燃料匣及储氢方法

专利名称：燃料匣及储氢方法
燃料匣及储氢方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料匣(fuel cartridge)及储氢方法，且特别涉及一种具有加热 装置的燃料匣及使用此燃料匣的储氢方法。
背景技术：
能源的开发与应用一直是人类生活不可或缺的条件，但传统的能源的开发与应用 对环境的破坏与日俱增。利用燃料电池(fuel cell)技术产生能源具有高效率、低噪音、无 污染的优点，是符合时代趋势的能源技术。燃料电池可区分为多种类型，常见的为质子交换膜型燃料电池(protonexchange membrane fuel cell，PEMFC)以及直接甲醇燃料电池(directmethanol fuel cell，DMFC)。 以质子交换膜型燃料电池为例，质子交换膜型燃料电池的燃料电池模块是由质子交换膜 (proton exchange membrane)及分别设置于质子交换膜两侧的阴极(cathode)与阳极 (anode)所组成，且阴极与阳极分别暴露在不同的反应物中。在质子交换膜燃料电池中的阳 极端，氢气分子会与阳极的触媒发生反应而生成氢离子(H+)与电子(e_)，其化学式可以表 示如下2 — 4H++4e_。由阳极反应生成的电子经由外部电路往阴极端移动，以提供负载使 用。而阳极反应生成的氢离子则会通过质子交换膜移动至阴极端，并在阴极侧与氧气分子 及来自外部电路的电子反应，而生成水，其化学式可以表示如下4矿+如_+02 —巩0。因此， PEMFC的总化学反应式可以表示如下2 + — 2H20。由上述可知，质子交换膜型燃料电池中阳极的燃料为氢气。因此，在燃料电池系统 中，氢气的产生及携带是相当重要的课题。传统的携氢方式是利用氢气钢瓶、金属储氢罐、 石化燃料转质产生氢气等方式，其体积庞大且系统复杂，因而难以应用。而且，阳极的氢气 反应时的流率需要恒定，必须利用复杂的阀件及泵去做控制。因此，储存的氢气通常是由泵 及流量控制阀输送至阳极流道中，造成系统必要的主动件太多，不易小型化且不易降低成 本。现今的燃料电池系统中所采用的燃料匣主要是用以提供燃料电池产生电力所需 的氢气。一般而言，传统燃料匣大多采用一次性反应的硼基化合物储氢技术，并加水使其产 生化学反应以不断地产生氢气给燃料电池。然而，由于传统燃料匣的设计仅具有一个大型 腔体，且硼基化合物储氢技术应用在此类燃料匣内所产生的化学反应为一次性反应。所以， 氢气会被不断地产生，直至硼氢化钠(NaBH4)燃料与水(H2O)的化学反应完全反应完成才会 停止。由此可知，一次性反应的燃料匣会持续提供氢气给燃料电池，从而造成氢气及电力的 浪费，以至于燃料匣所提供的氢气无法被充分的利用。

发明内容本发明提出一种燃料匣及储氢方法，可以主动控制燃料匣内所产生的氢气量，并 达到高的氢气储存率。本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本发明的一个实施例提供一种燃 料匣，其包括多个反应单元。各反应单元包括第一反应物、第二反应物以及加热装置。第一 反应物与第二反应物为分离配置。加热装置用以使分离配置的第一反应物与第二反应物接 触而产生氢气。本发明的另一实施例提供一种储氢方法，包括下列步骤。提供燃料电池系统，其包 括燃料电池堆及燃料匣。燃料闸具有多个反应单元，各反应单元包括第一反应物、第二反应 物及加热装置，其中第一反应物与第二反应物为分离配置。侦测燃料电池堆的电量，当燃料 电池堆的电量不足时，依据燃料电池堆所耗损的电量进行第一产氢反应。第一产氢反应包 括控制至少一反应单元中的加热装置以进行加热，由此使此至少一反应单元中的第一反应 物与第二反应物接触而发生反应，而产生适量的氢气。然后将反应产生的适量氢气供给至 燃料电池堆。基于上述，在本发明的实施例中至少具有以下其中一个优点，由于燃料匣中具有 多个反应单元，且反应单元中的第一反应物与第二反应物是分离配置的。当侦测到燃料电 池堆的电量不足时，可以依据燃料电池堆所耗损的电量，并启动一个或多个反应单元中的 加热装置以进行加热，使得此一个或多个反应单元中分离的第一反应物与第二反应物能 够接触而发生化学反应，以产生适量的氢气给燃料电池堆使用。也即，本发明的实施例可以 分段使第一反应物与第二反应物进行反应来提供氢气，而非一次性反应以避免造成氢气的 浪费。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并结合附图， 作详细说明如下。
具体实施方式有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的多个实 施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用 来限制本发明。图1是依照本发明的一个实施例的燃料电池系统的配置示意图。图2是依照本发 明的一个实施例的储氢方法的流程示意图。请同时参照图1及图2，本发明实施例的储氢方法是先提供燃料电池系统100(步 骤S200)。燃料电池系统100包括燃料电池堆102以及燃料匣104。燃料电池堆102连接 燃料匣104，并使用燃料匣104提供的氢气以产生电力。燃料电池堆102例如是质子交换膜 型燃料电池，但本发明并不限于此。燃料匣104包括多个反应单元108及氢气流道110。每一个反应单元108中包括 第一反应物、第二反应物以及加热装置112，其中第一反应物与第二反应物为分离配置。加 热装置112例如是电阻或电热丝。各加热装置112例如是通过加热使得对应的反应单元 108中分离的第一反应物与第二反应物能够接触，因而发生反应以产生氢气。承上述，第一反应物包括化学储氢材料，其例如是制备成固态燃料(solid fuel) 的形式。