溶液霧化裝置及其燃料電池系統的制作方法

專利名稱：溶液霧化裝置及其燃料電池系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種溶液霧化裝置及其燃料電池系統，特別是涉及一種超音波振
蕩溶液霧化裝置及設有溶液霧化裝置的燃料電池系統。
背景技術：
燃料電池(Fuel Cell)，是一種發電裝置，但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續充電，燃料電池正如其名，是繼續添加燃料以維持其電力，所需的燃料是「氫」，其之所以被歸類為新能源，原因就在此。目前燃料電池依照電解質的不同，可分為堿性燃料電池(Alkaline Fuel Cell,簡稱AFC)、質子交換膜燃料電池或固體高分子型燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,簡稱PEMFC或PEFC)、磷酸型燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell,簡稱PAFC)、溶融碳酸鹽燃料電池(MoltenCarbonate Fuel Cell，簡稱MCFC)及固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱S0FC)等五種。 直接甲醇燃料電池(Direct-Methanol Fuel Cells,簡稱DMFC)是質子交換膜燃
料電池的變革，它所用的燃料是甲醇(CH30H)，沒有經過重組，而是直接打入燃料電池內。儲
存甲醇燃料比儲存氫燃料簡單多了，它不像儲存氫需要高壓低溫的條件。直接甲醇燃料電
池的反應是甲醇藉由催化層的作用，在陽極生成二氧化碳和氫離子并釋放出電子，電子沿
著外電路流動，供給電能給外部的負載，對其做功，氫離子or)則通過質子交換膜(通常是
Nafin)遷移至陰極，與氧氣和通過外電路傳導過來的電子反應生成水，水在陽極被消耗掉，
卻在陰極產生。反應方程式如下 陽極(Anode) :CH30H+H20 — C02+6H++6e— 陰極(Cathode) : (3/2) 02+6H++6e— — 3H20 全反應(Overall reaction) :CH30H+(3/2)02 — C02+2H20 甲醇被觸媒吸附(通常是鉑)進行電催化反應，直至脫氫和生成二氧化碳，通常觸媒的設計上還會添加另一種金屬成分，以幫助甲醇的氧化。在甲醇的氧化步驟中，會產生一氧化碳(CO)， 一氧化碳會緊緊的吸附在鉑觸媒上，導致鉑觸媒上可以進行電催化反應的表面積減少。因此甲醇在進入電池內反應時需調配成溶液，但當溶液濃度過高時則容易造成觸媒中毒。 現有習知技術通常將甲醇及水以一定比例混合形成甲醇溶液，然后將甲醇溶液輸送到燃料電池中，進行電化學反應。但是甲醇溶液因為屬于液態，擴散流動性差，因此與陽極的反應效率差。未反應完全的甲醇溶液很容易穿透質子交換膜，占據陰極觸媒層，進而與空氣進行直接燃燒反應，使得燃料電池性能大幅下降。 由此可見，上述現有的溶液霧化裝置及其燃料電池系統在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品又沒有適切結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。因此如何能創設一種新型結構的溶液霧化裝置及其燃料電池系統，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前業界極 需改進的目標。

發明內容本實用新型的目的在于，克服現有的溶液霧化裝置及其燃料電池系統存在的缺
陷，而提供一種新型結構的溶液霧化裝置及其燃料電池系統，所要解決的技術問題是使其 藉由多孔式的超音波振蕩器，強化燃料溶液霧化效果，并改善燃料電池因燃料溶液限制而 造成性能下降的問題，非常適于實用。 本實用新型的目的及解決其技術問題是采用以下的技術方案來實現的。依據本實 用新型提出的一種溶液霧化裝置，其包括一儲存槽，用以儲存一溶液，并且該儲存槽具有 一輸入口及一輸出口 ；以及一超音波振蕩器，其具有一浮體、一多孔件及一振蕩子，該浮 體浮在該溶液上，連接該多孔件及該振蕩子；其中該超音波振蕩器浮在該溶液的液面上，用 以拍打振蕩該溶液產生一霧化氣體。 本實用新型的目的以及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實 現。 前述的溶液霧化裝置，其中所述的多孔件為一多孔隙平板、一多孔網目平板或一
