CN107799793A - 一种氢氧反应转化电能的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种氢氧反应转化电能的系统，其中氢气的来源为：水解制氢反应釜中投入金属钙或氢化钙，通入纯净水，两者进行混合并进行化学反应得到氢气，氢气经过水解制氢反应釜中的金属钯过滤膜进行纯化，得到纯净的氢气。氧气的来源为：采用膜法制富氧空气法，得到富氧空气。所制得的纯净氢气通入氢氧反应转化电能装置的阳极，富氧空气通入阴极，两者在氢氧反应转化电能装置内部进行反应，产生电子的在外部线路流动，从而产生连续的电能，无需停机充电。本发明氢氧反应转化电能的系统安全可靠，高效环保，所产生的副产品氢氧化钙还可以进行回收再利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种转化电能的系统，具体涉及一种由纯净氢气和富氧空气反应转化电能的系统。
背景技术
当前国内外市场中供应的电能原电池（即干电池）其发电时，是安置在电池内的物质发生化学反应直到全部消耗完毕时就结束，故属一次性反应的能源技术。蓄电池也是一种能量的储存装置，具有一定的局限性，需要外部供电重新补充才能继续使用。均不能连续产生电力。
电池的另一种类型，则是直接燃料电池，其应用的原料也是有机物质，常使用烃类、醇类、碳、石墨或含氮类物质，如氨、肼（也称联氨），燃料电池的类型主要有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜电池等，但这五类燃料电池的有机化合物在用于转换反应电能之前，必须进行一个重整后方可应用。
本发明涉及的转化电能的反应等同于质子交换膜氢氧燃料电池工作原理。氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池。氢氧燃料电池工作时，工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解质薄膜中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解质薄膜中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
我们通过专利和文献检索，也发现了一些现有关于氢氧反应转化成电能的的设备，例如：
1、一种氢化镁水解供氢的燃料电池发电系统，申请号：CN201310279448.7，申请人：哈尔滨工业大学(威海)；
摘要：本发明涉及一种氢化镁水解供氢的燃料电池发电系统，包括MgH2水解制氢以及与质子膜燃料电池的联用。该发明利用启普发生器原理，可以实现氢气发生的即时供/停技术。水解反应器水浴(1)与燃料电池冷却水浴(7)通过管路联通，利用燃料电池组工作余热为反应器加温，开启水解反应。工作中水浴联通，可以保持水解反应器的工作温度与燃料电池的工作温度恒定，有利于反应进行。水解反应器与质子交换膜燃料电池通过管路相连接，质子膜燃料电池工作生成的水可以与MgH2水解消耗的水相平衡，实现水的循环利用，理论上不需外界再注入水。水解反应产物氢氧化镁沉淀可以通过水解反应器过滤机进行过滤回收，进行工业化再利用以降低成本。
对比文件中有利用氢化镁水解反应产生氢气，通入燃料电池进行反应发电的装置，对氢化镁水解反应制氢装置未有详细的描述；本发明为使用金属钙或氢化钙水解反应产生氢气的装置，且所制备的氢气纯度高，并对所供反应的氧气有特别的供富氧空气设备，因此转化电能装置的发电量、发电效率得到极大的提高，因此与对比文件相比具有新颖性和创造性。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：提供一种氢氧反应转化电能的系统，具有可连续转换电能不停机，高效可靠，成本相对低廉，安全环保，无污染物排放的优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
氢氧反应转化电能的系统，包括水解制氢反应釜装置、膜法制富氧空气装置以及氢氧反应转化电能装置；在水解制氢反应釜中投入金属钙或氢化钙，通入纯净水，两者进行混合并进行化学反应得到氢气，氢气经过水解制氢反应釜中的金属钯过滤膜进行纯化，得到纯净的氢气；氧气的来源为：采用膜法制富氧空气法，使用膜法制富氧空气装置制得富氧空气；所制得的纯净氢气通入氢氧燃料电池的阳极，富氧空气通入阴极，两者在发电装置内部进行反应，产生电子的在外部线路流动，从而产生连续的电能。
所述水解制氢反应釜，包括压力罐体、气压表、气压传感器、液位传感器、储钙箱、物料进料管、自控闸板阀、输料皮带、自动加钙漏斗、贮水箱、入水管、单向阀、球阀、氢气排气管道、单向阀、排废管道、蝶阀、金属钯过滤膜，所述压力罐体分为上部的氢气收集区和下部的反应区，氢气收集区和反应区通过金属钯过滤膜相密封间隔；氢气收集区设置气压表和气压传感器，反应区设置液位传感器；压力罐体反应区侧面设置储钙箱，储钙箱与自动加钙漏斗通过输料皮带相连，自动加钙漏斗通过物料进料管与压力罐体相连，进料管上设置自控闸板阀；压力罐体反应区另一侧面设置反应用水贮水箱，贮水箱通过入水管与压力罐体相连，入水管上设置单向阀和球阀；压力罐体氢气收集区上方设置氢气排气管道通向所述氢氧反应转化电能装置的氢气入口，氢气排气管道上设置单向阀；压力罐体反应区下方设置排废管道通向废液收集装置、排废管道上设置蝶阀。
