CN100355138C - 一种高压氢氧燃料电池 - Google Patents

一种高压氢氧燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN100355138C
CN100355138C CNB2005100486203A CN200510048620A CN100355138C CN 100355138 C CN100355138 C CN 100355138C CN B2005100486203 A CNB2005100486203 A CN B2005100486203A CN 200510048620 A CN200510048620 A CN 200510048620A CN 100355138 C CN100355138 C CN 100355138C
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
pipeline
water tank
hydrogen
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100486203A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1761095A (zh
Inventor
刘伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CNB2005100486203A priority Critical patent/CN100355138C/zh
Publication of CN1761095A publication Critical patent/CN1761095A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100355138C publication Critical patent/CN100355138C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种高压氢氧燃料电池，其特征在于，水箱上设有加压泵，加压范围是200-1200atm，使水箱至绝热容器之前的系统内压力保持200-1200atm；水箱由管道连接至水电解器，在靠近水电解器的管道上设高压热交换器，水电解器上的管道将氢气和氧气分别引至两个绝热容器，气体绝热膨胀变成常压低温储存，绝热容器上均设有低温加压泵，绝热容器上的管道连接至燃料电池，燃料电池底部的管道连接至水箱，实现系统循环，使热能转变成化学能储存；绝热容器的壳体为真空夹层。本发明具有耗电低，转换率高，体积小，重量轻，造价低的特点，是一种新型的氢氧燃料电池。