在一实施例中，化学储氢材料是选自于由金属、金属氢化物、硼氢化物、铝氢化物、 碳氢化物及铵基氢化物所组成的群组，其中化学储氢材料可含有IA族、IIA族或IIIA族的金属元素。举例而言，上述的化学储氢材料可以为镁(Mg)、铝(Al)、钠(Na)、锂(Li)、钙 (Ca)、氢化钙(CaH2)、氢化镁(MgH2)、氢化锂(LiH)、氢化铝(AlH3)、氢化铍(BeH2)、氢化钠 (NaH)、铝氢化锂(LiAlH4)、硼氢化锂(LiBH4)、硼氢化钠(NaBH4)等，但并不以此为限。第二 反应物包括含氢的反应物，例如水(H2O),且其可以是液态水或固态水。上述的固态水例如 是使用具有强大吸水功能的超吸水材，并使此超吸水材吸附材料本身重量的10倍至300倍 重的水。此外，在第一反应物中例如是预先搅拌有触媒。如此一来，当各反应单元108所对 应的加热装置112通过加热使分离的第一反应物与第二反应物接触之后，即能够发生反应 而产生氢气。在每一个反应单元108中具有固定量的第一反应物以及固定量的第二反应 物，以在进行反应时可以反应完全，而达到高氢气储存率。在各反应单元108中，第一反应 物与第二反应物的莫耳比可以是约介于1 2至1 6之间。当第一反应物与第二反应物 进行反应时，各反应单元108中的反应温度例如是约介于室温至150°C之间。燃料闸104还包括外部控制电路106。外部控制电路106连接燃料闸104，以选择 性地控制至少一个反应单元108中的加热装置112通电并进行加热。外部控制电路106可 包括微控制器(micro controller unit，MCU)、控制开关及连接燃料闸104的接口。在一 实施例中，燃料闸104可具有与外部控制电路106连接的接口 114，此接口 114例如是金手 指或连接器(connector)等。各反应单元108中的加热装置112则会分别电性连接于上述 连接外部控制电路106的接口 114上，而使外部控制电路106可以分别控制一个或多个预 进行产氢反应的反应单元108中的加热装置112。之后，侦测燃料电池堆102的电量(步骤S210)。当侦测到燃料电池堆102的电量 不足时，依据燃料电池堆102所耗损的电量进行产氢反应。产氢反应是通过外部控制电路 106控制一个或多个反应单元108中的加热装置112以进行加热(步骤S220)。在一实施 例中，当控制多个反应单元108中的加热装置112进行加热时，进行反应的各反应单元108 互不相邻。通过加热使得对应的反应单元108中分离的第一反应物与第二反应物接触而发 生化学反应，以产生氢气。接着，经由氢气流道110将反应产生的氢气供给至燃料电池堆 102(步骤 S230)。此外，在一实施例中，在完成步骤S230提供氢气给燃料电池堆102之后，还可以重 复进行步骤S210至步骤S230这个循环，以持续监测燃料电池堆102的电量，并根据燃料电 池堆102再次耗损的电量进行另一次产氢反应。另一次产氢反应可以根据燃料电池堆102 再次耗损的电量，并通过外部控制电路106的控制使另外的一个或多个反应单元108中的 加热装置112进行加热，以产生适量的氢气。值得一提的是，在另一次产氢反应中进行反应 的反应单元108与在前述产氢反应中进行反应的反应单元108不相同且互不相邻。也就是 说，在依序进行的两次产氢反应中，进行前后两次产氢反应的各反应单元108不会相邻，以 避免反应时上升的温度传导至周围，而影响反应效率。在此说明的是，由于燃料匣104中具有多个反应单元108，且可以利用外部控制电 路106分别控制一个或多个预进行产氢反应的反应单元108中的加热装置112。当燃料电 池堆102的总电量消耗已达默认值时，可以根据燃料电池堆102所消耗的电量来控制加热 装置112，以使第一反应物与第二反应物反应而产生氢气给燃料电池堆102使用。如此一 来，即可确保燃料匣内每一反应单元108所产生的氢气充分地被燃料电池堆102所使用，而不会造成氢气的浪费。接下来，进一步利用上视图及剖面图的方式来说明本发明实施例的燃料闸。须注 意的是，以下实施例所述的燃料闸的结构配置主要是为了使熟习此项技术者能够据以实 施，但并非用以限定本发明的范围。本发明实施例的燃料闸的结构配置只要是利用加热装 置使分离配置的第一反应物与第二反应物接触而产生氢气即可，所属技术领域中具有通常 知识者当可知其变化及应用，而不限于下述实施例所述。此外，在下述实施例中，第一反应 物、第二反应物及加热装置主要是类似于上述实施例所述，故在此省略其详细说明。图3A是依照本发明的一个实施例的燃料闸的上视示意图。图:3B至图3C是燃料 闸作动时沿着图3A的线段I-I'的剖面示意图。请同时参照图3A与图:3B，燃料匣300包括多个反应单元302。多个反应单元302 的配置方式可以是如图3A所示的数组排列，或者是与隔离材(未绘示)交替间隔排列。也 就是说，在相邻的反应单元302之间可以配置有隔离材，以避免反应时上升的温度传导至 周围的反应单元302。而且，反应单元302的数量并不限于图示中所绘示的数量，可视需求 径行调整。各反应单元302包括第一反应物304、第二反应物306以及加热装置308。第一 反应物304与第二反应物306为分离配置。在每一个反应单元302中，第一反应物304与 第二反应物306例如是具有固定量，以利进行反应时可以反应完全，达到高氢气储存率。加 热装置308是用来使反应单元302中分离的第一反应物304与第二反应物306能够接触反 应而产生氢气。详细说明的是，如图:3B所示，第一反应物304与第二反应物306例如是隔离配置 于腔体中，且可以利用薄膜310来隔离第一反应物304与第二反应物306。相邻的反应单 元302的腔体例如是互不连通。也即，相邻的反应单元302各自具有封闭的腔体，且第一反 应物304与第二反应物306则容纳于其中。薄膜310的材料例如是不与第一反应物304及 第二反应物306发生反应的材料，且薄膜310的材料例如是不含金属离子。