CN102324794A

CN102324794A - 使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器

Info

Publication number: CN102324794A
Application number: CN201110240844A
Authority: CN
Inventors: 王纪忠; 王靖; 朴廷泰
Original assignee: JS POWER Inc
Current assignee: JS POWER Inc
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-01-18

Abstract

一种使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征是包括反应室（7）、胶管（9）以及设置在整体（2）内的高分子氢能燃料电池（11）、DC-DC电路板（12）、超级电容（15）、USB输出端口（14）、三通管（16）、四通管（18）和排气阀（19）。本发明的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器体积小巧、重量轻便，适用于便携式用的优点。本发明并非使用粉末状制氢剂而是使用固体颗粒制氢剂，制氢剂与水反应后生成氢气，根据氢能燃料电池的容量用一定速度把氢气供给氢能燃料电池使用。制氢剂可制成各种尺寸的颗粒，不需要储氢罐及附加装置。因此，适用本技术可简化氢能燃料电池系统，减轻重量，使其小型化。

Description

使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其是一种使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器。

背景技术

应用氢能燃料发电技术的方法有：购买成品氢能燃料电池及储氢合金或使用硼氢化钠(NaBH₄)制氢并供给氢能燃料电池使用，但此方法的缺点为硼氢化钠(NaBH₄)价格较高，较难普及。储氢合金内储存的氢气使用完毕后必须用高压重新充入氢气，因此需要制氢机及充气工具，十分繁琐。另外，制氢机的缺点是无法携带使用，必须使用外接电源。

制氢剂由铝(Al)、生石灰(CaO)、氢氧化钠(NaOH)等成分组成并已取得韩国专利及澳大利亚专利，专利号分别为10-0803074及2008227365。此技术可在短时间内生成大量氢气，但缺点为需要储氢罐及其相关设施储存氢气，并且设备本身的体积和重量较大，无法携带使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，本发明为制氢与高分子氢能燃料电池相结合的一体机，携带使用方便。反应不激烈，

本发明的技术方案是：

本发明为使反应不激烈，制氢剂中混有含直径为1~5mm的含铝固体颗粒，反应较缓慢。因此制氢剂与水反应后产生氢气，可根据高分子氢能燃料电池的容量大小供给其一定量的氢气。燃料电池产生电能后通过自身的自动调节装置及直流电能转换器来调节电能并储存到超级电容中，电能可以USB输出的形式使用。

一种使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，包括反应室（7）、胶管（9）以及设置在整体（2）内的高分子氢能燃料电池（11）、DC-DC电路板（12）、超级电容（15）、USB输出端口（14）、三通管（16）、四通管（18）和排气阀（19），反应室（7）内设有制氢剂（6），反应室（7）上设有上盖（1），制氢剂（6）浸入在水（5）中，水（5）的高度不超过水位线（4），反应室（7）通过胶管（9）连接高分子氢能燃料电池（11），高分子氢能燃料电池（11）的电能输出端通过DC-DC电路板（12）连接超级电容（15），超级电容（15）连接USB输出端口（14）。

所述使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器还包括三通管（16）、四通管（18）和排气阀（19），三通管（16）连通胶管（9）和高分子氢能燃料电池（11），高分子氢能燃料电池（11）的出口及排气阀（19）与四通管（18）连接。

所述反应室（7）与高分子氢能燃料电池（11）之间设有手动阀17。

所述上盖（1）内部设有支撑杆（8）。

所述上盖（1）的内部设有橡胶圈（10）。

所述制氢剂（6）包含直径1~5mm的含铝固体颗粒。

所述DC-DC电路板（12）包括直流电能转换器（20）、微控制器单元（21）、电源（22）、）、电压电流温度采集信号线（25）、燃料电池控制线号线（26）和输出控制器（27），所述微控制器单元（21）与包括直流电能转换器（20）和和输出控制器（27）连接，包括直流电能转换器（20）通过和输出控制器（27）连接超级电容（15），超级电容（15）连接USB输出端口（14），微控制器单元（21）分别通过电压电流温度采集信号线（25）和燃料电池控制线号线（26）连接高分子氢能燃料电池（11）。燃料电池控制线号线（26）提供燃料电池激活、风扇转速以及温度的控制信号。

