專利名稱：氫氣產生設備的制作方法
氫氣產生設備發明所屬的技術領域本發明是有關于一種氣體產生設備，且特別是有關于一種氫氣產生設備。先前技術燃料電池(Fuel Cell, FC)是一種利用化學能轉換為電能的發電裝置，與傳統發電方式比較之下，燃料電池具有低污染、低噪音、高能量密度以及較高的能量轉換效率等優點，是極具未來前瞻性的干凈能源，可應用的范圍包括攜帶式電子產品、家用發電系統、運輸工具、軍用設備、太空工業以及小型發電系統等各種領域。各類燃料電池依其運作原理及操作環境之不同而有不同之應用市場，在可移動式能源上之應用主要是以質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane fuel Cell,PEMFC)及直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)為主，兩者皆屬于使用質子交換膜進行質子傳導機制之低溫啟動型燃料電池。此類質子交換膜燃料電池操作原理為氫氣在陽極觸媒層進行氧化反應，產生氫離子(H+)以及電子(e_) (PEMFC原理)，其中氫離子可以經由質子傳導膜傳遞至陰極，而電子則經由外部電路傳輸至負載作功之后再傳遞至陰極，此時供給至陰極端的氧氣會與氫離子及電子于陰極觸媒層進行還原反應并產生水。藉由固態燃料與酸性水溶液的反應產生氫氣為一種常見的應用于燃料電池的產氫方式，然而使用酸性水溶液作為反應物最大的缺點是會產生具有毒性的副產物。舉例來說，若所述固態燃料及酸性水溶液分別選用固態硼氫化鈉(NaBH4)及檸檬酸(C6H8O7)水溶液，則其反應后會產生對人體有害的乙硼烷(B2H6)氣體，吸入濃度過高(高于0.1ppm)的乙硼烷氣體恐有致癌的危險。臺灣專利編號TW200809125利用硼氫化鈉粉末與水、醇類或經稀釋的酸等液態燃料反應來產生氫氣。臺灣專利編號TWI319638揭露一種燃料供源，包括燃料容器及雜質去除匣。臺灣專利編號TW200500295揭露一種潔凈劑，用以在常溫下透過化學吸附去除有害氫化物成份。美國專利編號US20080113249揭露一種燃料電池系統，其利用過濾裝置來移除不純物。美國專利編號US20080044696揭露一種氫氣產生匣，具有用以純化氫氣的過濾器。美國專利編號US4532115揭露一種利用鋁化物去除有毒氣體的方法。美國專利編號US4743435、US4996030及US4910001皆揭露利用氧化鋁來過濾乙硼烷。
發明內容本發明提出一種氫氣產生設備，可有效過濾混合于氫氣的有毒氣體。本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特征中得到進一步的了解。為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提供一種氫氣產生設備，包括一氫氣產生裝置及一氫氣純化裝置。氫氣產生裝置產生一氫氣、混合于氫氣的一水氣及混合于氫氣的一有毒氣體。氫氣純化裝置包括一水氣過濾單元及一有毒氣體過濾單元。氫氣通過水氣過濾單元，以去除混合于氫氣中的水氣。有毒氣體過濾單元包括一過濾組件。過濾組件表面具有多個羥基。在氫氣通過水氣過濾單元之后，當氫氣通過有毒氣體過濾單元時， 混合于氫氣中的有毒氣體與這些羥基反應，以去除有毒氣體。
基于上述，在本發明的上述實施例中，過濾組件利用其表面的羥基與有毒氣體進行化學反應，以過濾混合于氫氣中的有毒氣體，因此不會如物理性吸附的過濾方式發生吸附飽和的情況，而可增進過濾效果。此外，氫氣產生裝置所產生的氫氣會先通過水氣過濾單元，然后再通過有毒氣體過濾單元的過濾組件，藉以避免過濾組件表面因吸附過多水氣而降低羥基與有毒氣體的反應效率。為讓本發明之上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。實施方式有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。