CN101938003A - 高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统，包括供水水槽、反应釜、氢气提纯及干燥装置、数个储氢罐、氢燃料电池、真空泵和控制系统，外部水源与供水水槽连接，供水水槽底部与反应釜顶部连接，反应釜上部与氢气提纯及干燥装置输入端连接，氢气提纯及干燥装置输出端与储氢罐上端连接，储氢罐一端与氢燃料电池输入端连接。本发明将燃料电池的制氢装置及控制系统整合成可移动的一体化结构，无需外部电源供电即可自行启动燃料电池工。反应釜内的液体为普通水或海水，本发明的反应釜、储氢罐均在低压下制造、储存氢气，提高了本发明的安全性。控制系统克服了二次电池和燃料电池混合连接时有自发性释电的缺陷。

Description

高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统
技术领域
本发明涉及一种高分子燃料电池的制氢装置，尤其是一种用于高分子氢燃料电池的化学制氢装置，还涉及高分子氢燃料电池的控制装置，属于新能源技术领域。
背景技术
氢燃料电池作为一种无污染、零排放的清洁新能源应用越来越广泛。氢燃料电池能将高分子氢燃料的化学能通过电极反应直接转化为电能，利用转换装置将沼气或城市煤气等天然气体燃料转换出氢气，输送给高分子氢燃料电池使之产生电流。但是，沼气或城市煤气等高分子气体燃料转换之后，会有二氧化碳等副产物的排放，不能真正达到零排放，也不符合低碳要求。氢气可储藏在金属氢气储藏合金中，通过氢气储藏合金中的氢气向燃料电池供给氢气，运转燃料电池。氢气储藏合金填充的氢气来自高压氢气储藏罐，填充氢气比较困难。如果想填充大量的氢气，氢气储藏合金必定较重，氢气储藏合金还需高架设置，影响其应用于燃料电池，且必须以10MPa以上的高压填充氢气，危险性较大。现有技术的高分子氢燃料电池的控制系统、高分子氢燃料电池本体和制氢装置分开设置，如没有外部电源供给，制氢装置无法直接驱动。
发明内容
本发明的目的是提供一种能连续产生氢气供给高分子氢燃料电池发电、氢气发生装置和高分子氢燃料电池、控制系统形成一体结构的装置。该装置无需任何外部电源，且可移动。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统，包括供水水槽、反应釜、氢气提纯及干燥装置、数个连通的储氢罐、氢燃料电池、真空泵和控制系统，外部水源通过气动两通阀Ⅰ、连接管道与供水水槽连接，供水水槽底部通过连接管道、气动两通阀Ⅱ与反应釜顶部连接，反应釜底部设有气动两通阀Ⅳ，反应釜上部通过气动两通阀Ⅲ、单向阀、连接管道与氢气提纯及干燥装置输入端连接，氢气提纯及干燥装置输出端通过防逆火阀、连接管道与储氢罐上端连接，储氢罐一端依次通过气动两通阀Ⅶ、氢气压力调压阀、氢气流量调节器、防逆火阀、连接管道与氢燃料电池输入端连接；所述真空泵通过真空调压阀、连接管道分成两路，一路通过气动两通阀Ⅴ与反应釜顶部连接；另一路通过气动两通阀Ⅵ与储氢罐顶部连接；所述控制系统包括交流\直流变换器、蓄电池、氢气燃料电池、第一直流\直流变换器，交流\直流变换器的直流输出端与蓄电池的正极和负极连接，蓄电池的正极和负极连接于高分子氢气燃料电池的工作电源输入端，所述高分子氢气燃料电池的电源输出端接第一直流\直流变换器的输入端，第一直流\直流变换器的输出端接蓄电池的正极和负极。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的燃料电池的制氢装置及控制系统，其中所述氢气提纯及干燥装置包括顺次连接的第一罐体、第二罐体、第三罐体，其中第一罐体的底部设有排水阀。
