低温氢气氧化系统的制作方法

1.本发明有关于一种低温氢气氧化系统，尤指一种体积小、设置成本低及利用冷却液体降低工作温度，以达到安全地消除空气中累积的氢气的低温氢气氧化系统。


背景技术：

2.目前许多工业制程中会使用氢气来做为载流气体或原料气体，也有可能在某些制程反应中产生氢气，或是某些氢燃料电池的应用中也会排出氢气。但，当空气中氢气浓度太高时，容易有燃烧或爆炸的危险，因此这些氢气通常需要后处理，避免累积，造成危险。特别是在密闭空间或空气流通慢的场所，例如：室内空间、氢气排放管道出口，目前，现有技术解决氢气累积的方式会通常会使用燃烧或触媒氧化来进行处理。
3.但，若是以燃烧来解决的话，因为燃烧氢气会产生高温，而高温容易点燃空气中累积的氢气造成危险，且设备长时间进行高温燃烧，亦容易造成设备的损坏。而于高温燃烧的状况下容易产生nox气体，nox气体具有毒性，因此便需要符合相关排放管制法规，所以需要额外处理设备，造成额外处理成本，并且在燃烧的过程中，为了避免氢气燃烧不完全，所以在燃烧时，需要添加有如天然气之类的助燃气体，此方式也增加了额外的处理成本及碳排放量。
4.另外，市面上也有以触媒氧化设备进行氢气氧化，但缺乏可以有效且均匀散热的设施，因此难以紧密堆栈而体积庞大，设置时有空间上的限制，成本亦较高。再者，其触媒氧化设备在进行氧化的过程中会因为散热效果不佳且不均匀，局部区域容易累积高温，导致设备内的氢气燃烧或爆炸，进而衍生更多危险。
5.所以，要如何解决上述现有技术的问题与缺失，即为本发明的发明人与从事此行业的相关厂商所急需研究改善的方向所在。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种小体积及设置成本低，与利用冷却液体降低工作温度，以安全地消除空气中累积的氢气的低温氢气氧化系统。
7.本发明的次要目的，在于提供一种可安全处理的低温氢气氧化系统。
8.本发明的次要目的，在于提供一种可回收能源的低温氢气氧化系统。
9.为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
10.一种低温氢气氧化系统，其特征在于包括：
11.至少一氢气氧化装置，该氢气氧化装置内设置有至少一氢气反应模块，该氢气反应模块内形成有至少一氢气反应通道，并该氢气反应模块于该氢气反应信道内设置有至少一触媒，又该氢气氧化装置设置有至少一进气通道与至少一出气通道连通所述氢气反应通道，另该氢气氧化装置内还形成有至少一冷却通道；及
12.至少一气体加湿装置，该气体加湿装置设置于所述进气信道位置处，而含氢空气通过所述气体加湿装置及氢气反应信道，并由触媒进行催化氧化所述含氢空气中的氢气并
排出，以降低氢气浓度。
13.进一步，还包括有一气体抽取装置，该气体抽取装置连通所述进气信道及氢气反应信道及出气信道，且该气体抽取装置启动时抽取所述含氢空气，而含氢空气通过所述气体加湿装置及氢气反应信道，该气体加湿装置对其含氢空气加湿，加湿后含氢空气由触媒进行氧化所述含氢空气中的氢气并排出。
14.进一步，所述触媒可为铂触媒、钌触媒、钯触媒中的任何一种触媒。
15.进一步，所述氢气反应模块包括有一第一隔层及一第二隔层且由该第一隔层与第二隔层界定有所述氢气反应通道。
16.进一步，所述氢气氧化装置相互堆栈，而该堆栈的氢气氧化装置的顶部设置有一第一外端板，另于堆栈的氢气氧化装置的底设置有一第二外端板。
17.进一步，所述氢气反应模块为管体，该氢气反应通道形成于该管体内，而该冷却通道形成于该管体外侧。
18.进一步，所述冷却通道内填充有冷却流体，且该冷却通道贯穿于一热交换装置。
19.进一步，所述热交换装置组设有一热液体储存装置，该热液体储存装置具有一储存空间及一换热管道，该储存空间内具有一储能液体，且该热液体储存装置经由所述换热管道贯穿所述热交换装置。
20.进一步，包括有一氢气侦测单元，该氢气侦测单元连接所述气体抽取装置。
21.进一步，包括有一吸附装置，该吸附装置连通所述气体加湿装置，而含氢空气通过所述吸附装置且由吸附装置吸附含氢空气中会毒化所述触媒的气体，再将其含氢空气送往气体加湿装置。
22.进一步，包括有一处理水收集装置，该处理水收集装置连通所述气体抽取装置。
