)，該負(fù)載所消耗的功率值；E.依據(jù)該負(fù)載的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的臨界濃度值、臨界功率值，建立第一曲線方程式及第二曲線方程式，其中該第一曲線方程式是在該負(fù)載具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出該燃料的臨界濃度值，而該第二曲線方程式是在該負(fù)載具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出該負(fù)載的臨界功率值；F.當(dāng)該燃料的濃度產(chǎn)生變化時(shí)，測(cè)量此時(shí)該負(fù)載的電性負(fù)載值及該負(fù)載所消耗的功率值，并利用該步驟E所建立的該第一曲線方程式及該第二曲線方程式，能夠計(jì)算得到該燃料的臨界濃度值及該負(fù)載的臨界功率值；G.判斷該步驟F中所測(cè)量到該負(fù)載所消耗的功率值是否不大于該步驟F中所計(jì)算得到的該臨界功率值，如果是，則供給新的該燃料至該液態(tài)燃料電池中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該步驟G進(jìn)一步包含下列步驟測(cè)量此時(shí)該燃料所剩余的容積，并依據(jù)該步驟F中該燃料的臨界濃度值，計(jì)算出此時(shí)該燃料中高濃度液態(tài)燃料的另一第一含量及該水溶液的另一第二含量；計(jì)算第一補(bǔ)充量及第二補(bǔ)充量，其中該第一補(bǔ)充量等于該第一含量與該另一第一含量?jī)烧咧g的差值，該第二補(bǔ)充量等于該第二含量與該另一第二含量?jī)烧咧g的差值；供給具有該第一補(bǔ)充量的新的該高濃度液態(tài)燃料及具有該第二補(bǔ)充量的新的該水溶液至該液態(tài)燃料電池中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該負(fù)載的電性負(fù)載值為一電壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該負(fù)載的電性負(fù)載值為一電流密度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該電流密度值介于16.33(mA/cm2)和81.63(mA/cm2)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該臨界濃度值介于2.5(vol％)與3.5(vol％)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該燃料為甲醇水溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該高濃度液態(tài)燃料為純甲醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法，其特征在于，該液態(tài)燃料電池為直接甲醇燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于液態(tài)燃料電池的燃料供給方法。首先依據(jù)負(fù)載的各項(xiàng)不同電性負(fù)載值及所對(duì)應(yīng)的臨界濃度值、臨界功率值，建立第一曲線方程式及第二曲線方程式，其中第一曲線方程式是在負(fù)載具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出燃料的臨界濃度值，而第二曲線方程式是在負(fù)載具有已知電性負(fù)載值的條件下，用來(lái)計(jì)算出負(fù)載的臨界功率值。當(dāng)該燃料的濃度產(chǎn)生變化時(shí)，測(cè)量此時(shí)負(fù)載的電性負(fù)載值及負(fù)載所消耗的功率值，并利用第一曲線方程式及第二曲線方程式，而計(jì)算得到燃料的臨界濃度值及該負(fù)載的臨界功率值。判斷所測(cè)量到負(fù)載所消耗的功率值是否不大于計(jì)算得到的臨界功率值，如果是，則供給新的該燃料至該液態(tài)燃料電池中。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101064370SQ200610075168
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者沈坤昇, 鄧豐毅 申請(qǐng)人:勝光科技股份有限公司