所述DC-DC电路板（12）还包括与微控制器单元（21）连接的重启键（13）和LED指示灯（24）。

本发明的有益效果是：

本发明的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器体积小巧、重量轻便，适用于便携式用的优点。

本发明并非使用粉末状制氢剂而是使用固体颗粒制氢剂，制氢剂与水反应后生成氢气，根据氢能燃料电池的容量用一定速度把氢气供给氢能燃料电池使用。制氢剂可制成各种尺寸的颗粒，不需要储氢罐及附加装置。因此，适用本技术可简化氢能燃料电池系统，减轻重量，使其小型化。

本发明并非使用传统的高压氢气瓶(10~70 Mpa)或储氢合金供氢，而是使用携带运输及生产都安全、方便的制氢剂。为使水与制氢剂在任意地点安全、方便地使用，本发明为制氢与燃料电池一体化装置，可作为备用电源及在无电网地区使用，亦可为手机、携带式MP3等小型电器充电。本发明的优点为：能量密度为铅蓄电池的约26倍，为锂电池的约7倍，能量使用效率更高，总的来说本发明是一款无污染绿色低碳的高分子氢能燃料电池发电器。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图。

图2是本发明的剖视结构示意图。

图3是本发明的DC-DC电路板的电路原理框图。

图4是本发明实施例的氢气发生量曲线图。

图中：1为上盖、2为整体、3为后盖、4为水位线、5为水、6为制氢剂、7为反应室、8为支撑杆、9为胶管、10为橡胶圈、11为高分子氢能燃料电池、12为DC-DC电路板、13为重启键、14为USB输出端口、15为超级电容、16为三通管、17为手动阀、18为四通管、19为排气阀、20为直流电能转换器、21为微控制器单元、22为电源、24为LED指示灯、25为电压电流温度采集信号线、26为燃料电池控制线号线、27为输出控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

反应室（7）与高分子氢能燃料电池（11）之间设有手动阀17。上盖（1）内部设有支撑杆（8）。上盖（1）的内部设有橡胶圈（10）。制氢剂（6）包含直径1~5mm的含铝固体颗粒。

DC-DC电路板（12）包括直流电能转换器（20）、微控制器单元（21）、电源（22）、）、电压电流温度采集信号线（25）、燃料电池控制线号线（26）和输出控制器（27），所述微控制器单元（21）与包括直流电能转换器（20）和和输出控制器（27）连接，包括直流电能转换器（20）通过和输出控制器（27）连接超级电容（15），超级电容（15）连接USB输出端口（14），微控制器单元（21）分别通过电压电流温度采集信号线（25）和燃料电池控制线号线（26）连接高分子氢能燃料电池（11）。燃料电池控制线号线（26）提供燃料电池激活、风扇转速以及温度的控制信号。DC-DC电路板的一个用途是将高分子氢能燃料电池（11）产生的直流电能调制后以直流形式输出。

DC-DC电路板（12）还包括与微控制器单元（21）连接的重启键（13）和LED指示灯（24）。

图1、图2为本发明的结构图。图1中手动阀17的作用是：氢气(H2)由反应室7中产生，在供给高分子氢能燃料电池（PEMFC）11之前通过手动阀17调节压力。制氢剂6放入反应室7时，固定在所述上盖1内部的支撑杆8的作用是使制氢剂浸入水5中。胶管9可使氢气顺利供应至高分子氢能燃料电池11。橡胶圈10组装于所述上盖1的内部，作用是为防止氢气泄漏。如给高分子氢能燃料电池11供氢即可产生电能以供使用。如图2所示，高分子氢能燃料电池11附带有DC-DC电路板12，可调节燃料电池产生的电能。

因此，图3 为DC-DC电路板12的补充说明。如图3所示，DC-DC电路板12包含有直流电能转换器（DC—DC Convertor）及超级电容15。此时直流电能转换器根据使用目的适量转换高分子氢能燃料电池11发出的电能，随后电能先被储存到超级电容15中，然后通过USB输出端口14使用，USB输出端口14可提供5V、0.8A的电能。供氢至高分子氢能燃料电池11并使其发电后的副产物为水（H2O），排气阀19作用是自动把产生的水排到本发明的小型发电器的外部。三通管16分别传输氢气至高分子氢能燃料电池11。四通管18连接在高分子氢能燃料电池11的出口及排气阀19上，排出所产生的水。