举例来说，薄膜 310的材料可以是高分子聚合物、蜡膜等。薄膜310的融点例如是介于40°C至200°C之间。在一实施例中，在第一反应物304的周围还可填充有超吸水材(未绘示)，由于超 吸水材具有强大的吸水能力，因此可有助于防止第二反应物306泄漏至燃料电池堆而影响 电池效能。加热装置308配置于薄膜310的表面上，以通过加热将薄膜310融穿形成孔洞，而 使相对应的反应单元302中的第一反应物304与第二反应物306通过孔洞接触，而进行反 应产生氢气。加热装置308例如是电阻或电热丝，因此在加热装置308的外表面可选择性 地包覆保护材料，以防止反应物侵入电阻接点。燃料闸300还可包括至少一个施压结构312以及氢气流道314。如图所示，每 一个反应单元302的上方例如是对应配置有一个施压结构312。而在多个反应单元302的 下方则连通有氢气流道314，氢气流道314会连接至燃料电池堆，以将反应单元302中所产 生的氢气供给至燃料电池堆中。请参照图3C，当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的电 量，来控制一个或多个反应单元302中的加热装置308通电加热。通过使位于薄膜310表 面上的加热装置308加热而融穿薄膜310形成孔洞，使位于薄膜310上方的第二反应物306 经由孔洞流至第一反应物304，因而发生化学反应以产生适量的氢气。在此说明的是，当加热装置308通过加热将薄膜310融穿时，施压结构312可以将第二反应物306往第一反应 物304推挤，而使其充分反应。接着，产生的氢气可以经由下方的氢气流道314供给至燃料 电池堆。在图;3B与图3C所示的实施例中是以将第二反应物306配置在第一反应物304的 上方为例来进行说明，但本发明并不限于此。在其它实施例中，第一反应物304也可以配置 在第二反应物306的上方，并在加热装置308通过加热将薄膜310融穿时，利用施压结构 312将第一反应物304往第二反应物306推挤，而使其充分反应。图4与图5分别是依照本发明的另一实施例的燃料闸的剖面示意图。在图4与图 5中，与图3B、图3C相同的构件则使用相同的标号并省略其说明。请参照图4，在另一实施例中，组成图4所示的燃料闸400的主要构件与组成图 至图3C所示的燃料闸300的主要构件大致相同，然而两者之间的差异主要是在于加热装置 的配置位置。在图3B至图3C中，加热装置308是配置在薄膜310的表面上。然而，在图4 中，加热装置308'例如是配置于反应单元302的腔体外，并利用线路将加热装置308'连 接至薄膜310。因此，在图4的实施例中，通过控制加热装置308'通电加热而融穿薄膜310 形成孔洞，因而使第一反应物304与第二反应物306接触发生反应并产生氢气。请参照图5，在另一实施例中，组成图5所示的燃料闸500的主要构件与组成图 至图3C所示的燃料闸300的主要构件大致相同，然而两者之间的差异主要是在于施压结构 的配置方式。在图3B至图3C中，每一个反应单元302的上方是对应配置有一个施压结构 312。然而，在图5中，施压结构312'例如是共同配置于多个反应单元302的上方。具体而言，在燃料闸500中，每个反应单元302'的腔体例如是部分连通。也即，相 邻的反应单元302 ‘的第二反应物306例如是共同容纳于一个腔体中，而第一反应物304则 个别容纳于隔离的腔体中。施压结构312'则是配置在容纳多个反应单元302'的第二反 应物306的腔体上方。因此，在图5的实施例中，当加热装置308进行加热而融穿薄膜310 形成孔洞时，施压结构312'可以将部分的第二反应物306通过孔洞往第一反应物304推 挤，以使第二反应物306与第一反应物304充分反应而产生氢气。在此说明的是，由于每个 反应单元302'的第一反应物304是个别容纳于隔离的腔体中，因此还是可以依据燃料电 池堆所需的电量，控制一个或多个反应单元302 ‘发生反应，而产生适量的氢气。值得注意的是，在其它实施例中，用来隔离第一反应物与第二反应物的薄膜亦可 以设计为其它构形。薄膜例如是具有封闭空间，其中此封闭空间包覆有第一反应物或第二 反应物，且另一反应物则位于封闭空间之外，以下将分别一一说明。为简化图示以方便说 明，以下所述的实施例主要是绘示燃料闸中反应单元的设计配置，而省略燃料闸的其它构 件。图6是依照本发明的一个实施例的燃料闸的剖面示意图。请参照图6，燃料匣600包括多个反应单元602。各反应单元602包括第一反应物 604、第二反应物606以及加热装置608。第一反应物604与第二反应物606是经由薄膜610 而彼此隔离。在此实施例中，第一反应物604与第二反应物606是配置在同一个腔体中，且 每个薄膜610所形成的封闭空间内包覆分别有第一反应物604。每个薄膜610的表面上皆 配置有加热装置608，以个别通过加热将薄膜610融穿形成孔洞，而使薄膜610内包覆的第 一反应物604与薄膜610外的第二反应物606通过孔洞接触，而进行反应产生氢气。即使多量的第二反应物606与多个第一反应物604配置在同一个腔体中，由于每个第一反应物604皆由薄膜610所包覆，且薄膜610的表面上会分别对应配置有加热装置 608，因此可以实现选择性地控制加热装置608，而使固定量的第一反应物604与第二反应 物606反应，以产生适量的氢气。在图6的实施例中是以薄膜610的封闭空间内包覆有第一反应物604为例来进行 说明，但在其它实施例中，薄膜610的封闭空间内也可以是包覆第二反应物606，而第一反 应物604则位于封闭空间之外。此外，燃料闸的各反应单元还可以包括胶囊，胶囊是配置于薄膜的封闭空间内。胶 囊内例如是含有第一反应物或第二反应物，且胶囊内与胶囊外的反应物不同，以下将利用 剖面图来分别说明含有胶能的反应单元。图7A至图7B是依照本发明的一个实施例的燃料 闸的反应单元作动时的剖面示意图。