台湾专利TW201308741A 防止水電解電池電壓反轉之方法與裝置

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本發明有關一種「防止水電解電池電壓反轉之方法與裝置」，該種水電解電池，當欲停止進行反應而停止供電時，水電解電池內部複數水電解區域會因為逆電流效應造成電壓反轉現象。為防止該電壓反轉現象，本案藉由一維持電源供應單元持續提供予水電解電池適當電源，能用以消弭習知的逆電流與電壓反轉現象。
公开号:TW201308741A
申请号:TW100127861
申请日:2011-08-05
公开日:2013-02-16
发明作者:Wen-Hui Yang；Jun-Zhi Lin；Han-Bin Wu；qun-zhi Lin
申请人:Gen Optics Corp；
IPC主号:Y02E60-00

专利说明:
防止水電解電池電壓反轉之方法與裝置
本發明「防止水電解電池電壓反轉之方法與裝置」，涉及一種防止水電解電池在未進行水電解反應時產生逆電流與電壓反轉現象的新技術；更具體來說，其係利用一維持電源供應單元持續提供予水電解電池電源，以達到防止電壓反轉之方法與裝置者。
有鑑於環境污染，加上能源短缺在所難免，傳統的火力、水力與核能發電已無法滿足未來人類的需求，新能源的研發刻不容緩。近年來各界對於綠色能源之研發可說是不遺餘力，以其中的燃料電池來說，由於可行性高，加上低噪音、低污染、效率高，早已普遍受到各國政府與企業的重視。
燃料電池係利用氫氣與氧氣化合反應，產生電流以及液態水；反之，將液態水通以反應電位，則會產生氫氣與氧氣。上述將液態水解離成氫氣與氧氣的反應作用，稱之為水電解。利用這種可雙向反應之特性，可讓燃料電池的反應物-氫氣與氧氣不斷地循環利用，構成一氫能源循環或稱為氫經濟，其中水電解技術現今技術透過質子交換膜作為固能高分子電解質，可實現高效率低污染的技術特性，同時更可結合再生能源作為分散式產氫，成為最受注目的產氫技術之一。
以往為進行水電解作業所用之水電解電池，請參閱第一圖，需連接有一電源供應單元1，該電源供應單元1提供水電解電池2進行水電解時所需的電力。實務上會配置有一開關3於電源供應單元1與水電解電池2之間，以便控制水電解作業之啟、閉。
就水電解電池2的結構來說，如第二圖，包括有一正極21與一負極22，該正極21與負極22分別與電源供應單元1連接。水電解電池2內部結構中包括有複數水電解區域241、242、243、244、245、246、247。由於進行水電解反應時，因水電解電池2之電流方向係由正極21流向負極22，因此各個水電解區域的電壓將會由正極21端朝向負極22端遞減，亦即水電解區域241高於水電解區域242，水電解區域241電壓最高且逐步遞減至水電解區域247最低。以往水電解電池2當欲停止進行水電解作業，亦即令開關3形成斷路時(如第三圖)，由於電源供應單元1停止對水電解電池2供電，該水電解電池2內部各水電解區域的電壓，將打破原本由正極21端朝向負極22端遞減的定律，產生有可能某些水電解區域之電壓係由負極22端朝向正極21端遞減的現象；例如第四圖中水電解區域243的電壓高於水電解區域242、水電解區域245的電壓高於水電解區域244，此種逆電流之電壓反轉現象，很容易造成水電解電池2之損壞，或是壽命縮短。
以往業界對於此種逆電流之電壓反轉現象完全未曾提出對策或解決方案。惟，發明人認為，此種電性反應必有解決之道，發明人依據累積長久以來從事該行業之豐富經驗，搜集相關資料，經由多方評估及考量，經由不斷試作以及修改，始有本案之完成。發明人冀望能藉由本案之提出，能夠盡一己之力，貢獻自身的才能回饋於產業界。
本發明其主要目的在於：提供一種解決方案，能就水電解電池於停止進行反應之時期，防止發生逆電流與電壓反轉等現象。如此，能有效保護水電解電池，獲致避免水電解電池損壞與延長使用壽命等目的。
為達上述目的，本案之方法為：當水電解電池於停止進行反應之時期，予以施加一維持電源；藉此，即能達到防止發生逆電流與電壓反轉之現象。
較佳的，該水電解電池於停止進行反應時期所施加的維持電源，其電壓以低於水電解電池進行正常運作之啟動電壓低；如是，該維持電源即能在不啟動水電解電池進行水電解反應的狀態下，達到防止水電解電池產生逆電流與電壓反轉等現象之目的。
為達上述目的且為實現上述方法，本案之裝置，包括：一電源供應器、一水電解電池、一切換開關與一維持電源。
