液态燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种液态燃料电池系统，包括一燃料电池组，其至少由一燃料电池所组成，该燃料电池包括一阴极及一阳极；至少一阴极气体供应区与阴极接触，其至少有一气体输入口接收气体，至少有一气体排出口将气体排出；至少一气体输送元件，负责导引气体给该气体输入口；至少一阳极燃料供应区与阳极接触，内部置放一液态燃料，其至少有一燃料补充口接收该液态燃料补充；并且该阳极燃料供应区至少有一阴极气体导入口接收阴极气体供应区的气体排出口所排出的气体。本发明专利技术可以降低系统配置的复杂度以及泵浦的电力消耗与成本，具有降低体积与降低总体成本的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液态燃料电池系统，特别涉及一种直接利用阳极的燃料供应区进行阴极水回收的液态燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种利用化学能直接转化为电能的发电装置，与传统发电方式比较之下，燃料电池具有低污染、低噪音、高能量密度以及较高的能量转换效率等优点，是极具未来前瞻性的干净能源，可应用的范围包括携带式电子产品、家用发电系统、运输工具、军用设备、太空工业以及大型发电系统等各种领域。燃料电池的运作原理依其种类之不同会有些许差异，以直接甲醇型燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)为例，甲醇水溶液在阳极触媒层进行氧化反应，产生氢离子(H+)、电子(e-)以及二氧化碳(CO2)，其中氢离子可以经由电解质传递至阴极，而电子则经由外部电路传输至负载作功之后再传递至阴极，此时供给阴极的氧气会与氢离子及电子在阴极触媒层进行还原反应并产生水。由于目前直接甲醇型燃料电池存在着甲醇穿透(crossover)的问题，也就是阳极的部分甲醇与水会因浓度差和电驱动(electro-osmotic drag)等因素，以其分子形式穿越电解质层而到达阴极，这样的结果会直接影响燃料的使用效率，降低整个系统的能量密度。为减缓甲醇穿透现象，阳极甲醇水溶液的容积浓度一般维持在10％以下，但这对整个系统的能量密度却有负面的影响。因此若能回收燃料电池阴极产生的水，来提高系统补充燃料的浓度，将有助于提高整个系统的能量密度。-->图1所示是目前公知的燃料电池系统结构100，燃料电池组111由阳极120与阴极130所组成，阳极燃料储存区122内储存着供应阳极120反应所需燃料，透过泵浦123等液体传送元件，将燃料送至燃料供应区121供阳极120反应，再经由管路回到阳极燃料储存区122形成循环。阴极部分则由气体输送元件132将反应所需气体送至气体供应区131，并输出至冷凝器133收集阴极水后排出，阴极水回收区134所收集的凝结水经由泵浦135等液体传送元件，送回阳极燃料储存区122。系统另设一液态燃料罐141，与阳极燃料储存区122连接，可在适当的时机透过液态燃料补充单元142等液体传送元件，补充高浓度甲醇进入阳极燃料储存区122，以维持适当燃料浓度。这样的燃料电池系统结构需要的元件相当多，包括三个液体传送元件、一个气体输送元件、一个独立的阳极燃料储存区、一个冷凝器与阴极水回收区，如此复杂的结构不但系统体积无法缩小，制造成本也会较高，不适合使用于较小型的携带型燃料电池系统。在美国专利US6,698,278中提出了另一种燃料电池系统架构，如图2所示，燃料电池组211由阳极220与阴极230组成，阳极燃料储存区222透过泵浦223等液体传送元件，将燃料送至燃料供应区221供阳极220反应，再经由管路回到阳极燃料储存区222形成循环。阴极部分由气体输送元件232将反应所需气体送至气体供应区231，并直接从阴极出口输出至阳极燃料储存区222，在阳极燃料储存区设有一气体排出口224，排放阴极的气体及阳极反应产生的气体，系统设一液态燃料罐241，与阳极燃料储存区222连接，可在适当的时机透过液态燃料补充单元242等液体传送元件补充高浓度甲醇，以维持适当燃料浓度。这样的作法与公知的先前技术相较，可节省一个液体传送元件与冷凝器等设备，但是对于携带型燃料电池系统而言，附属的元件仍然太多，而且负责阳极燃-->料循环的泵浦223必须持续的运转，以维持阳极所需燃料，这样的作法会一直消耗系统的能量，而且体积与成本均有再减小的空间。
技术实现思路
本专利技术提供一种液态燃料电池系统，包括一燃料电池组，其至少由一燃料电池组成，该燃料电池包括一阴极及一阳极；至少一阴极气体供应区与阴极接触，其至少有一气体输入口接收气体，至少有一气体排出口将气体排出；至少一气体输送元件，负责导引气体给该气体输入口；至少一阳极燃料供应区与阳极接触，内部置放一液态燃料，其至少有一燃料补充口接收该液态燃料补充；并且该阳极燃料供应区至少有一阴极气体导入口接收阴极气体供应区的气体排出口所排出的气体。本专利技术所述的液态燃料电池系统，还包括一液态燃料补充单元，补充该液态燃料至该燃料反应区的该燃料补充口。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，阳极燃料供应区的阴极气体导入口设置一气泡细化装置改变气泡与液体接触的表面积。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，该气泡细化装置为一多孔材质所制成的元件，阴极气体导入口接收的气体透过此多孔材质，将形成较小气泡。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，该阳极燃料供应区内部设置一多孔材质层以延缓阴极气体导入口接收的气体通过，增加阴极气体导入口接收的气体停留于阳极燃料供应区的时间。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，该燃料电池组各阳极表面还包括一多孔阻绝层，以防止阴极气体直接与该阳极接触，同时仍保持该液态燃料直接接触阳极。