请参照图7A，燃料匣包括多个反应单元702。各反应单元702包括第一反应物704、 第二反应物706以及加热装置708。第一反应物704与第二反应物706是经由薄膜710而 彼此隔离。薄膜710所形成的封闭空间内包覆有第一反应物704，且第二反应物706配置在 薄膜710所形成的封闭空间外。在此实施例中，反应单元702还包括胶囊712，配置于薄膜 710所形成的封闭空间内。胶囊712内包覆有反应物714，其中胶囊712内的反应物714 与第二反应物706的种类可以是相同或不同。也就是说，薄膜710所形成的封闭空间内同 时包覆有含有反应物714的胶囊712与第一反应物704，当胶囊712内的反应物714与第一 反应物704接触时可产生气体。胶囊712例如是配置在第一反应物704的邻近处。加热装 置708配置于胶囊712的表面上。胶囊712的材料例如是与薄膜710的材料相同或类似。 此外，反应单元还包括尖状物716，尖状物716配置于薄膜710的封闭空间外。请参照图7B，当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的电 量，来控制一个或多个反应单元702中的加热装置708通电加热。通过使位于胶囊712表 面上的加热装置708加热而融穿胶囊712形成孔洞，使位于胶囊712内的反应物714经由 孔洞流至胶囊外而渗入第一反应物704的表面，以反应产生气体，例如氢气。在此说明的 是，加热装置708通过加热将胶囊712融穿使胶囊内的反应物714与第一反应物704反应 产生气体，随着气体的产生量增加会使得薄膜710膨胀。此时，尖状物716会刺破膨胀的薄 膜710而形成孔洞718，因此位于薄膜710所形成的封闭空间外的第二反应物706就会通过 孔洞718而进入至薄膜710所形成的封闭空间内，而与第一反应物704持续进行反应产生 氢气。在图7A至图7B的实施例中胶囊712内所包覆的反应物714可相同于第二反应物 706，但在另一实施例中，上述的胶囊内也可以是包覆第一反应物，或是包覆第一反应物及 第二反应物以外的反应物。图8是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元的剖面示 意图。请参照图8，燃料匣包括多个反应单元802。各反应单元802包括第一反应物804、 第二反应物806以及加热装置808。第一反应物804与第二反应物806是经由薄膜810而 彼此隔离。薄膜810所形成的封闭空间内包覆有第二反应物806，且第一反应物804配置在 薄膜810所形成的封闭空间外。在此实施例中，反应单元802还包括胶囊812，配置于薄膜 810所形成的封闭空间内。胶囊812内包覆有反应物814，其中胶囊812内的反应物814与 第一反应物804的种类可以是相同或不同。也就是说，薄膜810所形成的封闭空间内同时包覆有含有反应物814的胶囊812与第二反应物806，且胶囊812例如是配置在第二反应物 806的邻近处。加热装置808例如是配置于胶囊812的内侧表面上。胶囊812的材料例如 是与薄膜810的材料相同或类似。当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的电量，来控制一 个或多个反应单元802中的加热装置808通电加热。通过使位于胶囊812表面上的加热装 置808加热而融穿胶囊812形成孔洞，因此位于胶囊812外的第二反应物806会渗入至胶 囊812内而与胶囊812内的反应物814发生反应以产生气体，例如氢气。当气体的产生量 越益增加时，会造成薄膜810胀破或是被薄膜810的封闭空间外的尖状物(未绘示)刺破 而形成孔洞。因此，位于薄膜810所形成的封闭空间内的第二反应物806就会渗出至封闭 空间外，而与外侧的第一反应物804持续进行反应产生氢气。值得一提的是，本发明除了上述实施例之外，尚具有其它的实施型态。在上述实施 例中，是利用加热装置融穿薄膜或胶囊形成孔洞，而使第一反应物与第二反应物接触，但本 发明不限于此。在其它实施例中，也可以是利用薄膜破坏结构来刺穿薄膜，只要是通过控制 加热装置来控制预进行反应的反应单元即可，以下将举例说明。图9A至图9B是依照本发明的一个实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示意 图。请参照图9A，燃料匣包括多个反应单元902。各反应单元902包括第一反应物904、 第二反应物906以及加热装置908。第一反应物904与第二反应物906是经由薄膜910而 彼此隔离。反应单元902还包括薄膜破坏结构912，薄膜破坏结构912例如是具有尖状物 916以刺破薄膜910，而使经由薄膜910而隔离的第一反应物904与第二反应物906接触。 在一实施例中，薄膜破坏结构912包括配置有尖状物916的连杆914、连接部918以及弹性 件920。弹性件920连接连杆914，用以施加弹力至连杆914。弹性件920例如是弹簧。连 接部918连接连杆914，以压缩弹性件920并将连杆914固定于第一位置。在此实施例中， 连接部918是将连杆914固定于侧边，以将连杆914的一端升起，使连接于连杆914的尖状 物916位于薄膜910的上方。加热装置908例如是配置于连接部918上。连接部918的材 料可以是高分子聚合物、蜡膜等。在此实施例中，连接部918例如是塑料绳，但并不限于此。请参照图9B，当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的电 量，来控制一个或多个反应单元902中的加热装置908通电加热。通过使位于连接部918 ‘ 上的加热装置908加热而融穿连接部918'，使经由连接部918'固定的连杆914松脱。此 时，连杆914会受到重力作用而，自第一位置移动至第二位置，使连杆914上的尖状物916 得以刺破薄膜910。