23.进一步，所述第一隔层一侧形成有以蛇形折返设置的一第一凹槽，而该第二隔层设置于所述第一凹槽上，于第一凹槽内界定有所述氢气反应通道，且该第二隔层相对该第一凹槽另一侧形成有以蛇形折返设置的一第二凹槽，而该冷却通道形成于所述第二凹槽内。
24.通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
25.1、体积小；
26.2、设置成本低；
27.3、可以安全地消除空气中累积的氢气。
附图说明
28.以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
29.图1为本发明低温氢气氧化系统的示意图。
30.图2为本发明低温氢气氧化系统的触媒设置示意图。
31.图3为本发明低温氢气氧化系统堆栈的实施示意图一。
32.图4为本发明低温氢气氧化系统堆栈的实施示意图二。
33.图5为本发明低温氢气氧化系统堆栈的实施示意图三。
34.图6为本发明另一低温氢气氧化系统的示意图。
35.图7为本发明另一低温氢气氧化系统的实施示意图一。
36.图8为本发明另一低温氢气氧化系统的实施示意图二。
37.图9为本发明再一低温氢气氧化系统的示意图。
38.图10为本发明再一低温氢气氧化系统的局部平面示意图一。
39.图11为本发明再一低温氢气氧化系统的局部平面示意图二。
40.图12为本发明再一低温氢气氧化系统堆栈的实施示意图。
41.图中标记说明：1-低温氢气氧化系统；2-氢气氧化装置；21-氢气反应模块；211-第一隔层；212-第二隔层；22-氢气反应通道；23-触媒；24-冷却通道；241-冷却流体；2411-进入口；2412-排出口；242-热交换装置；243-热液体储存装置；25-进气通道；26-出气通道；27-第一外端板；28-第二外端板；3-气体加湿装置；4-气体抽取装置；5-氢气侦测单元；6-吸附装置；7-处理水收集装置。
具体实施方式
42.首先，请参考图1所示，为本发明低温氢气氧化系统的示意图，由图中可清楚看出，其中所述低温氢气氧化系统1包括有至少一氢气氧化装置2及至少一气体加湿装置3及至少一气体抽取装置4。
43.其中所述氢气氧化装置2内部设置有至少一氢气反应模块21，而该氢气反应模块21内部形成有一氢气反应通道22，于本实施例中，该氢气反应模块21以一第一隔层211及一第二隔层212所组成，而该氢气反应通道22形成于该第一隔层211与第二隔层212间，另该氢气反应模块21于该氢气反应通道22内设置有至少一触媒23，该触媒23可为铂、钌触媒或钯触媒等具催化功能的金属触媒，也可为合金触媒或金属氧化物，触媒的大小可为纳米级的颗粒，而于本实施例中，主要是以铂为触媒，其他实施例下，该触媒23除了铂，亦可包含触媒载体，铂粒子固定于触媒载体表面，其中触媒载体可以是氧化铝、二氧化硅和碳等等惰性物质，而该触媒23含有重量百分比大于1％的铂。又该氢气氧化装置2内还形成有至少一冷却通道24，而该冷却通道24形成于该第一隔层211及第二隔层212相对氢气反应通道22另一侧，其中该冷却通道24内填充有冷却流体241，该冷却流体241可为水、空气、冷媒或其它可带走热能的冷媒介质，且于本实施例中该冷却通道24为两处，其一的冷却通道24形成于该第一隔层211上侧，另一冷却通道24形成于该第二隔层212下侧，且该两处的冷却通道24可相互连通或不连通，且可为开循环或闭循环设置。于本实施例中，其两处的冷却通道24以相互不连通且以开循环为实施方式，该第一隔层211与该第二隔层212可为具气密及散热特性的板体、石墨材质的板体或金属板其中之一，第一隔层211与第二隔层212除了形成氢气反应通道22外，主要能够隔绝氢气反应信道22与冷却信道24，使两信道的气体与冷却流体241不致混合，又能够将氢气反应时产生的高温快速传递给冷却流体241，又该氢气氧化装置2还设置有至少一进气通道25与至少一出气通道26连通所述氢气反应通道22。
44.其中所述气体加湿装置3包括喷雾式、薄膜式或气泡式的加湿器，但不限于此三种加湿方式，仅要可以对其气体进行加湿的装置皆为本案的保护范围，且该气体加湿装置3设置于所述进气信道25位置处，使该进气通道25中连通所述气体加湿装置3。