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，该燃料电池组由至-->少两个以上的燃料电池其阴极端面对面所组成的燃料电池模组所组成。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，阳极燃料供应区内的阴极气体导入口设置一止回阀，防止该液态燃料流至阴极气体供应区。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，阳极燃料供应区设置至少一个气体排放口以排放气体。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，阳极燃料供应区的气体排放口设置一气液分离膜以排出气体并阻挡该液态燃料渗漏。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，该气体排放口在该液态燃料电池系统未操作时封闭。本专利技术所述的液态燃料电池系统，另包括一中断阀，其设置于该阴极气体供应区的气体输入口以在该液态燃料电池系统未操作时，阻挡气体进入该阴极气体供应区。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其以一既定方式控制气体输送元件传送进入阴极气体供应区的气体量。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，阴极气体供应区内设置一气体湿度监测装置，侦测阴极气体供应区内的湿度并据以控制气体输送元件传送进入阴极气体供应区的气体量。本专利技术所述的液态燃料电池系统，其中，该气体输送元件设置于该阴极气体导入口及该气体排出口之间，负责导引气体给该气体输入口。本专利技术另提供一种液态燃料电池系统的水回收方法，其特征为一气体通过燃料电池的阴极后直接导入接触燃料电池阳极的液态燃料中。本专利技术所述的液态燃料电池系统的水回收方法，进一步在该-->气体导入该液态燃料处设置一气泡细化装置。本专利技术所述的液态燃料电池系统的水回收方法，其中，该气泡细化装置为一多孔材质所制成的元件，该气体透过此多孔材质，将形成较小气泡。采用本专利技术，可以降低系统配置的复杂度以及泵浦的电力消耗与成本，具有降低体积与降低总体成本的优点。附图说明图1为公知的燃料电池系统结构1。图2为公知的燃料电池系统结构2。图3为本专利技术液态燃料电池系统实施例1的示意图。图4为本专利技术液态燃料电池系统实施例2的示意图。图5为本专利技术液态燃料电池系统实施例3的示意图。具体实施方式本专利技术通过后附详细说明的图示将会比较容易得到全盘了解，其仅为图解之用而非将本专利技术限制于图示范围。图3为本专利技术液态燃料电池系统实施例1的示意图。如图3所示，燃料电池组311由阳极320与阴极330组成，阳极燃料供应区321内装盛燃料，并与阳极320接触，供应阳极反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态燃料电池系统，其特征在于，包括：一燃料电池组，其至少由一燃料电池所组成，该燃料电池包括一阴极及一阳极；至少一阴极气体供应区，其与阴极接触，其至少有一气体输入口接收气体，至少有一气体排出口将气体排出；至少一气体 输送元件，负责导引气体给该气体输入口；至少一阳极燃料供应区，其与阳极接触，内部置放一液态燃料，其至少有一燃料补充口接收该液态燃料补充；并且该阳极燃料供应区至少有一阴极气体导入口接收阴极气体供应区的气体排出口所排出的气体。

【技术特征摘要】
1.一种液态燃料电池系统，其特征在于，包括：一燃料电池组，其至少由一燃料电池所组成，该燃料电池包括一阴极及一阳极；至少一阴极气体供应区，其与阴极接触，其至少有一气体输入口接收气体，至少有一气体排出口将气体排出；至少一气体输送元件，负责导引气体给该气体输入口；至少一阳极燃料供应区，其与阳极接触，内部置放一液态燃料，其至少有一燃料补充口接收该液态燃料补充；并且该阳极燃料供应区至少有一阴极气体导入口接收阴极气体供应区的气体排出口所排出的气体。2.根据权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，还包括一液态燃料补充单元，补充该液态燃料至该燃料反应区的该燃料补充口。3.根据权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，阳极燃料供应区的阴极气体导入口设置一气泡细化装置改变气泡与液体接触的表面积。4.根据权利要求3所述的液态燃料电池系统，其特征在于，该气泡细化装置为一多孔材质所制成的元件，阴极气体导入口接收的气体透过此多孔材质，将形成较小气泡。5.根据权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，该阳极燃料供应区内部设置一多孔材质层以延缓阴极气体导入口接收的气体通过，增加阴极气体导入口接收的气体停留于阳极燃料供应区的时间。6.根据权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池组各阳极表面还包括一多孔阻绝层，以防止阴极气体直接与该阳极接触，同时仍保持该液态燃料直接接触阳极。7.根据权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，-->该燃料电池组由至少两个以上的燃料电池其阴极端面对面所组成的燃料电池模组所组成。8.根据权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，阳极燃料供应区内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康顾严，黄佩芳，赖秋助，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]