CN101100283A - 小型pemfc用简易氢气发生装置 - Google Patents

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Abstract

小型PEMFC用简易氢气发生装置，它涉及一种氢气发生装置，以解决现有小型PEMFC存在的缺少外部加湿系统、氢气产量控制部件复杂的问题。它的第一挡板和弹性膜将存料室分成存料腔、导气腔和压缩腔三个封闭的区域，滴液直管从存料腔和反应室的连接处穿过，出气管设置在存气室的外部侧壁上，出气管的两端分别与外界和导气腔相连通，第二挡板设置在弹性膜上并位于压缩腔的一侧，下水U形软管从存水室和压缩腔的连接处穿过，滴水管从第一挡板上穿过，滴水管的进水口与下水U形软管的出水口相连接，滴水管的出水口位于存料室内，导气管从导气腔和反应室的连接处穿过。本发明的结构简单、成本低廉、易于维护、可对氢气的产量进行有效的控制，适用于多种燃料电池。

Description

小型PEMFC用简易氢气发生装置
技术领域
本发明涉及一种氢气发生装置。
背景技术
燃料电池是一种高效、无污染的发电装置，它直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。在当今世界环境污染与能源短缺成为阻碍经济发展和人类社会进步的首要问题时，燃料电池的开发研究越来越受到各国政府和科技人员的重视。而在诸多种类的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)除具有一般燃料电池能量转化效率高和环境友好等优点之外，同时还具有可在室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率和比能量高等突出特点，是很有发展潜力的清洁电源。
PEMFC以氢气作为燃料，小型的PEMFC要求体积小、重量轻、携带方便、安全系数高、无污染，为其提供氢源的装置除满足上述要求外，还要具有产氢速度快、产量易于控制、成本低等特点。对于小型PEMFC来说，为了简化设备、减小体积、降低成本，一般没有外部的加湿系统，只能依靠自身产生的水来进行自增湿，而电池本身生成的水显然无法满足阳极加湿的要求，从而降低了PEMFC的性能；另外小型PEMFC也普遍没有氢气产量控制部件，专利号为02104279.9的发明提供了一种使用铝作为反应原料与氢氧化钠水溶液反应制备氢气的方法和装置，该方法比较简单，但该装置的氢气产量控制部件需要使用液位计、压力控制器、液体泵、压力传感器等多种元器件，大大增加了装置的制造成本和结构的复杂性。
发明内容
本发明为解决现有小型PEMFC存在的缺少外部加湿系统、氢气产量控制部件比较复杂的问题，提供一种小型PEMFC用简易氢气发生装置。本发明包含注水管1、存水室2、存料室3、第一档板7、反应室8、导气管9、第二挡板11、出气管12、弹性膜13、下水U形软管14、滴水管15和滴液直管16，存料室3的底部外壁与反应室8的顶部外壁固定连接，存料室3的顶部外壁与存水室2的底部外壁固定连接，注水管1设置在存水室2的顶部外壁上，注水管1两个端口分别与外界和存水室2相连通，设置在存料室3中的第一档板7和弹性膜13将存料室3分成存料腔4、导气腔5和压缩腔6三个封闭的区域，存料腔4位于存料室3的左侧内壁和第一档板7之间，导气腔5位于存料室3的右侧内壁和弹性膜13之间，压缩腔6位于第一档板7和弹性膜13之间，滴液直管16从存料腔4和反应室8的连接处穿过，滴液直管16的进水口位于存料腔4内，滴液直管16的出水口位于反应室8内，出气管12设置在导气腔5的外部侧壁上，出气管12的两端分别与外界和导气腔5相连通，第二挡板11设置在弹性膜13的中部并且位于压缩腔6的一侧，下水U形软管14从存水室2和压缩腔6的连接处穿过，下水U形软管14的进水口位于存水室2内，下水U形软管14的出水口位于压缩腔6内，滴水管15从第一挡板7上穿过，滴水管15的进水口与下水U形软管14的出水口相连接，滴水管15的出水口位于存料室3内，导气管9从导气腔5和反应室8的连接处穿过，导气管9的进气口位于反应室8内，导气管9的出气口位于导气腔5内。
工作原理：本发明通过铝和氢氧化钠水溶液反应制造氢气，水由注水管1注入到存水室2内，然后通过下水U形软管14和滴水管15进入存料腔4内，并溶解放在存料腔4内的氢氧化钠固体形成氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液由滴液直管16进入反应室8内，与存放在反应室内的铝箔发生化学反应，化学方程式如下：
2Al+2NaOH→2NaAlO2+3H2↑