45.其中所述气体抽取装置4的作用为气体的传送，且该气体抽取装置4可设置于所述出气信道26或进气信道25位置处，依装设的位置，可为抽气泵浦或鼓风机，该气体抽取装置4连通所述氢气反应信道22与进气信道25与出气信道26，而于本实施例中，该气体抽取装置
4设置于所述出气通道26为抽气泵浦，若设置于进气通道25前，则可为鼓风机。
46.再请参考图2所示，为本发明低温氢气氧化系统触媒设置示意图，其中所述氢气反应通道22内的触媒23可以涂布、填充或薄膜的方式设置于氢气反应信道22内，举例如：其触媒23可涂布在第一隔层211与第二隔层212内侧、或以颗粒方式填充于第一隔层211与第二隔层212之间、或以触媒薄膜形式放置在第一隔层211与第二隔层212之间，而其触媒23设置方式不因此为限，仅要是在第一隔层211与第二隔层212之间设置有触媒23且保留有供氢气通过的通道即为本案保护范围。
47.其中所述低温氢气氧化系统1可设置在密闭空间、空气流通较慢的室内空间、连接氢气排放管道出口或氢气排放装置出口，容易累积氢气的地方，而于本实施例中为空气流通较慢的室内空间为实施方式。当该低温氢气氧化系统1使用时，开启所述气体抽取装置4，该气体抽取装置4开启时会对所述氢气反应信道22与进气信道25进行抽气，使该低温氢气氧化系统1外部的含氢空气会进入到所述进气通道25，进入到进气通道25的含氢空气会先通过所述气体加湿装置3，该气体加湿装置3对其含氢空气进行加湿，使该含氢空气中含有水气可避免氢气引燃，使氧化时呈现安全状态，而加湿过后的含氢空气再由进气通道25进入到氢气反应信道22，氢气反应信道22内的触媒23则对其加湿的含氢空气中的氢气进行催化氧化反应，以使氢气氧化为水且使含氢空气中的氢气浓度降低，同时氧化反应所产生的高温，可通过所述第一隔层211或第二隔层212传递至所述冷却通道24内的冷却流体241进行降温，以使其低温氢气氧化系统1处于安全的工作温度避免氢气因高温而引燃等危险，而该气体抽取装置4持续抽气，且将通过触媒23后氢气浓度降低的含氢空气送往出气通道26且排出。借此，低温氢气氧化系统1可通过所述氢气反应信道22与冷却信道24的紧密设置关系而达到小体积及降低设置成本的功效，适用于更多场所，还可通过所述冷却通道24实时冷却所述氢气反应通道22所产生的高温，以降低氧化反应时的工作温度，进而可安全地降低空气中氢气浓度以避免因为氢气累积而产生的危险。
48.请参考图3及图4所示，为本发明低温氢气氧化系统堆栈的实施示意图一及二，其中所述低温氢气氧化系统1还包括有一氢气侦测单元5，该氢气侦测单元5依需求设置，若所述低温氢气氧化系统1设置在氢气排放口则无需设置所述氢气侦测单元5，且该氢气侦测单元5电性连接或无线连接所述气体抽取装置4，而该冷却通道24可为闭循环或开循环设置，如图3所示，该冷却通道24为开循环设置，即为该冷却通道24有进入口2411及排出口2412，而冷却流体由进入口2411进入冷却通道24，而后由排出口2412排出，借此，利用冷却流体241将氧化反应所产生的热量带走，另外，如图4所示，该冷却通道为闭循环设置时，该冷却通道24可贯穿于一热交换装置242，该热交换装置242可为冷却水塔、冷却机，当冷却通道24中的冷却流体241经过热交换装置242时，该热交换装置242吸收其冷却流体241的热能，借此，不断经由冷却流体241与热交换装置242来做散热，又其中该低温氢气氧化系统1包括有复数个相互堆栈的氢气氧化装置2，而其堆栈模式中的冷却信道24可相互连通或不连通，于本实施例中为相互连通且设置于第一隔层211或第二隔层212的一处，于此实施例中，该堆栈的氢气氧化装置2顶部设置有一第一外端板27，而于堆栈的氢气氧化装置2底部设置有一第二外端板28，该第一外端板27与第二外端板28为如金属板的结构强硬材质，其可用以固定相互堆栈的氢气氧化装置2，另该各氢气氧化装置2的氢气反应信道22以具有分支的进气信道25与出气信道26连通，而该进气通道25另一端则连通至所述气体加湿装置3，与该出气
通道26另一端连通至所述气体抽取装置4，而该气体加湿装置3则连通有一吸附装置6，该气体抽取装置4则连通有一处理水收集装置7。