多孔隙球體，其材質為金屬、陶瓷、高分子或復合材料。 前述的溶液霧化裝置，其中所述的浮體為一浮球。 前述的溶液霧化裝置，其中所述的振蕩子為一電子式振蕩子，控制其振蕩頻率。 前述的溶液霧化裝置，其中所述的溶液為有機水溶液、甲醇水溶液或乙醇水溶液。 本實用新型的目的及解決其技術問題還采用以下技術方案來實現。依據本實用新 型提出的一種燃料電池系統，其包括一溶液霧化裝置，其具有一儲存槽，用以儲存一溶 液，并且該儲存槽具有一輸入口及一輸出口 ；及一超音波振蕩器，其具有一浮體、一多孔 件及一振蕩子，該浮體浮在該溶液上，連接該多孔件及該振蕩子；其中該超音波振蕩器浮在 該溶液的液面上，用以拍打振蕩該溶液產生一霧化氣體；以及一燃料電池堆，其具有一輸入 端及一輸出端，其中該輸入端是與該輸出口相連通，用以通入該霧化氣體。 本實用新型的目的以及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實 現。 前述的燃料電池系統，其中所述的多孔件為一多孔隙平板、一多孔網目平板或一
多孔隙球體，其材質為金屬、陶瓷、高分子或復合材料。 前述的燃料電池系統，其中所述的浮體為一浮球。 前述的燃料電池系統，其中所述的振蕩子為一電子式振蕩子，控制其振蕩頻率。 前述的燃料電池系統，其中所述的溶液為有機水溶液、甲醇水溶液或乙醇水溶液。 前述的燃料電池系統，其進一步包括一抽氣泵，置于該輸出端或該輸入端，用以加 強該霧化氣體流動。 前述的燃料電池系統，其進一步包括一氣水分離器，置于該輸出端與該輸入口之 間，用以將該燃料電池堆的一反應產物進行氣水分離。 前述的燃料電池系統，其進一步包括一循環管路，用以將經過該氣水分離器所分 離的該反應產物中未反應完全的該溶液回收于該溶液霧化裝置。[0026] 藉由上述技術方案，本實用新型溶液霧化裝置及其燃料電池系統至少具有下列優 點及有益效果 —、藉由多孔式的超音波振蕩器可以有效將燃料溶液霧化，增加燃料溶液的擴散 性及流動性。 二、應用溶液霧化裝置于燃料電池燃料溶液處理，可提升電化學反應效率，并同時 改善因燃料溶液所造成的性能下降問題。 綜上所述，本實用新型是有關于一種溶液霧化裝置及其燃料電池系統。該溶液霧
化裝置包括儲存槽及超音波振蕩器。儲存槽用以儲存一溶液，而超音波振蕩器則具有浮
體、多孔件及振蕩子。浮體浮在溶液上并藉由多孔件連接振蕩子，以使得超音波振蕩器可浮
在溶液的液面上，并利用振蕩子振蕩多孔件使其拍打振蕩溶液以產生霧化氣體。本實用新
型又提供一種燃料電池系統，其包括上述溶液霧化裝置及燃料電池堆。燃料電池堆具有輸
入端及輸出端，并且輸入端是與溶液霧化裝置相連通，用以通入霧化氣體。藉由本實用新型
的實施，可以有效將溶液霧化以提升電池反應效率，并改善電池性能下降問題。本實用新型
在技術上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。 上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技
術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特征
和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

圖1是本實用新型的一種溶液霧化裝置的實施例剖視圖。[0032]圖2是本實用新型的一種溶液霧化裝置的超音波振蕩器的第[0033]圖3是本實用新型的一種溶液霧化裝置的超音波振蕩器的第[0034]圖4是本實用新型的一種燃料電池系統的第一實施例示意圖[0035]圖5是本實用新型的一種燃料電池系統的第二實施例示意圖[0036]10 : 溶液霧化裝置11 :儲存槽111: 輸入口112 :輸出口12、12':超音波振蕩器121 :浮體122、122':多孔件123 :振蕩子20 : 燃料電池堆21 :輸入端22 : 輸出端30 :抽氣泵40 : 氣水分離器50 :循環管路100、 100':燃料電池系統
實施態樣示意圖, .實施態樣示意圖,