圖1為本發明一實施例之氫氣產生設備應用于燃料電池的示意圖。請參考圖1，本實施例的氫氣產生設備100可應用于燃料電池200，氫氣產生設備100包括一氫氣產生裝置110及一氫氣純化裝置120。氫氣產生裝置110用以產生氫氣VI，且會產生混合于氫氣Vl的水氣V2及有毒氣體V3等副產物。圖2為圖1之氫氣純化裝置的示意圖。請參考圖2，本實施例的氫氣純化裝置120包括一水氣過濾單元122及一有毒氣體過濾單元124,有毒氣體過濾單元124包括一過濾組件124a。氫氣Vl在通過有毒氣體過濾單元124之前，會先通過水氣過濾單元122，以去除混合于氫氣Vl中的水氣V2。圖3為圖2之過濾組件與有毒氣體反應的示意圖。請參考圖3，本實施例的有毒氣體V3例如為乙硼烷(B2H6)。過濾組件124a表面具有多個羥基(-0H)。氫氣Vl在通過水氣過濾單元122而過濾掉水氣V 2之后，會接著通過有毒氣體過濾單元124，此時混合于氫氣Vl中的有毒氣體V3會如圖3所示與這些羥基反應而形成硼氧鍵(B-O)，以去除有毒氣體V3。最后，藉由水氣過濾單元122及有毒氣體過濾單元124被純化的氫氣Vl被導至燃料電池200供利用。在上述配置方式之下，過濾組件124a利用其表面的羥基與有毒氣體V3進行化學反應，以過濾混合于氫氣Vl中的有毒氣體V3，因此不會如物理性吸附的過濾方式發生吸附飽和的情況，而可增進過濾效果。此外,氫氣產生裝置Iio所產生的氫氣Vl會先通過水氣過濾單元122，然后再通過有毒氣體過濾單元124的過濾組件124a，藉以避免過濾組件124a表面因吸附過多水氣而降低羥基與有毒氣體V3的反應效率。圖4為圖1之氫氣產生裝置的示意圖。請參考圖4，在本實施例中，例如是藉由固態反應物S及酸性水溶液L在氫氣產生裝置110內的反應來產生氫氣V1、混合于氫氣Vl的水氣V2及混合于氫氣Vl的有毒氣體V3。固態反應物S例如為固態氫化物或固態氫化物混合固態催化劑，所述固態氫化物可為硼氫化物、氮氫化物、碳氫化物、金屬氫化物、硼氮氫化物、硼碳氫化物、氮碳氫化物、金屬硼氫化物、金屬氮氫化物、金屬碳氫化物、金屬硼氮氫化物、金屬硼碳氫化物、金屬碳氮氫化物、硼氮碳氫化物、金屬硼氮碳氫化物或上述的組合。舉例來說，所述固態氫化物可包括硼氫化鈉(NaBH4)、氫化鈉(NaH)、鋰氫硼化物(LiBH4)、氫化鋰(LiH)、氫化鈣(CaH2)、鈣氫硼化物(Ca(BH4)2)、鎂氫硼化物(MgBH4)、硼氫化鉀(KBH4)、硼氫化鋁(Al (BH4) 3)、氨硼烷(H3BNH3)、二氨乙硼烷(H2B(NH3)2BH4)、聚氨基硼烷((NH2BH2)n)、環硼氮烷(B3N3H6)、嗎啉硼燒(MorpholineboraneJPB)、硼烷-四氫呋喃復合物(BH3/THF)、乙硼烷或其他硼烷類。此外，上述固態催化劑包括固態酸、含釕(Ru)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)之鹽類或利用其離子所制成的固態催化劑。酸性水溶液L可包括朽1檬酸(Lemon acid)、蘋果酸(Malic acid)、草酸(Oxalicacid)、醋酸(Acetic acid)、酒石酸(Tartaric acid)、玻拍酸(Succinic acid)、乳酸(Lactic acid)等有機酸類水溶液，以及鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)等無機酸類水溶液。圖2及圖3所示的過濾組件124a例如為多孔性結構，但不限于多孔性結構。舉例來說，過濾組件124a的材質可為活性碳(activated carbon)、氧化招(A1203)、沸石(Zeolite)、分子篩(molecular sieve)或選自活性碳、氧化招、沸石、分子篩至少其中之二的組合，所述羥基例如為過濾組件124a本身所提供，然本發明不以此為限，以下藉由圖5對此加以舉例說明。