49.又当该氢气侦测单元5侦测其室内空间内的氢气浓度高于设定标准值时，其氢气侦测单元5启动所述气体抽取装置4。该气体抽取装置4会对所述氢气反应信道22与进气信道25进行抽气，使该低温氢气氧化系统1外部的含氢空气通过所述吸附装置6，且吸附装置6吸附含氢空气中会破坏触媒的气体或颗粒，如粉尘，硫化氢等等，再将含氢空气送往气体加湿装置3进行加湿，并将加湿含氢空气送至氢气氧化装置2进行安全的氧化反应，而氧化反应后的气体由出气通道26排出，氧化反应所产生的水，则由处理水收集装置7收集，另，于闭循环系统中该冷却通道24内的冷却流体241持续经由所述热交换装置242进行降温，该热交换装置242可为冷却水塔或具散热用途的装置，以使其低温氢气氧化系统1处于安全的工作温度，借此，通过氢气侦测单元5可实时侦测氢气浓度，使除氢的动作更实时、智能，且由吸附装置6可先将对触媒23有害的物质过滤，使触媒23的使用寿命延长，并通过堆栈的结构可处理更大量的含氢气体，最后，借由热交换装置242可更快速的对氢气氧化装置2进行降温，再由处理水收集装置7解决氧化反应产生水的问题，使得整体系统更加有效率、安全且使用上更方便。
50.再请参考图5所示，为本发明低温氢气氧化系统堆栈的实施示意图三，其中所述热交换装置242另连接有一热液体储存装置243，该热液体储存装置243可为蒸气锅炉、热水锅炉、储水设备等等，且该热液体储存装置243可为循环系统，其中该热液体储存装置243具有一储存空间2431及一换热管道2432，该储存空间2431内具有一储能液体2433，且该热液体储存装置243经由所述换热管道2432贯穿所述热交换装置242，该换热管道2432贯穿所述热交换装置242，以当该热交换装置242吸收其冷却流体241的热能时，该热交换装置242的热能则由换热管道2432内的储能液体2433所吸收，且其储能液体2433会回流至储存空间2431内保存，进而使该热液体储存装置243内高温的储能液体2433可做进一步再利用，进而达到能源再利用而达到环保节能的功效，举例来说，当储能液体2433为水时，吸收热能后的冷却流体24进入热交换装置242做散热后，热交换装置242将吸收的热量借由换热管道2432传送至水，而后具热能的水(热水)回流至所述热液体储存装置243内保存，如此，便可将热水保存，以做其它用途，进而使能源再利用，达到环保节能的功效。
51.再请参考图6所示，为本发明另一低温氢气氧化系统的示意图，其中所述氢气氧化装置2内部设置有复数氢气反应模块21，而该氢气反应模块21内部形成有所述氢气反应通道22，于本实施例中，该氢气反应模块21为管体，该氢气反应通道22形成于该管体内，而该氢气反应通道22内设置有所述触媒23，而该冷却通道24形成于该管体外侧，并该冷却通道24内填充有冷却流体241，该管体的材料可为具气密及散热特性的材料、或石墨管或金属管其中之一，必须能够隔绝氢气反应信道22与冷却信道24，又能够将氢气反应时产生的高温快速传递给冷却流体241，且于本实施例中该冷却通道24环绕于该等复数个氢气反应模块21外侧，另该进气信道25与出气信道26连通所有氢气反应通道22，于图式以连通两处为表示方式，而该气体加湿装置3设置于所述进气信道25位置处且连通所述氢气反应通道22，与该气体抽取装置4设置于所述出气信道26位置处且连通所述氢气反应通道22。本实施例的气体流动及氧化反应过程皆与前述图1～2的实施方式一致，皆由气体抽取装置4抽气使含氢空气经由该气体加湿装置3至该氢气氧化装置2，由该氢气氧化装置2对氢气进行安全氧
化并排出，故，不多做赘述，差别在于本实施例的氢气氧化装置2为管状结构，借由管状的结构，可使本发明应用于更多的场景，使用上弹性更大，如，装设空间限制为圆形的场域等等。
52.再请参考前述说明及图7、8所示，其中气体侦测单元5、吸附装置6、热交换装置242、热液体储存装置243及处理水收集装置7的功能及作动皆与前述说明，故，不多做赘述，其差别在于该氢气氧化装置2为管状结构，使得本发明低温氢气氧化系统1可应用于更多的场景，使用上弹性更大。