Description

一种高压氢氧燃料电池
技术领域
本发明涉及一种氢氧燃料电池，特别是一种高压氢氧燃料电池。
背景技术
由于现有的水电解技术耗电大，转换率低，成本高，且氢气和氧气在常压下体积较大造成设备体积大，采用水电解技术的氢氧燃料电池也就存在耗电大，转换率低，成本高，体积大的问题。通常现有的燃料电池在400°K的温度下能量实际转换率只达到40-70％，热能转变成电能的效率低于40％。目前尚没有较经济的大型储电技术，太阳能电池的效率只能达到8-14％，且造价高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高压氢氧燃料电池，该电池具有耗电低，电流大，热损耗低，转换率高，体积小，重量轻，造价低的特点。可循环工作，方便的实现热能转变为电能。
本发明的技术方案为，一种高压氢氧燃料电池，其特征在于，水箱(2)上设有加压泵(3)，加压范围是200-1200atm，使水箱至绝热容器之前的系统内压力保持200-1200atm；水箱(2)由管道(6)连接至水电解器(17)，在靠近水电解器的管道上设高压热交换器(12)，水电解器上的管道将氢气和氧气分别引至两个绝热容器(7)，气体绝热膨胀变成常压低温储存，绝热容器上均设有低温加压泵(9)，绝热容器上的管道连接至燃料电池(19)，燃料电池底部的管道连接至水箱(2)，实现系统循环，使热能转变成化学能储存；绝热容器(7)的壳体(20)为真空夹层。
现有技术中水电解所需的电能为：ΔG1，在1atm 295°K的条件下，ΔG1＝ΔH°-TΔS°＝-68315+295*39＝-56687卡/摩，实际最高效率≥95％现有技术氢氧燃料电池产生的电能为：ΔG2 1atm 400°K条件下，ΔG2＝ΔH°-TΔS°＝-68315+39*400＝-52715卡/摩，实际最高效率40-70％
本发明在高温500-1000°K，高压200-1200atm条件下，水电解所需要的自由能为ΔG1，若条件为640°K，640atm，根据摩尔吉布斯函数，如果容量可以看作常数，则有：
ΔG1＝CP*(T2-T1)-TCPlnT2/T1+RTlnP2/P1+H0-TΔS0
≌-1.52(6.9*342-640*6.9ln640/298+640*1.987ln600)-68315+640*39＝-54034卡/摩
在常温272-333°K，高压200-1200atm条件下，氢氧燃料电池所需的自由能为ΔG2，若条件为277°K，600atm，则有：
ΔG2≌-1.5(-21*6.9-277*6.9ln277/298+277*1.987ln600)-68315+277*39＝-62786卡/摩
理论上电能增加为ΔG1/ΔG2*100％＝-62786/-54034*100％＝116％水电转换率为：ΔG2/ΔH°＝-62786/-68170*100％＝92％
在常温高压下，气体分子间的引力加大，使ΔG2更加趋近于ΔH°，实际的ΔG2＜-62786卡/摩，使ΔG2/ΔH°*100％＞92.9％。
若实际系统的效率为，      90％  95％  100％
则热能转换成电能的效率为，38％  68％  100％
本发明主要是，对进入电解的纯水先加压200-1200atm，在水箱至绝热容器之前的系统内压力保持200-1200atm，气体在高压下密度高，化学反应加快，电流大，减少了催化剂的使用，也使得燃料电池体积较小。当气体进入绝热容器时因压力改变，气体减压膨胀，成为低温被存储，绝热容器的壳体为真空夹层，避免了外部温度对气体的影响。
本发明的工作原理为，水箱上设有加压泵，纯水由加压泵经管道引至水电解器，在靠近水电解器的管道上设热交换器，在水电解器傍设加热器，纯水经水电解器分解为高温高压的氢气和氧气，水电解器上的管道将氢气和氧气分别过热交换器气体降为常温，引至两个绝热容器中储存，需要电力时，绝热容器上的低温加压泵分别对氢气和氧气加压，并由绝热容器上的管道连接至燃料电池提供发电，产生的水由燃料电池底部的管道连接至水箱，重新参加循环。本发明具有耗电低，转换率高，体积小，重量轻，造价低的特点，是一种新型的氢氧燃料电池。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明水电解器及燃料电池的A-A剖视图
图3为本发明的绝热容器结构示意图
图4为本发明电气联接图
具体实施方式
水箱(2)引至水电解器(17)的管路上设有可加压200-1200atm的加压泵(3)，水箱上还设有循环泵(4)水箱内置纯水(1)，纯水由加压泵经高压管道(6)引至热交换器(12)，引入水电解器(17)，在靠近水电解器的底部或侧面设太阳能加热装置(18)，将纯水加热至500-647.4°K，水电解器(17)上设有电源接头(13)，水电解器及燃料电池内腔均分别设有多根贯穿水电解器、并列为一行的孔径为0.1-1mm的细管(16)，细管的两侧面设有由天然或人工纤维制作的吸水膜(14)、吸水膜外为多孔电极(15)。高温高压纯水经水电解器(17)分解为高温高压的氢气和氧气，水电解器上的管道将氢气和氧气分别过热交换器(12)降为常温。一部分气体经减压阀(10)引至两个绝热容器(7)中，气体经绝热膨胀，降为40-160°K低温，减为1-20atm常压储存。外部需要电力时，绝热容器内的加压泵(9)分别对氢气和氧气加压，使氢气和氧气经管道引至燃料电池(19)提高电能，产生的水由燃料电池底部的管道连接至水箱(2)。一部分气体经单向阀引至燃料电池，产生的电供给水电解器(17)电解水产生的水经循环泵(5)重新循环。绝热容器(7)的壳体(20)为真空夹层，夹层有低导热索(22)固定，夹层镀银防热辐射导热，瓶颈(23)向内伸，长度L大于绝热容器高度H/3-H2/3，瓶颈内的管道为低导热管道。绝热容器顶部设有真空绝热帽(21)。在引入绝热容器的管道上均设有减压阀(10)。燃料电池上设有电源接头(13)，供电电池(24)正极由导线将水电解器(17)正极及燃料电池(19)正极串联电气联接，供电电池负极由导线将水电解器负极及燃料电池负极串联电气联接。

Claims (3)