因此，第二反应物906可以通过被刺穿的薄膜910而与第一反应物904 进行反应并产生氢气。此外，在另一实施例中，用来隔离第一反应物与第二反应物的薄膜亦可以是设计 为具有封闭空间。图IOA至图IOB是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时 的剖面示意图。在图IOA至图IOB中，与图9A至图9B相同的构件则使用相同的标号并省 略其说明。请参照图10A，在另一实施例中，组成图IOA所示的反应单元1002的主要构件与组 成图9A所示的反应单元902的主要构件大致相同，然而两者之间的差异主要是在于薄膜的 构型。在图IOA中，薄膜1010例如是具有封闭空间，其中此封闭空间内包覆有第二反应物906。相似地，请参照图10B，当控制位于连接部918上的加热装置908进行加热而融穿 连接部918时，经由连接部918'固定的连杆914会松脱并受到重力作用，而驱使连杆914 自第一位置移动至第二位置。因此，连杆914上的尖状物916可以刺破薄膜1010，而薄膜 1010所形成的封闭空间所包覆的第二反应物906可以通过被刺穿的薄膜1010而与第一反 应物904进行反应并产生氢气。图IlA至图IlB是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示意图。请参照图11A，燃料匣包括多个反应单元1102。各反应单元1102包括第一反应物 1104、第二反应物1106以及加热装置1108，其中第一反应物1104与第二反应物1106是分 离配置。反应单元1102还包括固定结构1112，且固定结构1112例如是用以使第一反应物 1104与第二反应物1106分开互不接触。在一实施例中，固定结构1112包括连接第一反应 物1104的连杆1114、连接部1118以及弹性件1120。弹性件1120连接连杆1114，用以施 加弹力至连杆1114。弹性件1120例如是弹簧。连接部1118连接连杆1114，以压缩弹性件 1120并将连杆1114固定于第一位置。在此实施例中，连接部1118是将连杆1114固定于侧 边，以将连杆1114的一端升起，使连接于连杆1114下方的第一反应物1104不会接触到第 二反应物1106。加热装置1108例如是配置于连接部1118上。连接部1118的材料可以是 高分子聚合物、蜡膜、等。在此实施例中，连接部1118例如是塑料绳，但并不限于此。请参照图11B，当通过使位于连接部1118上的加热装置1108加热而融穿连接部 1118时，经由连接部1118'固定的连杆1114会松脱并受到重力作用，驱使连杆1114自第 一位置移动至第二位置，使连接于连杆1114下方的第一反应物1104会落至第二反应物 1106中，并进行反应以产生氢气。图12A至图12B是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示 意图。请参照图12A，燃料匣包括多个反应单元1202。各反应单元1202包括第一反应物 1204、第二反应物1206以及加热装置1208，其中第一反应物1204与第二反应物1206是分 离配置。反应单元1202还包括固定结构1212，且固定结构1212例如是用以使第一反应物 1204与第二反应物1206分开互不接触。在一实施例中，固定结构1212包括连接第一反应 物1204的连杆1214、连接部1218以及弹性件1220。弹性件1220连接连杆1214，用以施 加弹力至连杆1214。弹性件1220例如是弹簧。连接部1218连接连杆1214，以压缩弹性件 1220并将连杆1214固定于第一位置。在此实施例中，是以利用两个连接部1218连接于连 杆1214的上方而悬吊固定连杆1214为例，但并不以此为限。加热装置1208例如是配置于 连接部1218上。连接部1218的材料可以是高分子聚合物、蜡膜等。在此实施例中，连接部 1218例如是塑料绳，但并不限于此。在一实施例中，反应单元1202还可以包括吸水棉布1222、透气不透液膜12M及铝 箔孔12 。吸水棉布1222与透气不透液膜12M例如是设置于容纳第二反应物1206的腔 体内，而铝箔孔12 例如是用以密封容纳第二反应物1206的腔体。连接连杆1214的第一 反应物1204是对应悬吊在铝箔孔12 的上方处，且第一反应物1204的外形例如是形成尖 状物。
请参照图12B，当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的 电量，来控制一个或多个反应单元1202中的加热装置1208通电加热。通过使位于连接部 1218上的加热装置1208加热而融穿连接部1218，使经由连接部1218'固定的连杆1214 松脱。此时，连杆1214会受到重作用，驱使连杆1214自第一位置移动至第二位置，使连杆 1214上的尖状第一反应物1204得以穿过铝箔孔12 而与第二反应物1206进行反应并产 生氢气。此外，当第一反应物1204经由弹性件1220的弹力作用而掉落至第二反应物1206 中时，由于容纳第二反应物1206的腔体内设置有吸水棉布1222与透气不透液膜1224，因此 可以防止第二反应物1206溢出，并使产生的氢气通过透气不透液纸12 而供给至燃料电 池堆。图13A至图1 是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示 意图。请参照图13A，燃料匣包括多个反应单元1302。各反应单元1302包括第一反应物 1304、第二反应物1306以及加热装置1308，其中第一反应物1304与第二反应物1306是分 离配置。反应单元1302还包括固定结构1312，且固定结构1312例如是用以使第一反应物 1304与第二反应物1306分开互不接触。