專利名稱：具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種燃料電池，尤指一種具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池(fuel cell, FC)是一種利用化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝 置。與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，燃料電池具有低污染、低噪音、高能量密度、較 高能量轉(zhuǎn)化率等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ碾娏縼?lái)源。由于有著上述的優(yōu) 點(diǎn)，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，從攜帶式電子裝置、家用發(fā)電、交通工具、航天 工業(yè)等等領(lǐng)域均可應(yīng)用。
直接甲醇型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)的工作溫度從 室溫到130度左右，基本工作原理是由電極提供電子轉(zhuǎn)移的場(chǎng)所將甲醇水溶 液通入陽(yáng)極(Anode)表面進(jìn)行燃料(例如氫)的電催化氧化反應(yīng)，生成C02和H+， 并釋放出電子，電子經(jīng)由外線路傳導(dǎo)到陰極(Cathode)與氧化劑(例如氧)進(jìn)行 還原反應(yīng)，并產(chǎn)生水(化學(xué)式H20);進(jìn)入燃料電池的燃料(例如氫氣)及氧化劑 (例如氧氣)，皆須通過(guò)觸媒的催化作用，以提升反應(yīng)速率。
然而， 一般來(lái)說(shuō)，DMFC中各個(gè)裝置(例如風(fēng)扇、泵、混合槽)實(shí)際上的轉(zhuǎn) 速、液位、燃料濃度等等信息都無(wú)法一一掌握，這使得對(duì)DMFC作實(shí)驗(yàn)或控制 都難以順利達(dá)成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置，其所屬 的能量管理系統(tǒng)除了能夠基于燃料電池板的狀態(tài)信號(hào)作控制外，更可以事先 安裝各種偵測(cè)器在相對(duì)的裝置中，并借著這些偵測(cè)器所提供的溫度、液位、 濃度、轉(zhuǎn)速信息等作更進(jìn)一步的控制。
基于上述目的，在本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置中，主要包含 燃料電池板、第一風(fēng)扇、冷凝器、陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽、緩沖容器、定量泵、循 環(huán)泵，并在相對(duì)的裝置中分別裝設(shè)有溫度偵測(cè)器、液位偵測(cè)器、濃度偵測(cè)器、 轉(zhuǎn)速偵測(cè)器等組件。
上述燃料電池板至少包含陽(yáng)極觸媒電極、陰極觸媒電極、以及設(shè)置在陽(yáng) 極觸媒電極、陰極觸媒電極之間的質(zhì)子交換膜，并經(jīng)由流道分別對(duì)陽(yáng)極觸媒 電極、陰極觸媒電極通入陽(yáng)極燃料、陰極燃料。


圖l為本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置的示意圖。 主要組件符號(hào)說(shuō)明
10燃料電池板 10a陰極燃料注入口 10b陰極燃料流出口 10c陽(yáng)極燃料注入口 10d陽(yáng)極燃料流出口 12第一風(fēng)扇 14空氣過(guò)濾器 16第二風(fēng)扇18冷凝器
20陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽
22 定量泵
24氣液分離器
26緩沖容器
28循環(huán)泵
30能量管理系統(tǒng)
32燃料電池控制器
34變壓器
36a 36i偵測(cè)器
38充電電路
40充電電池
42通信鏈
360a 360i腳位
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖l，圖l為本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置的示意圖。如
圖1所示，本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置主要包含復(fù)數(shù)個(gè)燃料電池