产生的氢气通过导气管9进入导气腔5，并通过出气管12为燃料电池提供氢气，随着反应的进行，导气腔5内的气体压力越来越大，当导气腔5内的压力大于外界大气压，而燃料电池却不能消耗过量的氢气时，安装在这里的弹性膜13逐渐向压缩腔6膨胀，设置在弹性膜13上的第二挡板11会因为弹性膜13的膨胀而挤压下水U形软管14，下水U形软管14在压力作用下会逐渐靠近压缩腔6的内侧壁直至贴紧压缩腔6的内侧壁，由于下水U形软管14的宽度小于第二档板11的宽度，下水U形软管14的长度大于第二档板11的长度，第二档板11能够使下水U形软管14完全截流，水也不再滴落到存料腔4内的氢氧化钠固体上，氢氧化钠溶液的减少暂时抑制了制氢反应的进行，当燃料电池逐渐将导气腔5内的氢气消耗，导气腔5内压力降低后，第二挡板11逐渐脱离下水U形软管14，水继续通过下水U形软管14和滴水管15进入存料腔4，反应将重复上述过程。
发明效果：本发明的结构简单、成本低廉、易于维护、能够对氢气的产量进行有效的控制，适用于多种燃料电池。反应产生的氢气中含有一定量的水蒸气，水蒸气会随氢气到达燃料电池的阳极，形成PEMFC自加湿系统，可以大幅提高电堆性能，而且不需要另外增加加湿设备。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是具体实施方式五的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1、图2，本实施方式由注水管1、存水室2、存料室3、第一档板7、反应室8、导气管9、第二挡板11、出气管12、弹性膜13、下水U形软管14、滴水管15和滴液直管16组成，存料室3的底部外壁与反应室8的顶部外壁固定连接，存料室3的顶部外壁与存水室2的底部外壁固定连接，注水管1设置在存水室2的顶部外壁上，注水管1两个端口分别与外界和存水室2相连通，设置在存料室3中的第一档板7和弹性膜13将存料室3分成存料腔4、导气腔5和压缩腔6三个封闭的区域，存料腔4位于存料室3的左侧内壁和第一档板7之间，导气腔5位于存料室3的右侧内壁和弹性膜13之间，压缩腔6位于第一档板7和弹性膜13之间，滴液直管16从存料腔4和反应室8的连接处穿过，滴液直管16的进水口位于存料腔4内，滴液直管16的出水口位于反应室8内，出气管12设置在导气腔5的外部侧壁上，出气管12的两端分别与外界和导气腔5相连通，第二挡板11设.置在弹性膜13的中部并且位于压缩腔6的一侧，下水U形软管14从存水室2和压缩腔6的连接处穿过，下水U形软管14的进水口位于存水室2内，下水U形软管14的出水口位于压缩腔6内，滴水管15从第一挡板7上穿过，滴水管15的进水口与下水U形软管14的出水口相连接，滴水管15的出水口位于存料室3内，导气管9从导气腔5和反应室8的连接处穿过，导气管9的进气口位于反应室8内，导气管9的出气口位于导气腔5内。
具体实施方式二：本实施方式的滴液直管16的内直径为2mm。其它结构与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参见图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于滴液直管16的管口面与水平面呈30°～60°的倾角。由于滴液直管16的管口内径较小，会出现因为溶液表面张力的作用使液面没过滴液管16的管口也不向下滴落的现象，因此滴液直管16的管口面与水平面呈一定角度，可以使氢氧化钠溶液顺利通过滴液直管16滴入反应室8。
具体实施方式四：参见图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于它增加了一个单向阀17，单向阀17设置在滴液直管16中，单向阀17的流通方向为从滴液直管16的进水口至滴液直管16的出水口。当反应室8内的压力增大时会有部分氢气通过滴液直管16回流到存料室3内，在滴液直管16中设置单向阀17以后可以防止氢气回流而不影响氢氧化钠溶液通过滴液直管16流入反应室8内，提高了氢气发生装置的效率。
具体实施方式五：参见图3，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于它增加了一个滴液直管16，两个滴液直管16设置在存料腔4和反应室8的连接处，并且分别位于存料腔4底部内侧壁的两个三等分点上。氢氧化钠溶液通过两个滴液直管16流入反应室，可以更均匀的与反应室8内的铝箔进行化学反应。
具体实施方式六：参见图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于在导气管9中增加了过滤泡沫10。制氢反应产生氢气的同时也会产生副产物偏铝酸钠，并且会有少量的偏铝酸钠会随氢气通过出气管达到燃料电池的阳极，凝结在燃料电池的阳极偏铝酸钠会影响电堆性能甚至造成燃料电池的损坏，所以在导气管9中加入的过滤泡沫10可以过滤掉多余的偏铝酸钠，保证供给燃料电池阳极的氢气的纯度。

