CN102364740A - 一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，携带使用方便。制氢剂与水反应后产生氢气，可根据高分子氢能燃料电池（PEMFC）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DC-DCConvertor来调节电能并储存到蓄电池（LiFePO₄）中，电能可以USB输出及AC220V输出的形式使用。

Description

一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统

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

本发明的目的在于一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，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。

     为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

     一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，包括氢气发生装置以及高分子氢能燃料电池发电系统。所述的氢气发生装置包括反应釜上盖、外壳、密封垫、内部出气口接头、密封圈、限位压片、螺塞、输气管、压力释放阀、水过滤器、螺旋管、过滤器、球阀、外接氢气接口、调压阀、阻火器、流量计。所述的高分子氢能燃料电池发电系统包括燃料电池、蓄电池组、AC/DC充电器、燃料电池控制器、DC/DC转换器、分流器、DC/AC逆变器、显示控制器。

     所述的氢气发生装置通过燃料电池进气口电磁阀、继电器与高分子氢能燃料电池发电系统相连。

     本发明的有益效果是：

本发明利用制氢剂或外接氢源以供燃料电池发电，整个设备装置无论是使用、携带、运输还是生产都非常安全、方便。

本发明为制氢与燃料电池一体化装置，可作为备用电源，亦可为手机、笔记本电脑、数码相机等小型电器充电。

本发明能量密度为铅蓄电池的约26倍，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系统。

 

附图说明

图1为本发明所述系统整体外观图；

图2为本发明中的反应釜内部结构图；

图3、4、5皆为本发明所述系统的内部结构图；

图6为本发明所述系统的电路图。

其中图1、图2中：1——反应釜上盖；2——外壳；3——密封垫；4——内部出气口接头；5——密封圈；6——限位压片；7--——水；8-——制氢剂；9——外部出气口接头；10——密封圈；11——密封压片；12——螺塞。

图3、图4、图5中：13——输气管；14--——压力释放阀；15——水过滤器；16——螺旋管；17——过滤器；18、19——球阀；20-——外接氢气口；21——调压阀；22——阻火器；23——流量计；24——燃料电池进气口电磁阀；25——继电器；26——燃料电池；27——蓄电池组；28——AC/DC充电器；29——燃料电池控制器；30——DC/DC转换器；31——分流器；32——DC/AC逆变器。

图6中：1——燃料电池；2——燃料电池控制器；3-——AC/DC充电器;4——蓄电池组；5——DC/AC逆变器、DC/DC转换器；6——显示控制器。其中图6中所有部件取自图3、图4、图5中的部件，单独呈现是为了阐述高分子氢能燃料电池发电原理。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，包括氢气发生装置以及高分子氢能燃料电池发电系统。所述的氢气发生装置包括反应釜上盖、外壳、密封垫、内部出气口接头、密封圈、密封压片、螺塞、输气管、压力释放阀、水过滤器、螺旋管、过滤器、球阀、外接氢气接口、调压阀、阻火器、流量计。所述的氢气发生装置通过燃料电池进气口电磁阀、继电器与高分子氢能燃料电池发电系统相连。所述的高分子氢能燃料电池发电系统包括燃料电池、蓄电池组、AC/DC充电器、燃料电池控制器、DC/DC转换器、分流器、DC/AC逆变器、显示控制器。

图1为本发明所述系统整体外观图：（1） 为反应釜上盖，将制氢剂放入反应釜，加入一定量的水后旋紧反应釜上盖，使氢气在一个相对密闭的环境中产生。（2）为本发明所述系统的塑料外壳。以往燃料电池发电系统一般采用金属外壳，重量较重且不便于携带。本发明所述系统的外壳为塑料材质，可减轻系统重量，轻便美观。