在一实施例中，固定结构1312包括连接第一反应物 1304的连杆1314、连接部1318以及弹性件1320。弹性件1320连接连杆1314，用以施加弹 力至连杆1314。弹性件1320例如是弹簧。连接部1318连接连杆1314，以压缩弹性件1320 并将连杆1314固定于第一位置。在此实施例中，是于连杆1314的两端分别设置有连接部 1318，且连接部1318例如是分别连接在腔体内壁上，以通过连接部1318固定连杆1314，但 并不以此为限。加热装置1308例如是配置于连接部1318上。连接部1318的材料可以是 高分子聚合物、蜡膜等。此外，反应单元1302的腔体内还包括有薄膜1310，以使容纳第二反应物1306的部 分腔体形成密封空间。第一反应物1304的外形例如是形成尖状物。请参照图13B，当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的电 量，来控制一个或多个反应单元1302中的加热装置1308通电加热。用于固定连接部1318 的加热装置1308会因加热装置1308的加热而融化，使得原先固定的连杆1314松脱。此时， 连杆1314会受到重力作用，驱使连杆1314自第一位置移动至第二位置。因此，连杆1314 上的尖状第一反应物1304可以刺穿薄膜1310而与第二反应物1306接触进行反应，并产生 氢气。在其它实施例中，还可以经由气体产生组件的辅助，来使分离的第一反应物与第 二反应物能够接触以产生氢气，以下将一一说明。图14A至图14B是依照本发明的一个实 施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示意图。请参照图14A，燃料匣包括多个反应单元1402。各反应单元1402包括第一反应物 1404、第二反应物1406以及加热装置1408，其中第一反应物1404与第二反应物1406是分 离配置。在此实施例中，反应单元1402的腔体中具有分隔件1412、塞子1414及活塞1416。 第一反应物1404与第二反应物1406分别置于分隔件1412的两侧，且第二反应物1406则 容纳于分隔件1412与活塞1416之间的密封空间中。分隔件1412例如是具有开口 1412a， 且塞子1414卡合于开口 141 处以密封分隔件1412。此外，反应单元1402还包括气体产生组件(gas generator) 1418，配置于活塞1416的下方。气体产生组件1418例如是用来产生气体以带动容纳于腔体内的活塞1416运 动，使分离的第一反应物1404与第二反应物1406接触发生反应。在一实施例中，气体产生 组件1418包括第三反应物1420、第四反应物1422以及薄膜1424，其中薄膜1似4阻隔第四 反应物1420与第四反应物1422接触。加热装置1408连接薄膜1422，例如是配置于薄膜 1422表面上，以通过加热作用将薄膜1422融穿，使隔离的第三反应物1420与第四反应物 1422接触而产生气体。第三反应物1420例如是粉末，第四反应物1422例如是任意液体，但 并不以此为限。在本技术领域具有通常知识的人可以依其需求来调整第三反应物1420与 第四反应物1422的材料及种类，只要使其在接触后会产生气体即可。请参照图14B，当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的电 量，来控制一个或多个反应单元1402中的加热装置1408通电加热。位于薄膜1似4表面上 的加热装置1408会加热而融穿薄膜1似4形成孔洞，由薄膜1似4阻隔的第三反应物1420 与第四反应物1422经由薄膜1似4上的孔洞而接触，以发生化学反应产生气体1似6。气 体1似6会施予压力于活塞1416，可以带动活塞1416往分隔件1412的方向移动，也即活塞 1416会往图式的上方移动。当活塞1416自气体产生组件1418受到气体1似6压力的作用 而向上移动时，会推挤活塞1416上方的第二反应物1406，并施压给卡合于开口 141 处的 塞子1414，以将塞子1414移出开口 1412a。因此，第二反应物1406可以通过开口 141 被 推挤到分隔件1412的另一侧，而与第一反应物1404发生反应产生适量的氢气。此外，在另一实施例中，容纳于上述分隔件与活塞之间的密封空间中的第二反应 物也可以具有其它的配置方式。图15A至图15B是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反 应单元作动时的剖面示意图。在图15A至图15B中，与图14A至图14B相同的构件则使用 相同的标号并省略其说明。请参照图15A，在另一实施例中，组成图15A所示的反应单元1502的主要构件与组 成图14A所示的反应单元1402的主要构件大致相同，然而两者之间的差异主要是在于容纳 第二反应物的密封空间。在图15A中，第二反应物1406例如是容纳于可塑形的容器1512 内。容器1512具有喷嘴(nozzle) 1514，以使容器1512内的第二反应物1406可以通过喷嘴 1514而射出。喷嘴1514例如是卡合于开口 1412a处，以密封分隔件1412。容器1512例如 是水袋，但不以此为限。此外，气体产生组件1418例如是配置于容器1512的下方。请参照图15B，当侦测到燃料电池堆的电量不足时，会依据燃料电池堆所耗损的电 量，来控制一个或多个反应单元1502中的加热装置1408通电加热。位于薄膜1似4表面上 的加热装置1408会加热而融穿薄膜1似4形成孔洞，由薄膜1似4阻隔的第三反应物1420 与第四反应物1422经由薄膜1似4上的孔洞而接触，以发生化学反应产生气体1似6。自气 体产生组件1418产生的气体1似6会施予压力于可塑形的容器1512，因而容器1512的底部 外形会向内凹而变形。