板10、第一風(fēng)扇12、冷凝器18、陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽20、緩沖容器26、定量泵22、 循環(huán)泵28、能量管理系統(tǒng)30。燃料電池板10至少包含陽(yáng)極觸媒電極、陰極觸 媒電極、以及設(shè)置在陽(yáng)極觸媒電極、陰極觸媒電極之間的質(zhì)子交換膜。陽(yáng)極 燃料(例如甲醇)是由陽(yáng)極燃料注入口10c注入其內(nèi)，再流向陽(yáng)極觸媒電極，最 后由陽(yáng)極燃料流出口 10d流出。陰極燃料(例如空氣)是由陰極燃料注入口 10a 注入，再流向陰極觸媒電極，最后由陰極燃料流出口10b流出。由于陽(yáng)極觸媒
電極、陰極觸媒電極、質(zhì)子交換膜均屬公知組件，故在此省略均不描繪在圖示上。
本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置是通過(guò)接收來(lái)自于該些燃料電池
板10的該些狀態(tài)信號(hào)，并依據(jù)該些狀態(tài)信號(hào)來(lái)控制定量泵22、循環(huán)泵28，來(lái) 使得注入至該些燃料電池板10的陽(yáng)極燃料的濃度、流量與溫度能夠符合設(shè)定 條件，同時(shí)依據(jù)該些狀態(tài)信號(hào)來(lái)控制第一風(fēng)扇12，使得注入至該些燃料電池 板10的空氣的流量能夠符合設(shè)定條件。該些燃料電池板10在運(yùn)作中所產(chǎn)生的 至少一項(xiàng)以上狀態(tài)信號(hào)會(huì)經(jīng)由連接接口10e、通信鏈42(例如電纜線)而傳送 至燃料電池控制器32。
在本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置中，會(huì)再次利用回收水與未反 應(yīng)的甲醇燃料，將其回收之后，再經(jīng)適當(dāng)混合后再度成為陽(yáng)極燃料。在這回 收過(guò)程中，冷凝器18會(huì)經(jīng)由陰極燃料流出口10b收集該些燃料電池板10所釋放 的水蒸氣，并予以冷凝成回收水，然后在注入至緩沖容器26中。緩沖容器26 中的氣液分離器24則連通至陽(yáng)極燃料流出口10d，并分離出來(lái)自陽(yáng)極燃料流出 口10d中的二氧化碳(C02)、未反應(yīng)的甲醇陽(yáng)極燃料，但只保留甲醇而排出二 氧化碳。所以，在緩沖容器26所儲(chǔ)存且已混合的陽(yáng)極燃料，乃是分別來(lái)自于 氣液分離器24、冷凝器18的回收水(也可包含外部的水源)、陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽 20。
為了供應(yīng)陽(yáng)極燃料給該些燃料電池板IO，在控制器32的控制下，定量泵 22(dosing pump)將陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽20所儲(chǔ)存的陽(yáng)極燃料打入緩沖容器26，而 循環(huán)泵28 (circulation pu即)則將緩沖容器26所儲(chǔ)存的己混合的陽(yáng)極燃料， 經(jīng)由陽(yáng)極燃料注入口 10c打入至該些燃料電板10 。為了能夠更進(jìn)一步掌握整個(gè)系統(tǒng)中所有的參數(shù)，在本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳 位的燃料電池裝置中，特別地將各種偵測(cè)器設(shè)置在相對(duì)的裝置中，并借著這 些偵測(cè)器所提供的溫度、液位、濃度、轉(zhuǎn)速信息等作更進(jìn)一步的控制。
更具體來(lái)說(shuō)，第一風(fēng)扇12會(huì)在第一轉(zhuǎn)速偵測(cè)器36a的偵測(cè)下，經(jīng)由陰極燃 料注入口10a通入空氣至該些燃料電池板10。為了讓操作者能夠更進(jìn)一步掌握 整個(gè)系統(tǒng)中所有的參數(shù)，第一轉(zhuǎn)速偵測(cè)器36a可透過(guò)第一轉(zhuǎn)速腳位360a提供第 一風(fēng)扇12的第一轉(zhuǎn)速信息。第一轉(zhuǎn)速腳位360a可包含「 +」電源端子、「-」 電源端子、「FG」轉(zhuǎn)速端子。