本发明所述制氢剂6并非传统的粉末状态而是固体颗粒状，可有效防反应室7内的压力瞬间上升，在一定时间内连续产生一定量的氢气以供使用。图4为开始反应及一定时间之后结束时制氢反应一直以平稳状态进行的曲线图。如图4所示，固体颗粒样本为20克，X轴为反应时间，单位为秒， Y轴为产氢量，单位为SCCM是体积流量单位,英文全称：standard-state cubic centimeter per minute。

本发明为使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器。其主要内容为：制氢剂与水反应后生成氢气，把一定量的氢气供给氢能燃料电池，使其产生电能。制氢剂与水（H2O）反应产生氢气（H2）时，并非通过强烈化学反应瞬时生成大量氢气，而是根据氢能燃料电池的容量,按一定比例生成氢气后供给氢能燃料电池使用。在本发明中生成的氢气（H2）供给氢能燃料电池使用时会携带少量水蒸气，为使氢能燃料电池接收到干燥的氢气，氢气在进氢能燃料电池之前必须经过含有防水透气膜及吸水剂的干燥管。由此氢能燃料电池才能接收到纯净干燥的氢气。本发明不使用外接氢气，而是在自身内部产生氢气并供给氢能燃料电池使用。因此本发明对使用地点并无要求，可适用于任何地点。

因此，本发明的特征是：水及制氢剂产生化学反应，不限使用地点，可根据高分子氢能燃料电池的容量随意调节制氢剂的大小与形状。本发明不使用铝粉，而是使用含直径1~5mm的含铝固体颗粒。与粉剂相比，含铝固体颗粒反应并不激烈，可根据一定量在一定时间内按一定比例产生氢气。本发明的核心是制氢剂的成分。制氢剂由铝、生石灰(CaO)、氢氧化钠(NaOH)等成分组成并已取得韩国专利及IP澳大利亚专利，专利号分别为10-0803074及2008227365。此技术可在短时间内生成大量氢气,但缺点为需要储氢罐及其相关设施储存氢气，并且设备本身的体积和重量较大，无法携带使用。如使用本发明可使上述缺点得到改善。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.一种使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征是包括反应室（7）、胶管（9）以及设置在整体（2）内的高分子氢能燃料电池（11）、DC-DC电路板（12）、超级电容（15）、USB输出端口（14）、三通管（16）、四通管（18）和排气阀（19），反应室（7）内设有制氢剂（6），反应室（7）上设有上盖（1），反应室（7）通过胶管（9）连接高分子氢能燃料电池（11），高分子氢能燃料电池（11）的电能输出端通过DC-DC电路板（12）连接超级电容（15），超级电容（15）连接USB输出端口（14）。

2.根据权利要求1所述的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征在于所述使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器还包括三通管（16）、四通管（18）和排气阀（19），三通管（16）连通胶管（9）和高分子氢能燃料电池（11），高分子氢能燃料电池（11）的出口及排气阀（19）与四通管（18）连接。

3.根据权利要求1所述的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征在于所述反应室（7）与高分子氢能燃料电池（11）之间设有手动阀17。

4.根据权利要求1所述的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征在于所述上盖（1）内部设有支撑杆（8）。

5.根据权利要求1所述的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征在于所述上盖（1）的内部设有橡胶圈（10）。

6.根据权利要求1所述的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征在于所述制氢剂（6）包含直径1~5mm的含铝固体颗粒。

7.根据权利要求1所述的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征在于所述DC-DC电路板（12）包括直流电能转换器（20）、微控制器单元（21）、电源（22）、）、电压电流温度采集信号线（25）、燃料电池控制线号线（26）和输出控制器（27），所述微控制器单元（21）与包括直流电能转换器（20）和和输出控制器（27）连接，包括直流电能转换器（20）通过和输出控制器（27）连接超级电容（15），超级电容（15）连接USB输出端口（14），微控制器单元（21）分别通过电压电流温度采集信号线（25）和燃料电池控制线号线（26）连接高分子氢能燃料电池（11）。

8.根据权利要求7所述的使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器，其特征在于所述DC-DC电路板（12）还包括与微控制器单元（21）连接的重启键（13）和LED指示灯（24）。