当容器1512受到气体14 压力的作用而内凹变形时，会挤压容器 1512内的第二反应物1406，使得第二反应物1406被推挤出容器1512的内部空间。因此， 第二反应物1406可以经由喷嘴1514自容器1512内射出至分隔件1412的另一侧，而与第 一反应物1404发生反应产生适量的氢气。综上所述，在本发明的上述实施例中至少具有以下其中一个优点，燃料匣具有多 个反应单元，且反应单元中的第一反应物与第二反应物是分开配置的。当侦测到燃料电池 堆的电量不足时，可以依据燃料电池堆所耗损的电量，并控制一个或多个反应单元中的加热装置通电加热，使得对应的反应单元中分离的第一反应物与第二反应物能够接触而发生 化学反应，以产生适量的氢气给燃料电池堆使用。如此一来，可以主动控制燃料匣内所产生 的氢气量，而不会造成氢气的浪费。此外，本发明的上述实施例使用固态的化学储氢材料，因此可以达到高的氢气储 存率。再者，通过使每一个反应单元中固定量的第一反应物与固定量的第二反应物反应，因 而可以在进行反应时可确保反应物已反应完全。另一方面，本发明的上述实施例利用加热装置来主动控制反应物之间的反应，而 没有使用任何阀件及泵等复杂的机构，因此可降低成本，并使燃料匣体最小化。以上所述仅为本发明的优选实施例，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依 本发明权利要求及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍落入本申请权利要求涵 盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭示的全部目的或 优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本申请 的权利范围。

图1是依照本发明的一个实施例的燃料电池系统的配置示意图。图2是依照本发明的一个实施例的储氢方法的流程示意图。图3A是依照本发明的一个实施例的燃料闸的上视示意图。图:3B至图3C是燃料闸作动时沿着图3A的线段Ι-Γ的剖面示意图。图4与图5分别是依照本发明的另一实施例的燃料闸的剖面示意图。图6是依照本发明的一个实施例的燃料闸的剖面示意图。图7A至图7B是依照本发明的一个实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示意 图。图8是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元的剖面示意图。图9A至图9B是依照本发明的一个实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示意 图。图IOA至图IOB是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示意图。图IlA至图IlB是依照本发明的一个实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示意图。图12A至图12B是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示 意图。图13A至图1 是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面 示意图。图14A至图14B是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示 意图。图15A至图15B是依照本发明的另一实施例的燃料闸的反应单元作动时的剖面示 意图。主要组件附图标记说明0090]100 燃料电池系统
0091]102:燃料电池堆
0092]104、300、400、500、600 燃料匣
0093]106:外部控制电路
0094]108,302,302'、602、702、802、902、1002、1102、1202、1302、1402、1502 反应单元
0095]110、314:氢气流道
0096]112、308、308'、608、708、808、908、1108、1208、1308、1408 加热装置
0097]114:界面
0098]304、604、704、804、904、1104、1204、1304、1404 第一反应物
0099]306、606、706、806、906、1106、1206、1306、1406 第二反应物
0100]310、610、710、810、910、1010、1310、1424 薄膜
0101]312,312'、612 施压结构
0102]712,812 胶囊
0103]714,814 反应物
0104]716 尖状物
0105]718 孔洞
0106]912 薄膜破坏结构
0107]914、1114、1214、1314 连杆
0108]916 尖状物
0109]918,918'、1118、1118'、1218、1218'、1318:连接部
0110]920、1120、1220、1320 弹性件
0111]1112、1212、1312 固定结构
0112]1222:吸水棉布
0113]1224:透气不透液膜
0114]1226:铝箔孔
0115]1412:分隔件
0116]1412a:开口
0117]1414:塞子
0118]1416:活塞
0119]1418:气体产生组件
0120]1420:第三反应物
0121]1422:第四反应物
0122]1似6 气体
0123]1512 容器
0124]1514:喷嘴
0125]S200、S210、S220、S230 步骤。
权利要求
1.一种燃料匣，其包括多个反应单元，这些反应单元各包括分离配置的一第一反应物及一第二反应物；以及一加热装置，适于使分离配置的该第一反应物与该第二反应物接触而产生氢气。
2.如权利要求1所述的燃料匣，其中这些反应单元各自还包括一薄膜，该薄膜隔离该 第一反应物与该第二反应物。