53.再请参考图9至图11所示，为本发明再一低温氢气氧化系统的示意图及局部平面示意图一、二，其中所述该氢气反应模块21以第一隔层211及第二隔层212所组成，而该氢气反应通道22形成于该第一隔层211与第二隔层212间，并于本实施例中，该第一隔层211顶侧形成有以蛇形折返设置的一第一凹槽2111，而该第二隔层212设置于所述第一隔层211上侧且罩盖所述第一凹槽2111，并该第一隔层211上经由所述第一凹槽2111与所述第二隔层212界定有所述氢气反应通道22，该氢气反应通道22内的触媒23可为涂布、填充或以薄膜形式设置于其中，且其触媒23可涂布在第一凹槽2111内侧、或以颗粒方式填充于第一凹槽2111之间、或以薄膜形式放置在第一凹槽2111之间，而其触媒23设置方式不因此为限，仅要是在第一隔层211与第二隔层212之间设置有触媒23且保留有供氢气通过的通道即为本案保护范围，另该第二隔层212相对该第一凹槽2111另一侧形成有以蛇形折返设置的一第二凹槽2121，而该冷却通道24形成于所述第二凹槽2121内且贯穿所述热交换装置242，该第一隔层211与该第二隔层212须是导热性及气密性佳的材料，能够隔绝氢气反应信道22与冷却信道24，使两信道的气体与液体不致混合，又能够将氢气反应时产生的高温快速传递给冷却流体241，而该低温氢气氧化系统1使用时，开启所述气体抽取装置4，该气体抽取装置4开启时会对所述气体处理信道与进气信道25进行抽气，使该低温氢气氧化系统1外部的含氢空气会进入到所述进气通道25，进入到进气通道25的含氢空气会先通过所述气体加湿装置3，该气体加湿装置3对其含氢空气进行加湿，使该含氢空气中含有水气可避免氢气引燃，使氧化时呈现安全状态，而加湿过后的含氢空气再由进气通道25进入到氢气反应通道22的触媒23，该触媒23则对其加湿的含氢空气中的氢气进行氧化反应，以使氢气氧化为水且使其含氢空气中的氢气浓度降低，并通过以蛇形折返设置的第一凹槽2111来延长氢气与触媒氧化反应的时间，使氢气反应更完全，能更有效降低氢气浓度，并同时氧化反应所产生的高温可通过所述蛇形折返设置的冷却通道24内的冷却流体241进行降温，以使其低温氢气氧化系统1处于安全的工作温度避免氢气因高温而引燃等危险，而该气体抽取装置4持续抽气，且将通过触媒23后氢气浓度降低的含氢空气送往出气通道26且排出，借此，低温氢气氧化系统1可通过所述氢气氧化装置2与形成所述氢气反应信道22与冷却信道24的紧密设置关系而达到小体积设置以降低设置成本，且借由蛇形折返的氢气反应信道22及冷却信道24，更有效地降低氢气浓度及降低工作温度，进而达到可降低空气中氢气浓度以避免因为氢气产生危险的功效。
54.请参考图12所示，为本发明再一低温氢气氧化系统的实施示意图，其中所述于本实施例中，该低温氢气氧化系统1包括有复数个互相堆栈的氢气氧化装置2，而其堆栈模式中的冷却信道24可相互连通或不连通，于本实施例中以相互连通为实施方式，而该等氢气氧化装置2相互堆栈的模式下，该堆栈的氢气氧化装置2顶部设置有所述第一外端板27，而于堆栈的氢气氧化装置2底部设置有所述第二外端板28，其可用以固定相互堆栈的氢气氧
化装置2，而该最上方氢气氧化装置2的冷却信道24则由该第一外端板27罩盖，另其余的冷却通道24则由氢气氧化装置2的第一隔层211罩盖，另该各氢气反应信道22以具有分支的进气信道25与出气信道26连通，而该进气通道25另一端则连通至所述气体加湿装置3，与该出气通道26另一端连通至所述气体抽取装置4。而该低温氢气氧化系统1使用时，含氢空气经由所述气体加湿装置3至气体反应信道进行氧化反应，而后将反应后的气体送至出气通道排出，其气体流动及氧化反应过程皆与前述图9的实施方式一致，故不赘述，与前述图9实施例差别在于本实施例为堆栈结构，可同时处理较多的氢气，提高氢气处理效率，借此，低温氢气氧化系统1可通过所述氢气氧化装置2与形成所述氢气反应信道22与冷却信道24的紧密设置关系而达到小体积设置以降低设置成本，且适用于更多场所，还可通过所述冷却通道24实时冷却所述氢气反应信道22以降低工作温度，进而达到可降低空气中氢气浓度以避免因为氢气产生危险的功效。
55.另，虽图中无表示，但，气体侦测单元5、吸附装置6、热交换装置242、热液体储存装置243及处理水收集装置7亦可视情况装设于第9、12图的实施例上，使得整体系统更加有效率、使用寿命长、安全且使用上更方便。