圖5為本發明另一實施例之過濾組件與有毒氣體反應的示意圖。請參考圖5，本實施例的過濾組件224a表面具有單層水分子，多個羥基由單層水分子所提供。類似于圖3所示的反應方式，有毒氣體V3(乙硼烷)會如圖5所示與單層水分子的這些羥基反應而形成硼氧鍵(B-O)，以去除有毒氣體V3。在圖2的實施例中，水氣過濾單元122的材質包括吸水性棉質纖維材料混合吸水性有機材料或吸水性棉質纖維材料混合吸水性無機材料。所述吸水性有機材料例如為聚丙烯酸酯(Polyacrylate)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol)、醋酸乙烯共聚物(EthyleneVinylacetate Copolymer, EVA)、聚氨酯(Polyurathane, PU)、聚環氧乙燒(Poly EthyleneOxide)、淀粉接枝共聚物、橡膠共混物等吸水性高分子或上述的組合。所述吸水性無機材料例如為招娃酸鹽(Aluminosilicate)結晶體、氯化I丐(CaCl2)、氧化I丐(CaO)、無水氯化亞鈷(CoCl2)、無水硫酸銅(CuSO4)、娃膠(Slica gel)、黏土或上述的組合。圖6為圖1之氫氣純化裝置的局部剖視圖。請參考圖6，本實施例的氫氣純化裝置120包括一管狀結構126，水氣過濾單元122及有毒氣體過濾單元124配置于管狀結構126內，氫氣Vl (繪示于圖1)通過管狀結構126而依序經過水氣過濾單元122及有毒氣體過濾單元124。在其他實施例中，氫氣純化裝置120可為其他適當形式的結構，本發明不對此加以限制。此外，本發明不對水氣過濾單元124的形式加以限制，以下藉由圖7對此加以舉例說明。圖7為本發明另一實施例之水氣過濾單元的示意圖。請參考圖7，本實施例的水氣過濾單元322包括一降溫組件322a，氫氣V1、水氣V2及有毒氣體V3藉由降溫組件322a被降溫，使混合于氫氣Vl的水氣V2凝結，以移除氫氣Vl中的水氣V2。綜上所述，在本 發明的上述實施例中，過濾組件利用其表面的羥基與有毒氣體進行化學反應，以過濾混合于氫氣中的有毒氣體，因此不會如物理性吸附的過濾方式發生吸附飽和的情況，而可增進過濾效果。此外，氫氣產生裝置所產生的氫氣會先通過水氣過濾單元，然后再通過有毒氣體過濾單元的過濾組件，藉以避免過濾組件表面因吸附過多水氣而降低羥基與有毒氣體的反應效率。惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之范圍，即大凡依本發明權利要求書及說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之范圍內。另外，本發明的任一實施例或權利要求不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，并非用來限制本發明之權利范圍。
圖1為本發明一實施例之氫氣產生設備應用于燃料電池的示意圖。圖2為圖1之氫氣純化裝置的示意圖。圖3為圖2之過濾組件與有毒氣體反應的示意圖。圖4為圖1之氫氣產生裝置的示意圖。圖5為本發明另一實施例之過濾組件與有毒氣體反應的示意圖。圖6為圖1之氫氣純化裝置的局部剖視圖。圖7為本發明另一實施例之水氣過濾單元的示意圖。主要組件符號說明100:氫氣產生設備110:氫氣產生裝置120:氫氣純化裝置
122,322:水氣過濾單元124:有毒氣體過濾單元l24a、224a:過濾組件126:管狀結構200:燃料電池322a:降溫組件L:酸性水溶液S:固態反應物Vl:氫氣V2:水氣V3:有毒氣體。
權利要求
1.一種氫氣產生設備，包括: 一氫氣產生裝置，產生一氫氣、混合于該氫氣的一水氣及混合于該氫氣的一有毒氣體；以及 一氫氣純化裝置，包括: 一水氣過濾單兀，該氫氣通過該水氣過濾單兀，以去除混合于該氫氣中的該水氣；以及一有毒氣體過濾單元，包括一過濾組件，其中該過濾組件表面具有多個羥基，在該氫氣通過該水氣過濾單元之后，當該氫氣通過該有毒氣體過濾單元時，混合于該氫氣中的該有毒氣體與該些羥基反應，以去除該有毒氣體。