在冷凝器18中，則具有偵測(cè)回收水的第一液位信息的第一液位偵測(cè)器 36c，并經(jīng)由第一液位腳位360c提供第一液位信息。在陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽20中， 具有偵測(cè)陽(yáng)極燃料的第二液位信息的第二液位偵測(cè)器36d，并經(jīng)由第二液位腳 位360d提供第二液位信息。在緩沖容器26中，則具有溫度偵測(cè)器36g、第三液 位偵測(cè)器36f、濃度偵測(cè)器36e。溫度偵測(cè)器36g可透過(guò)溫度腳位360g提供已混 合的陽(yáng)極燃料的溫度信息。第三液位偵測(cè)器36f可透過(guò)第三液位腳位360f提供 已混合的陽(yáng)極燃料的第三液位信息。濃度偵測(cè)器36e可透過(guò)濃度腳位360e提供 已混合的陽(yáng)極燃料的濃度信息。
在定量泵22(dosing pump)則具有偵測(cè)第二轉(zhuǎn)速信息的第二轉(zhuǎn)速偵測(cè)器 36h，并經(jīng)由第二轉(zhuǎn)速腳位360h提供第二轉(zhuǎn)速信息。在循環(huán)泵28(circulation pump)具有偵測(cè)第三轉(zhuǎn)速信息的第三轉(zhuǎn)速偵測(cè)器36i，并經(jīng)由第三轉(zhuǎn)速腳位 360i提供第三轉(zhuǎn)速信息。
此外，為了加強(qiáng)收集該些燃料電池板10所釋放的水蒸氣，在冷凝器18、 陰極燃料流出口10b之間額外設(shè)置第二風(fēng)扇16。第二風(fēng)扇16也具有偵測(cè)第四轉(zhuǎn) 速信息的第四轉(zhuǎn)速偵測(cè)器36b，并經(jīng)由第四轉(zhuǎn)速腳位360b提供第四轉(zhuǎn)速信息。 上述由腳位360a至360i所要向外傳輸?shù)男畔⒖赏ㄟ^(guò)通信鏈44(例如電纜 線)傳輸至燃料電池控制器32。
為了保持輸入空氣的潔凈，特別在第一風(fēng)扇12、陰極燃料注入口10a之間， 額外設(shè)置空氣過(guò)濾器14，而過(guò)濾第一風(fēng)扇12所通入的空氣。
為了提供燃料電池裝置初始化階段所需的電源，在能量管理系統(tǒng)30額外 具有充電電池40，并借著充電電池40提供上述所需電源。充電電路38則基于 變壓器34所提供的電源，對(duì)充電電池40進(jìn)行充電。在燃料電池裝置完成初始 化階段后，改由該些燃料電池板10提供所需的電源。變壓器34主要用來(lái)將該 些燃料電池板10所輸出的電壓調(diào)節(jié)至固定電壓值。
通過(guò)以上較佳具體實(shí)施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征 與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的范疇加以限制。 相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明的權(quán)利要 求的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置，其特征在于包括至少一片以上的燃料電池板，該燃料電池板至少包括一電性連接接口，該電性連接接口用來(lái)作為提供該些燃料電池板在運(yùn)作中所產(chǎn)生的至少一項(xiàng)以上狀態(tài)信號(hào)的通信路徑，該些燃料電池板均包含一陽(yáng)極燃料注入口、一陽(yáng)極燃料流出口、一陰極燃料注入口、一陰極燃料流出口；一第一風(fēng)扇，是在一第一轉(zhuǎn)速偵測(cè)器的偵測(cè)下，經(jīng)由該陰極燃料注入口通入一空氣至該些燃料電池板，且該第一轉(zhuǎn)速偵測(cè)器可透過(guò)一第一轉(zhuǎn)速腳位提供該第一風(fēng)扇的一第一轉(zhuǎn)速信息；一冷凝器，是經(jīng)由該陰極燃料流出口收集該些燃料電池板所釋放的一水蒸氣，并且予以冷凝成一回收水，且具有偵測(cè)該回收水的一第一液位信息的一第一液位偵測(cè)器，并經(jīng)由一第一液位腳位提供該第一液位信息；一陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽，是儲(chǔ)存一陽(yáng)極燃料，且具有偵測(cè)該陽(yáng)極燃料的一第二液位信息的一第二液位偵測(cè)器，并經(jīng)由一第二液位腳位提供該第二液位信息；一緩沖容器，是至少包含一氣液分離器、一溫度偵測(cè)器、一第三液位偵測(cè)器、一濃度偵測(cè)器，該氣液分離器是連通至該陽(yáng)極燃料流出口且分離出來(lái)自該陽(yáng)極燃料流出口中的一二氧化碳、未反應(yīng)的該陽(yáng)極燃料，且該緩沖容器所儲(chǔ)存的已混合的該陽(yáng)極燃料是來(lái)自該氣液分離器、該冷凝器的該回收水、該陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽，該溫度偵測(cè)器可透過(guò)一溫度腳位提供已混合的該陽(yáng)極燃料的一溫度信息，該第三液位偵測(cè)器可透過(guò)一第三液位腳位提供已混合的該陽(yáng)極燃料的一第三液位信息，該濃度偵測(cè)器可透過(guò)一濃度腳位提供已混合的該陽(yáng)極燃料的一濃度信息；一定量泵，是用以將該陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽所儲(chǔ)存的該陽(yáng)極燃料打入該緩沖容器，且具有偵測(cè)一第二轉(zhuǎn)速信息的一第二轉(zhuǎn)速偵測(cè)器，并經(jīng)由一第二轉(zhuǎn)速腳位提供該第二轉(zhuǎn)速信息；一循環(huán)泵，是用以將該緩沖容器所儲(chǔ)存的已混合的該陽(yáng)極燃料，經(jīng)由該陽(yáng)極燃料注入口打入該些燃料電池板，且具有偵測(cè)一第三轉(zhuǎn)速信息的一第三轉(zhuǎn)速偵測(cè)器，并經(jīng)由一第三轉(zhuǎn)速腳位提供該第三轉(zhuǎn)速信息；一能量管理系統(tǒng)，是至少包含一燃料電池控制器、一變壓器，該燃料電池控制器是用來(lái)接收來(lái)自于該些燃料電池板的該些狀態(tài)信號(hào)，并依據(jù)該些狀態(tài)信號(hào)來(lái)主要控制該定量泵、該循環(huán)泵，來(lái)使得注入至該些燃料電池板的該陽(yáng)極燃料的濃度、流量與溫度能夠符合設(shè)定條件，同時(shí)依據(jù)該些狀態(tài)信號(hào)來(lái)主要控制該第一風(fēng)扇，使得注入至該些燃料電池板的該空氣的流量能夠符合設(shè)定條件，而該變壓器用來(lái)將該些燃料電池板所輸出的電壓調(diào)節(jié)至固定電壓值。
2. 如權(quán)利要求l所述的具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置，其特征在于該燃料 電池裝置進(jìn)一步包含一第二風(fēng)扇，是設(shè)置在該冷凝器、該陰極燃料流出口之間，并用來(lái)加 強(qiáng)收集該些燃料電池板所釋放的該水蒸氣并導(dǎo)引至該冷凝器，且具有偵測(cè) 一第四轉(zhuǎn)速信息的一第四轉(zhuǎn)速偵測(cè)器，并經(jīng)由一第四轉(zhuǎn)速腳位提供該第四轉(zhuǎn)速信息o
3. 如權(quán)利要求l所述的具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置，其特征在于該燃料電池裝置進(jìn)一步包含一空氣過(guò)濾器，是設(shè)置在該第一風(fēng)扇、該陰極燃料注入口之間，并用來(lái)過(guò)濾該第一風(fēng)扇所通入的該空氣。
4. 如權(quán)利要求l所述的具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置，其特征在于該能量 管理系統(tǒng)進(jìn)一步包含一充電電池、 一充電電路，該充電電池提供該燃料電 池裝置初始化階段所需的電源，該充電電路則基于該變壓器所提供的電源，對(duì)該充電電池進(jìn)行充電。
5.如權(quán)利要求4所述的具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置，其特征在于在該燃 料電池裝置完成初始化階段后，改由該些燃料電池板提供所需的電源。
全文摘要
在本發(fā)明具預(yù)留信號(hào)腳位的燃料電池裝置中，主要包含燃料電池板、第一風(fēng)扇、冷凝器、陽(yáng)極燃料儲(chǔ)存槽、緩沖容器、定量泵、循環(huán)泵，并在相對(duì)的裝置中分別裝設(shè)有溫度偵測(cè)器、液位偵測(cè)器、濃度偵測(cè)器、轉(zhuǎn)速偵測(cè)器等組件。這使能量管理系統(tǒng)除了能夠基于燃料電池板的狀態(tài)信號(hào)作控制外，更可以借著上述偵測(cè)器所提供的溫度、液位、濃度、轉(zhuǎn)速信息作更進(jìn)一步的控制。
文檔編號(hào)H01M8/00GK101170177SQ20061014998
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者莊文瑞, 張倉(cāng)銘, 許錫銘, 陳建安 申請(qǐng)人:奇鋐科技股份有限公司;勝光科技股份有限公司