Claims (6)

1、一种小型PEMFC用简易氢气发生装置，它包含注水管(1)、存水室(2)、存料室(3)、第一档板(7)、反应室(8)、导气管(9)、第二挡板(11)、出气管(12)、弹性膜(13)、下水U形软管(14)、滴水管(15)和滴液直管(16)，存料室(3)的底部外壁与反应室(8)的顶部外壁固定连接，存料室(3)的顶部外壁与存水室(2)的底部外壁固定连接，注水管(1)设置在存水室(2)的顶部外壁上，注水管(1)两个端口分别与外界和存水室(2)相连通，其特征在于设置在存料室(3)中的第一档板(7)和弹性膜(13)将存料室(3)分成存料腔(4)、导气腔(5)和压缩腔(6)三个封闭的区域，存料腔(4)位于存料室(3)的左侧内壁和第一档板(7)之间，导气腔(5)位于存料室(3)的右侧内壁和弹性膜(13)之间，压缩腔(6)位于第一档板(7)和弹性膜(13)之间，滴液直管(16)从存料腔(4)和反应室(8)的连接处穿过，滴液直管(16)的进水口位于存料腔(4)内，滴液直管(16)的出水口位于反应室(8)内，出气管(12)设置在导气腔(5)的外部侧壁上，出气管(12)的两端分别与外界和导气腔(5)相连通，第二挡板(11)设置在弹性膜(13)的中部并且位于压缩腔(6)的一侧，下水U形软管(14)从存水室(2)和压缩腔(6)的连接处穿过，下水U形软管(14)的进水口位于存水室(2)内，下水U形软管(14)的出水口位于压缩腔(6)内，滴水管(15)从第一挡板(7)上穿过，滴水管(15)的进水口与下水U形软管(14)的出水口相连接，滴水管(15)的出水口位于存料室(3)内，导气管(9)从导气腔(5)和反应室(8)的连接处穿过，导气管(9)的进气口位于反应室(8)内，导气管(9)的出气口位于导气腔(5)内。
2、根据权利要求1所述的小型PEMFC用简易氢气发生装置，其特征在于滴液直管(16)的内直径为2mm。
3、根据权利要求1所述的小型PEMFC用简易氢气发生装置，其特征在于滴液直管(16)的管口面与水平面呈30°～60°的倾角。
4、根据权利要求1、2或3所述的小型PEMFC用简易氢气发生装置，其特征在于它还包含一个单向阀(17)，单向阀(17)设置在滴液直管(16)中，单向阀(17)的流通方向为从滴液直管(16)的进水口至滴液直管(16)的出水口。
5、根据权利要求1所述的小型PEMFC用简易氢气发生装置，其特征在于它还包含一个滴液直管(16)，两个滴液直管(16)设置在存料腔(4)和反应室(8)的连接处，并且分别位于存料腔(4)底部内侧壁的两个三等分点上。
6、根据权利要求1所述的小型PEMFC用简易氢气发生装置，其特征在于它还包含过滤泡沫(10)，过滤泡沫(10)设置在导气管(9)中。
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