图2为反应釜内部结构图：（3） 为密封垫，作用为防止制氢剂与水产生化学反应时所产生的氢气从上盖中漏出。（4）为内部出气口接头，防止反应釜内部的水在反应时进入气路内部。（5）为密封圈，防止水进入气路内部的辅助部件。（6）为限位压片，使制氢剂在反应过程中始终处于水位线以下。（7）为水，（8）为制氢剂，在反应釜内部加入（7）与（8）即可产生化学反应并生成氢气。（9）为外部出气口接头，处于反应釜内部，氢气通过此接头进入气路管道。（10）、（11）、及（12）分别为密封圈、密封压片及螺塞，位于氢气缓冲管内部，防止氢气从缓冲管下部泄漏。

图3、4、5皆为本发明所述系统的内部结构图。（13）为输气管，氢气通过输气管（13）到达燃料电池使其产生电能。（14）为压力释放阀，管道内部的氢气达到一定压力时自动将氢气排出管道外，维持整个系统的安全与稳定。（15）为水过滤器，作用为提高氢气纯度。（16）为螺旋管，使氢气冷却。（17）为过滤器，过滤氢气中所含微量水蒸气。（18）为球阀，防止外接氢气时氢气进入反应釜。（19）为球阀，防止制氢时氢气于快插接口处泄漏。（20）为外接氢气口。（21）为调压阀，调整输入燃料电池中的氢气压力。（22）为阻火器，防止氢气倒流起火。（23）为流量计，调整进入燃料电池的氢气量。（24）为燃料电池进气口电磁阀，控制输入燃料电池的进气。（25）为继电器，控制电源接通/输出。（26）为燃料电池，可直接将氢气转化为电能。（27）为蓄电池，储存燃料电池所转化的电能。（28）为AC/DC充电器，将燃料电池转化出得电能充入蓄电池。（29）为燃料电池控制器，控制燃料电池工作。（30）为DC/DC转换器，将燃料电池转换后的电能以直流形式输出。（31）为分流器，主要作用为采集电源信号。（32）为DC/AC逆变器，将直流输出转化为交流输出。

图1至图5描述的是氢气发生装置的反应原理。其中制氢剂与水反应后生成氢气，把一定量的氢气通过图1至图5所述装置供给氢能燃料电池（图6），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。

图6则描述了燃料电池利用氢气发电的原理，图6为本发明所述系统的电路图：如图6所示，包含有燃料电池(1)、燃料电池控制器(2)、AC/DC充电器(3)、蓄电池组(4)、DC/AC逆变器、DC/DC转换器 (5)(即图2、图3、图4、图5中30——DC/DC转换器

32——DC/AC逆变器)及显示控制器(6)。DC-DC根据使用目的适量转换高分子氢能燃料电池（PEMFC）发出的电能，随后电能先被储存到如图6所示的蓄电池组(4)中，然后通过如图6所示的DC/AC逆变器、DC/DC转换器(5)输出使用。

至此整个发明过程结束，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 (4)

1.一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，包括氢气发生装置以及高分子氢能燃料电池发电系统。

2.根据权利要求1所述的一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，其特征在于所述的氢气发生装置包括反应釜上盖（1）、外壳（2）、密封垫（3）、内部出气口接头（4）、密封圈（5）、限位压片（6）、螺塞（6）、输气管（13）、压力释放阀（14）、水过滤器（15）、螺旋管（16）、过滤器（17）、球阀（18 、19）、外接氢气接口（20）、调压阀（21）、阻火器（22）、流量计（23）。

3.根据权利要求1所述的一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，其特征在于所述的高分子氢能燃料电池发电系统包括燃料电池（26）、蓄电池组（27）、AC/DC充电器（28）、燃料电池控制器（29）、DC/DC转换器（30）、分流器（31）、DC/AC逆变器（32）、显示控制器。

4. 根据权利要求1所述的一种自带氢气发生装置的高分子氢能燃料电池系统，其特征在于所述的氢气发生装置通过燃料电池进气口电磁阀（24）、继电器（25）与高分子氢能燃料电池发电系统相连。

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