具體實施方式為更進一步闡述本實用新型為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下 結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的溶液霧化裝置及其燃料電池系統的具體 實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如后。 圖1是本實用新型的一種溶液霧化裝置10的實施例剖視圖。圖2是本實用新型 的一種溶液霧化裝置10的超音波振蕩器12的第一實施態樣示意圖。圖3是本實用新型的一種溶液霧化裝置10的超音波振蕩器12'的第二實施態樣示意圖。圖4是本實用新型的一種燃料電池系統100的第一實施例示意圖。圖5是本實用新型的一種燃料電池系統100'的第二實施例示意圖。 如圖1所示，本實施例是一種溶液霧化裝置IO，其包括一儲存槽11以及一超音波振蕩器12。 如圖l所示，儲存槽ll用以儲存一溶液(未標號)，溶液可為有機水溶液、甲醇水溶液或乙醇水溶液等燃料溶液。舉例來說，甲醇溶液可以事先將水及甲醇以一定比例混合好，然后加入儲存槽ll中。也可以將水及甲醇分別加入儲存槽ll中，然后再混合均勻。一般情況，儲存槽ll除了包含溶液外，在溶液的上方，還有一可容納氣體的空間(未標號)，又儲存槽ll具有一輸入口 lll及一輸出口 112，溶液可由輸入口 lll注入儲存槽ll中，超音波振蕩器12則飄浮于溶液表面。 如圖2所示，其為超音波振蕩器12的第一實施態樣示意圖。超音波振蕩器12，其具有一浮體121、一多孔件122及一振蕩子123。浮體121為一浮球或任何形狀的浮體。浮體121連接多孔件122及振蕩子123。多孔件122可以為一多孔隙平板或一多孔網目平板，其材質可為金屬、陶瓷、高分子或復合材料等。多孔件122設置于浮體121與振蕩子123中間。振蕩子123可以為一電子式振蕩子，可控制其振蕩頻率。超音波振蕩器12放置于儲存槽ll內，自由地浮于溶液上，用以拍打振蕩溶液產生一霧化氣體，充滿溶液上方的空間(未標號)。 如圖3所示，其為超音波振蕩器12'的第二實施態樣示意圖。超音波振蕩器12'，其亦具有一浮體121、一多孔件122'及一振蕩子123。浮體121為一浮球或任何形狀的浮體。浮體121連接多孔件122'及振蕩子123，而多孔件122'可以為一多孔隙球體，其材質可為金屬、陶瓷、高分子或復合材料等。多孔件122'設置于浮體121與振蕩子123中間。同樣地，超音波振蕩器12'是放置于儲存槽11內，自由地浮于溶液上，用以拍打振蕩溶液產生霧化氣體，充滿溶液上方的空間(未標號)。 如圖4所示，本實施例為一種燃料電池系統100，其包括一溶液霧化裝置10及一燃料電池堆20。 溶液霧化裝置IO，其包括一儲存槽11及一超音波振蕩器12。儲存槽11用以儲存一溶液(未標號)，并且儲存槽ll具有一輸入口 lll及一輸出口 112(如圖l所示)。儲存槽11所儲存的溶液可為有機水溶液、甲醇水溶液或乙醇水溶液等燃料溶液。舉例來說，甲醇溶液可以事先將水及甲醇以一定比例混合好，然后加入儲存槽ll中。也可以將水及甲醇分別加入儲存槽11中，然后再混合均勻。 一般情況，儲存槽11除了包含溶液外，在溶液的上方，還有一可容納氣體的空間(未標號)。而超音波振蕩器12、12'是飄浮于溶液表面。[0052] 同時參考圖2及圖3所示，超音波振蕩器12，其具有一浮體121、一多孔件122、122'及一振蕩子123。浮體121為一浮球或任何形狀的浮體。浮體121連接多孔件122、122'及振蕩子123。多孔件122、122'可以為一多孔隙平板、一多孔網目平板或一多孔隙球體，其材質可為金屬、陶瓷、高分子或復合材料等。多孔件122、122'設置于浮體121與振蕩子123中間。振蕩子123可以為一電子式振蕩子，可控制其振蕩頻率。超音波振蕩器12放置于儲存槽11內，自由地浮于溶液上，用以拍打振蕩溶液產生霧化氣體(未標號)，充滿溶液上方的空間。[0053] 如圖4所示，霧化氣體可導入燃料電池堆20。燃料電池堆20，其具有一輸入端21 及一輸出端22，其中輸入端21是與溶液霧化裝置10的輸出口 112相連通，用以通入霧化氣 體。電池反應后的反應產物則經由輸出端22排出燃料電池堆20。 如圖5所示，本實施例為一種燃料電池系統100'，其包括一溶液霧化裝置10及一 燃料電池堆20。燃料電池系統100'進一步包括一抽氣泵30、一氣水分離器40及一循環管 路50。 溶液霧化裝置10如上所述，在此不再加以敘述。如圖5所示，燃料電池堆20的輸 入端21是與溶液霧化裝置10的輸出口 112相連通，用以通入霧化氣體，而電池反應后的反 應產物則經由輸出端22排出燃料電池堆20。 抽氣泵30，置于燃料電池堆20的輸出端22，用以加強霧化氣體的流動性，并且將 反應產物徹底吸出。抽氣泵30，也可以置于燃料電池堆20的輸入端21，用以加強霧化氣體 的流動性，以確保霧化氣體能順利由溶液霧化裝置10進入燃料電池堆20。 