較佳的，該電源供應器，能供應直流電，特別是能供應大於水電解電池啟動反應之電壓，包括有一正極與一負極。
較佳的，該水電解電池，能進行水電解反應，包括有一正極與一負極。
較佳的，該切換開關，具輸入源之切換作用，包括有一第一接點、一第二接點與一第三接點。
較佳的，該維持電源，能提供一低於水電解電池啟動反應之電壓，該維持電源包括有一正極與一負極。
較佳的，該電源供應器之正極係連接到切換開關之第二接點，而切換開關之第一接點與水電解電池之正極連接，又水電解電池之負極與電源供應器的負極連接，且切換開關的第三接點連接到維持電源的正極，另維持電源的負極與電源供應器之負極、水電解電池之負極連接。
較佳的，該切換開關之功用，在於就電源供應器或維持電源兩者間進行切換。
較佳的，該切換開關的第三接點與維持電源的正極之間，設置有一個防止逆電流元件，例如二極體或電晶體，以防止電流逆流。
較佳的，本案除設置有維持電源外，更可以再增設有一備用電源和防止逆電流元件，其作用在於避免保護出現空窗期，以確實達成防止水電解電池產生逆電流與電壓反轉等現象之目的。
有關本發明之詳細特徵與較佳實施例，茲配合圖示詳細說明如下，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解前述的目的及優點。
本發明以下列舉之實施例僅用於說明本發明之目的與較佳的實施例，並非用以限制本發明之範圍。
請參閱第五圖所示，本案防止水電解電池電壓反轉之裝置，包括一電源供應器1、一水電解電池2、一切換開關4、一維持電源5與一個防止逆電流元件6，其中：該電源供應器1，能供應直流電，特別是能供應大於水電解電池2產生啟動反應之電壓，包括有一正極11與一負極12；該水電解電池2，能進行水電解反應，包括有一正極21與一負極22；該切換開關4，具輸入源之切換作用，包括有一第一接點41、一第二接點42與一第三接點43；該維持電源5，係為一能提供低於水電解電池2產生反應之電壓供應裝置，該維持電源5包括有一正極51與一負極52；該防止逆電流元件6，設於切換開關4的第三接點43與維持電源5的正極51之間。
藉上述結構，令電源供應器1之正極11連接到切換開關4之第二接點42，而切換開關4之第一接點41與水電解電池2之正極21連接，又水電解電池2之負極22與電源供應器1的負極12連接，且切換開關4的第三接點43經連接防止逆電流元件6再連接到維持電源5的正極51，另維持電源5的負極52與電源供應器1之負極12、水電解電池2之負極22相連接。
如第六圖，本案實施時，當水電解電池2欲進行水電解反應時，令切換開關4之第一接點41與第二接點42形成通路，形成電源供應器1能供應電能給水電解電池2進行水電解反應，此時維持電源5並不提供任何作用。再請參閱第七圖，值此進行水電解反應時，各水電解區域的電壓將會由正極21端朝向負極22端遞減，亦即水電解區域241高於水電解區域242，水電解區域241電壓最高且逐步遞減至水電解區域247最低。此外，該各水電解區域241~247的電壓，都高於產生水電解反應之啟動電壓25值。
如第八圖，當水電解電池2欲停止進行水電解反應時，令切換開關4之第一接點41與第三接點43形成通路、第一接點41與第二接點42形成斷路，導致電源供應器1無法再供應高於啟動電壓值的電能給水電解電池2；此時，水電解電池2不再進行水電解反應，而由於維持電源5之正極與水電解電池2之正極連通，因此，維持電源5將對水電解電池2輸入一維持電壓，且該維持電壓低於啟動電壓25值(配合第九圖)，故，該維持電源5之維持電壓便能在不啟動水電解電池2進行水電解反應之前提下，使各水電解區域241~247的電壓確保由正極21端朝向負極22端遞減，以獲致避免逆電流或電壓反轉現象，以保護水電解電池，並延長使用壽命。
如第十圖，本案除設置有維持電源5外，更可以再增設有一備用電源7和防止逆電流元件8並聯於電源供應器1。當水電解電池2欲停止進行水電解反應時，在切換開關4還沒有切換到維持電源5前，為避免發生逆電流或電壓反轉現象，由備用電源7負責提供一維持電壓，避免保護出現空窗期，以確實達成防止水電解電池產生逆電流與電壓反轉等現象。
本案中之維持電源不限定需整合於同一電子迴路中，該維持電源亦得配合一開關獨立形成另一迴路。
綜上所述，本發明防止水電解電池電壓反轉之方法與裝置，有效解決習知水電解電池發生逆電流與電壓反轉之缺點，依現行專利法第四十四條規定，未有違反同法第二十一條至第二十四條、第二十六條、第三十條第一項、第二項、第三十一條、第三十二條或第四十九條第四項等規定之情事。本案在產業上確實得以利用，於申請前未曾見於刊物或公開使用，且非為公眾所知悉之技術。再者，本案有效解決先前技術中長期存在的問題並達成相關使用者與消費者長期的需求，得佐證本發明並非能輕易完成。本案完全符合專利法規定之「產業利用性」、「新穎性」與「進步性」等要件，爰依法提請專利，懇請　鈞局詳查，並儘早為准予專利之審定，以保護申請人之智慧財產權，俾勵創新。
本發明雖藉由前述實施例來描述，但仍可變化其形態與細節，於不脫離本發明之精神而達成，並由熟悉此項技藝之人士可了解。前述本案之較佳實施例，僅係藉本案原理可以具體實施的方式之一，但並不以此為限制，應依後附之申請專利範圍所界定為準。
1．．．電源供應器
11．．．正極
12．．．負極
2．．．水電解電池
21．．．正極
22．．．負極
241．．．水電解區域
242．．．水電解區域
243．．．水電解區域
244．．．水電解區域
245．．．水電解區域
246．．．水電解區域
247．．．水電解區域
3．．．開關
4．．．切換開關
41．．．第一接點
42．．．第二接點
43．．．第三接點
5．．．維持電源
51．．．正極
52．．．負極
6．．．防止逆電流元件
7．．．備用電源
8．．．防止逆電流元件
第一圖：係為習知水電解電池之電路配置圖。
第二圖：係為習知水電解電池進行水電解反應時各水電解區域之電壓值由正極端往負極端遞減之示意圖。
第三圖：係為習知水電解電池停止水電解反應時的電路配置圖。
第四圖：係為習知水電解電池停止進行水電解反應時各水電解區域產生逆電流之電壓反轉示意圖。
第五圖：係為本發明之電路配置圖。
第六圖：係為本發明進行水電解反應時之電路配置圖。
第七圖：係為本發明進行水電解反應時各水電解區域之電壓值由正極端往負極端遞減之示意圖。
第八圖：係為本發明停止水電解反應時的電路配置圖。
第九圖：係為本發明停止進行水電解反應時各水電解區域之電壓值低於啟動電壓且仍由正極端往負極端遞減之示意圖。
第十圖：係為本發明增設備用電源之電路配置圖。
1．．．電源供應器
2．．．水電解電池
4．．．切換開關
41．．．第一接點
42．．．第二接點
43．．．第三接點
5．．．維持電源
51．．．正極
52．．．負極
6．．．防止逆電流元件

权利要求:
Claims (9)
[1] 一種防止水電解電池電壓反轉之方法，係於水電解電池未進行水電解反應而被停止供應啟動電壓時，另提供予水電解電池一維持電壓，且該維持電壓值低於水電解電池進行水電解反應之啟動電壓值。
[2] 一種防止水電解電池電壓反轉之裝置，包括：一電源供應器，供應直流電；一水電解電池，與電源供應器連接，能接受電源供應器之電能以進行水電解反應；一維持電源，提供一低於水電解電池產生水電解反應之電壓供應裝置；一切換開關，提供水電解電池切換電能於電源供應器或維持電源其中一者之作用。
[3] 如請求項第2項所述防止水電解電池電壓反轉之裝置，其中該切換開關於水電解電池欲停止進行水電解反應時，切換供電之來源為維持電源。
[4] 如請求項第2項所述防止水電解電池電壓反轉之裝置，其中該電源供應器包括有一正極與一負極，且水電解電池包括有一正極與一負極，又該切換開關，包括有一第一接點、一第二接點與一第三接點，該維持電源包括有一正極與一負極；令電源供應器之正極連接到切換開關之第二接點，而切換開關之第一接點與水電解電池之正極連接，又水電解電池之負極與電源供應器的負極連接，且切換開關的第三接點連接到維持電源的正極，另維持電源的負極與電源供應器之負極、水電解電池之負極連接。
[5] 如請求項第2項所述防止水電解電池電壓反轉之裝置，其中該切換開關與維持電源間設有一個防止逆電流元件。
[6] 如請求項第4項所述防止水電解電池電壓反轉之裝置，其中該切換開關的第三接點與維持電源的正極間設有一個防止逆電流元件。
[7] 如請求項第4項所述防止水電解電池電壓反轉之裝置，其中該電源供應器並聯有一串接之備用電源和防止逆電流元件。
[8] 如請求項第7項所述防止水電解電池電壓反轉之裝置，其中該備用電源提供一低於水電解電池產生水電解反應之電壓。
[9] 如請求項第5~7項其中任一項所述防止水電解電池電壓反轉之裝置，其中該防止逆電流元件，作用為防止逆電流發生，其為二極體或電晶體其中一者。

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