前述的高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统，其中所述反应釜分别接有真空计、氢气压力计、温度传感器和安全阀，反应釜底部设有用于排水的气动两通阀Ⅳ。所述反应釜内液体为普通水或海水，所述反应釜内的压力为0.2-0.4MPa；所述储氢罐内的压力为0.8-1.0MPa。
本发明将高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统整合成可移动的一体化结构，无需外部电源供电即可自行启动高分子氢燃料电池工作；本发明的反应釜内的液体为普通水或海水，降低了制氢装置的制氢成本，扩大了使用范围；本发明的反应釜在0.2-0.4MPa的低压下制造氢气、储氢罐内压力仅为0.8-1.0MPa，提高了制氢和储氢的安全性。本发明还解决了二次电池和燃料电池混合连接时，二次电池有自发性的释电现象的技术问题。
本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是本发明的主视图；
图3是图2的俯视图；
图4是是本发明控制系统的电路原理图；
具体实施方式
下面结合附图和1kW的氢燃料电池系统的实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例包括供水水槽2、反应釜9、氢气提纯及干燥装置11、2个储氢罐17、高分子氢氢燃料电池21、真空泵22和控制系统300，外部水源通过气动两通阀Ⅰ1、连接管道与供水水槽2连接，供水水槽2的最大容积为23升，供水水槽2内设有上水位传感器31、下水位传感器32，用来控制供水水槽2内加水的液位。
供水水槽2底部通过连接管道、气动两通阀Ⅱ91与反应釜9顶部连接，反应釜9底部设有用于排水的气动两通阀Ⅳ8，反应釜9的容积为20升。如图2、图3所示，反应釜9顶部设有反应釜盖93，反应釜盖93的一侧与反应釜9上端铰接，反应釜9内盛有普通水或海水，不是常规使用的蒸馏水，降低了制氢装置的制氢成本。反应釜9内还设有制氢剂放置篮94，制氢剂分层放置在制氢剂放置篮94内，制氢剂放置篮94然后放入反应釜9内，关紧反应釜盖93，制氢剂与水发生反应，反应时间在10-60分钟。反应釜4分别接有真空计4、氢气压力计5、温度传感器6和安全阀7，当反应釜4内生成的氢气压力大于0.3MPa时，安全阀7自动排出氢气，确保生成氢气的反应过程安全，储氢罐17上部还接有储氢罐压力计15，用于检测罐内压力。反应釜9、氢气提纯及干燥装置11、2个储氢罐17、真空泵22均设置在机壳100内，氢燃料电池21和控制系统3设置在机壳100上侧，为了便于移动，在本发明的底部还设有4个脚轮101
如图1所示，反应釜9上部通过气动两通阀Ⅲ10、单向阀12、连接管道与氢气提纯及干燥装置11输入端连接，氢气提纯及干燥装置11输出端通过防逆火阀16、连接管道与2个容积为150升的储氢罐17顶端连接，储氢罐17还设置了储氢罐安全阀171，当罐内压力大于1.0MPa时，储氢罐安全阀171泄压，以确保安全。氢气提纯及干燥装置11包括顺次连接的第一罐体111、第二罐体112、第三罐体113，其中第一罐体111的底部设有排水阀14。储氢罐17一端依次通过气动两通阀Ⅶ13、氢气压力调压阀18、氢气流量调节器19、防逆火阀20、连接管道与高分子氢燃料电池21输入端连接，真空泵22通过真空调压阀221、连接管道分成两路，一路通过气动两通阀Ⅴ92与反应釜9顶部连接；另一路通过气动两通阀Ⅵ222与储氢罐17顶部连接。为了提高氢气的纯度，使用真空泵22对反应釜9、氢气提纯及干燥装置11的第一罐体111、第二罐体112、第三罐体113抽真空，形成良好的超真空状态。
反应釜9内反应生成的氢气源源不断地通过气动两通阀Ⅲ10、单向阀12、氢气提纯及干燥装置11的第一罐体111、第二罐体112、第三罐体113的提纯、干燥后储存到储氢罐17内，按照高分子氢燃料电池21所需要的压力和流量调节氢气压力调压阀18、氢气流量调节器19，储氢罐17内的氢气依次通过气动两通阀Ⅶ13、氢气压力调压阀18、氢气流量调节器19、防逆火阀20输入高分子氢燃料电池21发电。