2.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中該有毒氣體為乙硼燒。
3.如權利要求2所述之氫氣產生設備，其中該有毒氣體與該些羥基反應后產生硼氧鍵。
4.如權利要求1所述之氫氣產生設備,其中該水氣過濾單元的材質包括吸水性棉質纖維材料混合吸水性有機材料或吸水性棉質纖維材料混合吸水性無機材料。
5.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中該水氣過濾單元的材質包括聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚環氧乙烷、淀粉接枝共聚物、橡膠共混物或選自聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚環氧乙烷、淀粉接枝共聚物、橡膠共混物至少其中之二的組合。
6.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中該水氣過濾單元的材質包括鋁硅酸鹽結晶體、氯化鈣、氧化鈣、無水氯化亞鈷、無水硫酸銅、硅膠、黏土或選自鋁硅酸鹽結晶體、氯化鈣、氧化鈣、無水氯化亞鈷、無水硫酸銅、硅膠、黏土至少其中之二的組合。
7.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中該水氣過濾單元包括一降溫組件，該氫氣藉由該降溫組件被降溫，以使混合于該氫氣的該水氣凝結。
8.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中該過濾組件包括多孔性結構。
9.如權利要求1所述之氫氣產生設備,其中該過濾組件的材質包括活性碳、氧化鋁、沸石、分子篩或選自活性碳、氧化鋁、沸石、分子篩至少其中之二的組合。
10.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中該過濾組件表面具有單層水分子，以提供該些羥基。
11.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中該氫氣純化裝置包括一管狀結構，該水氣過濾單元及該有毒氣體過濾單元配置于該管狀結構內，該氫氣通過該管狀結構而依序經過該水氣過濾單元及該有毒氣體過濾單元。
12.如權利要求1所述之氫氣產生設備，其中一固態反應物及一酸性水溶液在該氫氣產生裝置內反應，而產生該氫氣、混合于該氫氣的該水氣及混合于該氫氣的該有毒氣體。
13.如權利要求12所述之氫氣產生設備，其中該固態反應物包括一固態氫化物，該固態氫化物包括硼氫化鈉、氫化鈉、鋰氫硼化物、氫化鋰、氫化韓、韓氫硼化物、鎂氫硼化物、硼氫化鉀、硼氫化鋁、氨硼烷、二氨乙硼烷、聚氨基硼烷、環硼氮烷、嗎啉硼烷、硼烷四氫呋喃復合物、乙硼烷至少其中之一。
14.如權利要求12項所述之氫氣產生設備，其中該酸性水溶液包括檸檬酸、蘋果酸、草酸、醋酸酒石酸、琥珀酸、乳酸、鹽酸、硫酸、硝酸。
全文摘要
一種氫氣產生設備，包括一氫氣產生裝置及一氫氣純化裝置。氫氣產生裝置產生一氫氣、混合于氫氣的一水氣及混合于氫氣的一有毒氣體。氫氣純化裝置包括一水氣過濾單元及一有毒氣體過濾單元。氫氣通過水氣過濾單元，以去除混合于氫氣中的水氣。有毒氣體過濾單元包括一過濾組件。過濾組件表面具有多個羥基。在氫氣通過水氣過濾單元之后，氫氣通過有毒氣體過濾單元，混合于氫氣中的有毒氣體與過濾組件表面的羥基反應，以去除有毒氣體。
文檔編號C01B3/56GK103121663SQ201110378869
公開日2013年5月29日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者盧郁文, 薛展立, 谷杰人, 周柏圭, 曹芳海 申請人:揚光綠能股份有限公司