1、一种高压氢氧燃料电池，其特征在于，水箱(2)上设有加压泵(3)，加压范围是200-1200atm，使水箱至绝热容器之前的系统内压力保持200-1200atm；水箱(2)由管道(6)连接至水电解器(17)，在靠近水电解器的管道上设高压热交换器(12)，水电解器上的管道将氢气和氧气分别引至两个绝热容器(7)，气体绝热膨胀变成常压低温储存，绝热容器上均设有低温加压泵(9)，绝热容器上的管道连接至燃料电池(19)，燃料电池底部的管道连接至水箱(2)，实现系统循环，使热能转变成化学能储存；绝热容器(7)的壳体(20)为真空夹层。
2、如权利要求1所述的一种高压氢氧燃料电池，其特征在于，水电解器(17)和燃料电池(19)的内腔均分别设有多根贯穿水电解器和燃料电池、并列为一行的、孔径为0.1-1mm的细管(16)，细管的两侧面设有吸水膜(14)，吸水膜外为多孔电极(15)。
3、如权利要求1所述的一种高压氢氧燃料电池，其特征在于，热交换器(12)为太阳能加热装置。
CNB2005100486203A 2005-11-11 2005-11-11 一种高压氢氧燃料电池 Expired - Fee Related CN100355138C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100486203A CN100355138C (zh) 2005-11-11 2005-11-11 一种高压氢氧燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100486203A CN100355138C (zh) 2005-11-11 2005-11-11 一种高压氢氧燃料电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1761095A CN1761095A (zh) 2006-04-19
CN100355138C true CN100355138C (zh) 2007-12-12

Family

ID=36707080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100486203A Expired - Fee Related CN100355138C (zh) 2005-11-11 2005-11-11 一种高压氢氧燃料电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100355138C (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102810855A (zh) * 2011-06-03 2012-12-05 康健 太阳能水氢氧电力和燃气联产联供系统
CN102965686A (zh) * 2011-08-31 2013-03-13 本田技研工业株式会社 水电解系统及其运行方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326013A (en) * 1980-11-17 1982-04-20 Jacobi Edgar F Energy system
JPH08314372A (ja) * 1995-05-18 1996-11-29 Nobuyuki Kamiya 水電解／燃料電池装置
EP1473791A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell power generator
CN1555425A (zh) * 2001-09-13 2004-12-15 索尼株式会社 制造和充填氢气的装置以及电化学装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326013A (en) * 1980-11-17 1982-04-20 Jacobi Edgar F Energy system
JPH08314372A (ja) * 1995-05-18 1996-11-29 Nobuyuki Kamiya 水電解／燃料電池装置
CN1555425A (zh) * 2001-09-13 2004-12-15 索尼株式会社 制造和充填氢气的装置以及电化学装置
EP1473791A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell power generator

Also Published As

Publication number Publication date
CN1761095A (zh) 2006-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11870050B2 (en) Thermo-electrochemical convertor with integrated energy storage
KR102434620B1 (ko) 외부 전력 없이 독립적으로 구동되는 태양광을 이용한 수소 생산 및 저장 시스템
CN108039852A (zh) 一种氢能和太阳能互补的热电联供系统及其工作方法
US8748052B2 (en) Reversible fuel cell
CN113278987B (zh) 一种soec和ael电解耦合固体循环储放氢系统
CN100355138C (zh) 一种高压氢氧燃料电池
JP2020149838A (ja) 高圧の燃料電池排ガスをフィルタリングする窒素ガス生成方法及び装置
Andrijanovitš et al. New method for stabilization of wind power generation using energy storage technology.
Harrison et al. Electrolysis of water
WO2009063104A1 (es) Sistema de producción de hidrogeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica
CN117070974A (zh) 质子交换膜电解池光热电耦合制氢系统及工作方法
CN210420193U (zh) 基于分布式光热电解水制氢装置及氢燃料电池系统
CN215209640U (zh) 基于光伏电池的质子交换膜电解制氢装置
KR102358856B1 (ko) 전기 에너지를 생산하기 위한 충전가능한 전기화학 디바이스
US20230175706A1 (en) Integrated systems for generating thermal energy and hydrogen
CN113067009B (zh) 一种水下装备复合能源高效利用系统及使用方法
CN218812132U (zh) 一种光伏制氢系统
CN103259032B (zh) 一种常温热发电方法及其装置
EP4075552A1 (en) Hydrogen power generation system
KR20230143203A (ko) 재생 에너지 연계형 재생 연료전지 시스템
CN117626296A (zh) 固体氧化物电解制氢装置和制氢方法
CN117411020A (zh) 一种基于可逆固体氧化物电池的氢储能调频调峰系统及方法
CN116487735A (zh) 一种基于熔盐电池的热电一体化储能系统及储能方法
CN117869782A (zh) 基于制氢储氢的可再生能源综合利用系统和方法
CN115679356A (zh) 一种光伏制氢系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071212

Termination date: 20091211