如图4所述，控制系统300包括交流\直流变换器301、蓄电池302、氢气燃料电池303、第一直流\直流变换器304，交流\直流变换器301的直流输出端与蓄电池302的正极和负极连接，蓄电池302的正极和负极连接于氢气燃料电池303的工作电源输入端，高分子氢气燃料电池303的电源输出端接第一直流\直流变换器304的输入端，第一直流\直流变换器304的输出端接蓄电池302的正极和负极。其中蓄电池302是控制系统300的二次电池，可以使用铅蓄电池、镍氢电池、锂电池或锂离子聚合物电池等。
在外部电源充电器301的输入端没有外部电源供给的情况下，凭借安装在控制系统300系统内部的蓄电池302，初始驱动储氢罐17向高分子氢气燃料电池21供给氢气，使高分子氢气燃料电池21产生电流。这时，蓄电池302利用高分子氢氢气燃料电池21产生的电流再次完成充电，保持等待状态，燃料电池21产生的电流不断的向蓄电池302充电并被一系列负载所使用。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统，其特征在于：包括供水水槽(2)、反应釜(9)、氢气提纯及干燥装置(11)、数个连通的储氢罐(17)、氢燃料电池(21)、真空泵(22)和控制系统(300)，外部水源通过气动两通阀Ⅰ(1)、连接管道与供水水槽(2)连接，供水水槽(2)底部通过连接管道、气动两通阀Ⅱ(91)与反应釜(9)顶部连接，反应釜(9)底部设有气动两通阀Ⅳ(8)，反应釜(9)上部通过气动两通阀Ⅲ(10)、单向阀(12)、连接管道与氢气提纯及干燥装置(11)输入端连接，氢气提纯及干燥装置(11)输出端通过防逆火阀(16)、连接管道与储氢罐(17)上端连接，储氢罐(17)一端依次通过气动两通阀Ⅶ(13)、氢气压力调压阀(18)、氢气流量调节器(19)、防逆火阀(20)、连接管道与氢燃料电池(21)输入端连接；所述真空泵(22)通过真空调压阀(221)、连接管道分成两路，一路通过气动两通阀Ⅴ(92)与反应釜(9)顶部连接；另一路通过气动两通阀Ⅵ(222)与储氢罐(17)顶部连接；所述控制系统(300)包括交流\直流变换器(301)、蓄电池(302)、氢燃料电池(303)、第一直流\直流变换器(304)，交流\直流变换器(301)的直流输出端与蓄电池(302)的正极和负极连接，蓄电池(302)的正极和负极连接于氢燃料电池(303)的工作电源输入端，所述氢气燃料电池(303)的电源输出端接第一直流\直流变换器(304)的输入端，第一直流\直流变换器(304)的输出端接蓄电池(302)的正极和负极。
2.如权利要求1所述的高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统，其特征在于：所述氢气提纯及干燥装置(11)包括顺次连接的第一罐体(111)、第二罐体(112)、第三罐体(113)，其中第一罐体(111)的底部设有排水阀(14)。
3.如权利要求1所述的燃料电池的制氢装置及控制系统，其特征在于：所述反应釜(4)分别接有真空计(4)、氢气压力计(5)、温度传感器(6)和安全阀(7)，反应釜(4)底部设有用于排水的气动两通阀Ⅳ(8)。
4.如权利要求1或2所述的高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统，其特征在于：所述反应釜(9)内液体为普通水或海水，所述反应釜(4)内的压力为0.2-0.4MPa；所述储氢罐(17)内的压力为0.8-1.0MPa。
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