3.如权利要求2所述的燃料匣，其中该加热装置连接该薄膜，该加热装置适于通过加 热将该薄膜融穿，而使该第一反应物与该第二反应物接触。
4.如权利要求3所述的燃料匣，其中该燃料闸还包括至少一施压结构，当该加热装置 通过加热将该薄膜融穿时，该施压结构将该第一反应物往该第二反应物推挤，或者将该第 二反应物往该第一反应物推挤。
5.如权利要求2所述的燃料匣，其中该薄膜具有一封闭空间，该第一反应物及该第二 反应物的其中之一位于该封闭空间之内，该第一反应物及该第二反应物的另一则位于该封 闭空间之外。
6.如权利要求5所述的燃料匣，其中这些反应单元各自还包括一胶囊，配置于该薄膜 的该封闭空间内，该胶囊内含有一反应物，且该反应物与位于该封闭空间之内的该第一反 应物及该第二反应物的该其中之一不同，其中该加热装置连接该胶囊，且适于通过加热将 该胶囊融穿，而使分别位于该胶囊内与该胶囊外的反应物接触而产生气体。
7.如权利要求6所述的燃料匣，其中这些反应单元各自还包括一尖状物，配置于该薄 膜的该封闭空间外，当产生气体而使该薄膜膨胀时，该尖状物刺破该薄膜，以使经由该薄膜 而隔离的该第一反应物与该第二反应物接触而产生氢气。
8.如权利要求2所述的燃料匣，其中这些反应单元各自还包括一薄膜破坏结构，该薄 膜破坏结构具有一尖状物以刺破该薄膜，而使经由该薄膜而隔离的该第一反应物与该第二 反应物接触。
9.如权利要求8所述的燃料匣，其中该薄膜破坏结构包括一连杆，配置有该尖状物；一弹性件，连接该连杆，用以施加弹力至该连杆；一连接部，连接该连杆，以将该连杆固定于一第一位置，该加热装置连接该连接部，其中当该加热装置通过加热将该连接部融穿时，驱使该连杆自该第一位置移动至一第 二位置，使得该连杆上的该尖状物刺破该薄膜，而使该第一反应物与该第二反应物接触。
10.如权利要求2所述的燃料匣，其中该薄膜的材料为不与该第一反应物及该第二反 应物发生反应的材料。
11.如权利要求1所述的燃料匣，其中这些反应单元各自还包括一固定结构，包括一连杆，连接该第一反应物；一弹性件，连接该连杆，用以施加弹力至该连杆；一连接部，连接该连杆，以将该连杆固定于一第一位置，该加热装置连接该连接部，其中当该加热装置通过加热将该连接部融穿时，驱使连接该连杆的该第一反应物自该 第一位置移动至一第二位置，而使该第一反应物与该第二反应物接触。
12.如权利要求11所述的燃料匣，其中该第一反应物的外形为尖状物。
13.如权利要求1所述的燃料匣，其中这些反应单元各自还包括一气体产生组件，该气 体产生组件适于产生一气体，该气体适于将该第二反应物推挤至该第一反应物。
14.如权利要求1所述的燃料匣，其中该气体产生组件，包括分离配置的一第三反应物及一第四反应物；以及一薄膜，以隔离该第三反应物与该第四反应物，其中该加热装置连接该薄膜，且适于通 过加热将该薄膜融穿，而使该第三反应物与该第四反应物接触而产生该气体。
15.如权利要求1所述的燃料匣，还包括一外部控制电路，分别连接这些反应单元各自 的该加热装置，且适于选择性地控制该至少一反应单元中的该至少一加热装置进行加热。
16.如权利要求1所述的燃料匣，其中该第一反应物包括一化学储氢材料，该第二反应 物包括一含氢的反应物。
17.如权利要求16所述的燃料匣，其中该化学储氢材料为选自于由金属、金属氢化物、 硼氢化物、铝氢化物、碳氢化物及铵基氢化物所组成的群组。
18.如权利要求16所述的燃料匣，其中该含氢的反应物为液态水或固态水。
19.如权利要求1所述的燃料匣，其中该加热装置为电阻或电热丝。
20.一种储氢方法，包括提供一燃料电池系统，该燃料电池系统包括一燃料电池堆及一燃料匣，该燃料间具有 多个反应单元，这些反应单元各包括一第一反应物、一第二反应物及一加热装置，其中该第 一反应物与该第二反应物为分离配置；侦测该燃料电池堆的电量；当该燃料电池堆的电量不足时，依据该燃料电池堆所耗损的电量进行一第一产氢反应 以产生氢气，该第一产氢反应包括控制该至少一反应单元中的该至少一加热装置以进行加热，而使该至少一反应单元中 的该第一反应物与该第二反应物接触而发生反应并产生氢气；以及将反应所产生的氢气供给至该燃料电池堆。
21.如权利要求20所述的储氢方法，其中被控制的该至少一反应单元互不相邻。
22.如权利要求20所述的储氢方法，其中在进行该第一产氢反应之后，还包括再次侦 测该燃料电池堆的电量，当该燃料电池堆的电量不足时，依据该燃料电池堆再次耗损的电 量进行一第二产氢反应以产生氢气，该第二产氢反应包括控制另外该至少一反应单元中的另外该至少一加热装置以进行加热，而使另外该至少 一反应单元中的该第一反应物与该第二反应物接触而发生反应并产生氢气。
23.如权利要求20所述的储氢方法，其中在该第二产氢反应中进行反应的另外该至少 一反应单元，与在该第一产氢反应中进行反应的该至少一反应单元不相同且互不相邻。
24.如权利要求20所述的储氢方法，其中该第一反应物包括一化学储氢材料，该第二 反应物包括一含氢的反应物。
25.如权利要求M所述的储氢方法，其中该化学储氢材料为选自于由金属、金属氢化 物、硼氢化物、铝氢化物、碳氢化物及铵基氢化物所组成的群组。
26.如权利要求M所述的储氢方法，其中该含氢的反应物为液态水或固态水。
27.如权利要求20所述的储氢方法，其中该加热装置为电阻或电热丝。
全文摘要
一种燃料匣及储氢方法，其中燃料匣包括多个反应单元。各反应单元包括第一反应物、第二反应物以及加热装置。第一反应物与第二反应物为分离配置。加热装置用以使分离配置的第一反应物与第二反应物接触而产生氢气。
文档编号H01M8/02GK102130348SQ20101000298
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者周柏圭, 洪国泰, 王正 申请人:扬光绿能股份有限公司