[发明专利]燃料电池循环系统、其控制方法及其关机方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池循环系统、其控制方法及其关机方法，且特别涉及一种易于小型化且可避免水渗漏的燃料电池循环系统、其控制方法及其关机方法。

背景技术

利用燃料电池产生能源具有高效率、低噪音、无污染的优点，故其为可充分满足环保需求的能源技术。目前常见的燃料电池种类为质子交换膜型燃料电池(PEMFC)以及直接甲醇燃料电池(DMFC)。以直接甲醇燃料电池为例，阳极的燃料(甲醇)与催化剂反应产生氢离子与电子，阳极反应生成的电子经由电路往阴极端，氢离子则穿透质子交换膜往阴极端再与电子和氧气反应生成水。因此，在直接甲醇燃料电池运作的过程中，需将供给至阳极处的甲醇溶液浓度控制在例如5％-10％的一定范围内，因浓度若小于5％会导致燃料供给不足，反之若大于10％则会造成甲醇穿越膜电极组体(MEA)至阴极，两者皆会使燃料电池的性能下降。另一方面，由于阴极处于反应后会产生水，故需将水回收与燃料槽中的高浓度甲醇混合来达到所需浓度，以增加燃料的使用效率。

图1为一示意图，显示已知包含燃料浓度控制及水回收构件的燃料电池循环系统100，其中以实线标注的流向代表燃料电池102的阳极循环流程，以虚线标注的流向代表燃料电池102的阴极循环流程。如图1所示，燃料电池102阴极反应所需氧气由鼓风机(blower)104引入，阴极处产生的水分蒸发后被带至水槽(water tank)106冷凝储存。另一方面，循环泵(circulationpump)108抽取混合槽112(mixing tank)中的燃料至燃料电池102阳极处，且经反应后的阳极燃料再流回混合槽112。在燃料电池102的运作过程中其阳极处会不断消耗甲醇，故混合槽112中的甲醇溶液浓度会随时间逐渐下降，此时需补充水与高浓度甲醇以将燃料浓度维持于前述的预设范围内。依此一已知设计，当混合槽112中的甲醇溶液浓度降低时，分别利用水泵(waterpump)114与计量泵(dosing pump)116抽取水槽106及燃料槽118来补充水与甲醇，使混合槽112的燃料浓度恢复至预设范围。

然而，上述的已知设计为调节燃料浓度需使用两个不同泵体(水泵114与计量泵116)进行回收水与高浓度甲醇的补给，如此不仅提高制造成本更会使整体系统的体积庞大而难以小型化。

图2为显示另一已知燃料电池循环系统200的示意图，

其中以实线标注的流向代表燃料电池202的阳极循环流程，以虚线标注的流向代表燃料电池202的阴极循环流程。如图2所示，燃料电池202阴极反应所需氧气由鼓风机204引入，阴极处产生的水分蒸发后被带至水槽206冷凝储存。

另一方面，循环泵208抽取混合槽212中的燃料至燃料电池202阳极处，且经反应后的阳极燃料再流回混合槽212。当混合槽212的甲醇溶液浓度降低时，利用计量泵216抽取燃料槽218中的高浓度甲醇至混合槽212中，且水槽206储存的回收水是以重力滴落方式直接流入混合槽212中。

上述的已知设计以重力滴落的方式利用回收水，虽可达到省略一个水泵构件的目的，但该重力滴落设计须提供高度落差使系统小型化更加困难，且混合槽212与水槽206连通的设计，在循环泵208运作时容易使部分阳极燃料泄漏至水槽206。

另外，为使气流通过以将水分凝结而储存于水槽中，水槽会开设一气流开口与外界相通。因此，若该燃料电池循环系统设计为一可携式系统，当其关机停止运作后回收水会从水槽的开口泄漏至外界，造成使用者的不便。

发明内容

本发明提供一种燃料电池循环系统及其控制方法，其可减少系统体积及制造成本、简化浓度控制过程且可避免回收水渗漏。

依本发明的一实施例，一种燃料电池循环系统，用以控制供给至少一燃料电池的燃料的浓度及处理该燃料电池反应后的生成水的回收过程，且燃料电池循环系统包含燃料槽、水槽、混合槽、第一及第二泵体及开关阀。燃料槽储存燃料；水槽储存燃料电池反应后的生成水；混合槽连通燃料槽及水槽；第一泵体，连通燃料槽、水槽及混合槽，以抽取燃料槽内的燃料及水槽内的生成水至混合槽内，以形成混合流体；第二泵体，连通燃料电池及混合槽，以循环地抽取混合槽内的混合流体至燃料电池进行反应，并将反应后的混合流体送回混合槽；及开关阀，设置于燃料槽至第一泵体的流道上，以控制燃料槽与混合槽间的连通状态。