反應產物通常包括未反應完全的燃料溶液及反應產生的氣體，例如一氧化碳或二 氧化碳，而氣水分離器40則設置于燃料電池堆20的輸出端22與溶液霧化裝置10的輸入 口 111之間，用以將燃料電池堆20的反應產物進行氣水分離，其中分離出的氣體則排出到 外界，而未反應完全的燃料溶液則可通過循環管路50，回收于溶液霧化裝置10中，以重復 循環利用。 藉由多孔式的超音波振蕩器12可以有效將燃料溶液霧化，增加燃料溶液的擴散 性及流動性。此外，應用溶液霧化裝置于燃料電池系統的燃料溶液處理，可提升電化學反應 效率，并同時改善因燃料溶液所造成的性能下降問題。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上 的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟 悉本專業的技術人員在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容 作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內 容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍 屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求一種溶液霧化裝置，其特征在于其包括一儲存槽，用以儲存一溶液，并且該儲存槽具有一輸入口及一輸出口；以及一超音波振蕩器，其具有一浮體、一多孔件及一振蕩子，該浮體浮在該溶液上，連接該多孔件及該振蕩子；其中該超音波振蕩器浮在該溶液的液面上，用以拍打振蕩該溶液產生一霧化氣體。
2. 根據權利要求1所述的溶液霧化裝置，其特征在于其中所述的多孔件為一多孔隙平 板、一多孔網目平板或一多孔隙球體，其材質為金屬、陶瓷、高分子或復合材料。
3. 根據權利要求1所述的溶液霧化裝置，其特征在于其中所述的浮體為一浮球。
4. 根據權利要求1所述的溶液霧化裝置，其特征在于其中所述的振蕩子為一電子式振 蕩子，控制其振蕩頻率。
5. 根據權利要求1所述的溶液霧化裝置，其特征在于其中所述的溶液為有機水溶液、 甲醇水溶液或乙醇水溶液。
6. —種燃料電池系統，其特征在于其包括 一溶液霧化裝置，其具有一儲存槽，用以儲存一溶液，并且該儲存槽具有一輸入口及一輸出口 ；及 一超音波振蕩器，其具有一浮體、一多孔件及一振蕩子，該浮體浮在該溶液上，連接該多孔件及該振蕩子；其中該超音波振蕩器浮在該溶液的液面上，用以拍打振蕩該溶液產生一霧化氣體；以及一燃料電池堆，其具有一輸入端及一輸出端，其中該輸入端是與該輸出口相連通，用以 通入該霧化氣體。
7. 根據權利要求6所述的燃料電池系統，其特征在于其中所述的多孔件為一多孔隙平 板、一多孔網目平板或一多孔隙球體，其材質為金屬、陶瓷、高分子或復合材料。
8. 根據權利要求6所述的燃料電池系統，其特征在于其中所述的浮體為一浮球。
9. 根據權利要求6所述的燃料電池系統，其特征在于其中所述的振蕩子為一電子式振 蕩子，控制其振蕩頻率。
10. 根據權利要求6所述的燃料電池系統，其特征在于其中所述的溶液為有機水溶液、 甲醇水溶液或乙醇水溶液。
11. 根據權利要求6所述的燃料電池系統，其特征在于其進一步包括一抽氣泵，置于該 輸出端或該輸入端，用以加強該霧化氣體流動。
12. 根據權利要求6所述的燃料電池系統，其特征在于其進一步包括一氣水分離器，置 于該輸出端與該輸入口之間，用以將該燃料電池堆的一反應產物進行氣水分離。
13. 根據權利要求12所述的燃料電池系統，其特征在于其進一步包括一循環管路，用 以將經過該氣水分離器所分離的該反應產物中未反應完全的該溶液回收于該溶液霧化裝 置。
專利摘要本實用新型是有關于一種溶液霧化裝置及其燃料電池系統。該溶液霧化裝置包括儲存槽及超音波振蕩器。儲存槽用以儲存一溶液，而超音波振蕩器則具有浮體、多孔件及振蕩子。浮體浮在溶液上并藉由多孔件連接振蕩子，以使得超音波振蕩器可浮在溶液的液面上，并利用振蕩子振蕩多孔件使其拍打振蕩溶液以產生霧化氣體。本實用新型又提供一種燃料電池系統，其包括上述溶液霧化裝置及燃料電池堆。燃料電池堆具有輸入端及輸出端，并且輸入端是與溶液霧化裝置相連通，用以通入霧化氣體。藉由本實用新型的實施，可以有效將溶液霧化以提升電池反應效率，并改善電池性能下降問題。
文檔編號B05B17/06GK201437108SQ200920156690
公開日2010年4月14日 申請日期2009年6月19日 優先權日2009年6月19日
發明者吳啟斌, 王思圣, 陳豐璋 申請人:中興電工機械股份有限公司