所述的膜法制富氧空气装置，包括膜分离器、鼓风机、空气管道、空气滤清器部件，用于制备富氧空气；所述膜法制富氧空气装置的鼓风机通过空气管道与空气滤清器连接，空气滤清器另一端通过空气管道与膜分离器进气口连接，膜分离器有富氧空气排出口和多余气体排出口，富氧空气排出口连接到所述氢氧反应转化电能装置的富氧空气入口。
所述的氢氧反应转化电能装置，包括外壳、电解质膜、正负电极板、催化膜部件，用于将氢气与富氧空气中的氧反应连续转化成电能；所述氢氧反应转化电能装置的正负电极板采用多孔结构，可采用碳、不锈钢、导电陶瓷材料制作；电解质膜处于两个正负电极板之间，电解质膜采用聚四氟乙烯磺酸材料制造；电解质膜与正负电极板之间还设置催化膜，催化膜由铂黑制造；以上多层材料通过热压紧贴组合而成。
所述水解制氢反应釜的压力罐体、排废管道、排废蝶阀使用铁、钢、PE、PP、PVC、ABS材料制成。
所述的水解制氢反应釜设置有安全控制系统，系统控制程序如下：如气压传感器到达或超过所设定警戒气压，则反馈信号至PLC，PLC控制球阀关闭，使纯净水停止进入反应区；如液位传感器到达或超过所设定警戒水位，则反馈信号至PLC，PLC控制排废蝶阀打开，将多余水和氢氧化钙溶液排出，停止反应区中化学反应。
所述水解制氢的反应釜的自控闸板阀为可气密封闸板阀，防止氢气倒流至自动加钙漏斗；所述水解制氢反应釜的储钙箱为可气密封箱体，关闭后防止原料与空气接触，发生化学反应。
所述水解制氢反应釜的的金属钯过滤膜有不锈钢支撑架固定支撑金属钯过滤膜放置于压力罐体中。
所述膜法制富氧空气装置其中的膜分离器中的高分子分离膜采用57%硅氧烷、43%碳酸脂材料的共聚体附在多孔有机平板上；制备得到的富氧空气的氧气体积分数为28-33%。
与现有技术相比，本发明的优点：
1、此发明氢氧反应转化电能的系统可连续不断的产生电能，只需添加反应的原料，无需停止工作充电以及更换部件。
2、本发明使用钙金属或氢化钙作为制氢的原料，省去氢气的储存运输过程，而改为运输储存金属钙和氢化钙，运输储存的难度和成本大大下降。
3、本发明使用钙金属或氢化钙作为制氢的原料，钙金属和氢化钙的原料来源广泛，制备工艺过程简单，从而能大量减少制氢的原材料成本。
4、本发明水解制氢反应釜自带安全保护控制系统，可防止氢气压力过大产生泄露和爆炸的事故发生。
5、本发明水解制氢反应釜所制得的氢气经过金属钯过滤膜的纯化后纯度高，用作氢氧反应转化电能装置的氢源，发电效能高，多组电池组合后可满足大功率用电的要求。
6、本发明产生的副产品有氢氧化钙、纯水、反应后的氢氧化钙可进行回收，重新提纯出金属钙反复循环利用，系统工作不产生多余的废渣、废料，无污染物排放。
附图说明
图1是本发明系统的系统示意图；
图2是本发明系统的水解制氢反应釜的结构示意图；
图3是本发明系统的水解制氢反应釜的安全控制系统控制图；
图4是本发明系统的膜法制富氧空气装置的结构示意图；
图5是本发明系统的氢氧反应转化电能装置的结构示意图。
附图标号及名称如下 ：
1、压力罐体；11、气压表；12、气压传感器；13、液位传感器；2、储钙箱；21、物料进料管；22、自控闸板阀；23、输料皮带；24、自动加钙漏斗；3、贮水箱；31、入水管；32、单向阀；33、球阀；4、氢气排气管道；41、单向氢气阀；5、排废管道； 51、排废蝶阀；6、金属钯过滤膜；7、膜分离器；71、鼓风机；72、空气滤清器；73空气管道；81、外壳；82、电解质膜；83、正负电极板；84、催化膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
所述水解制氢反应釜，包括压力罐体1、气压表11、气压传感器12、液位传感器13、储钙箱2、物料进料管21、自控闸板阀22、输料皮带23、自动加钙漏斗24、贮水箱3、入水管31、单向阀32、球阀33、氢气排气管道4、单向阀41、排废管道5、蝶阀51、金属钯过滤膜6，所述压力罐体1分为上部的氢气收集区和下部的反应区，氢气收集区和反应区通过金属钯过滤膜6相密封间隔；氢气收集区设置气压表11和气压传感器12，反应区设置液位传感器13；压力罐体反应区侧面设置储钙箱2，储钙箱2与自动加钙漏斗24通过输料皮带23相连，自动加钙漏斗24通过物料进料管21与压力罐体1相连，进料管21上设置自控闸板阀22；压力罐体1反应区另一侧面设置贮水箱3，贮水箱3通过入水管31与压力罐体1相连，入水管31上设置单向阀32和球阀33；压力罐体1氢气收集区上方设置氢气排气管道4通向所述氢氧反应转化电能装置的氢气入口，氢气排气管道4上设置单向阀41；压力罐体1反应区下方设置排废管道5通向废液收集装置、排废管道5上设置排废蝶阀51。
所述的膜法制富氧空气装置，包括膜分离器7、鼓风机71、空气管道73、空气滤清器72部件，用于制备富氧空气；所述膜法制富氧空气装置的鼓风机71通过空气管道73与空气滤清器72连接，空气滤清器72另一端通过空气管道73与膜分离器7进气口连接，膜分离器7有富氧空气排出口和多余气体排出口，富氧空气排出口连接到所述氢氧反应转化电能装置的富氧空气入口。
所述的氢氧反应转化电能装置，包括外壳81、电解质膜82、正负电极板83、催化膜84部件，用于将氢气与富氧空气中的氧反应连续转化成电能；所述氢氧反应转化电能装置的正负电极板83采用多孔结构，可采用碳、不锈钢、导电陶瓷材料制作；电解质膜82处于两个正负电极板83之间，电解质膜82采用聚四氟乙烯磺酸材料制造；电解质膜82与正负电极板83之间还设置催化膜84，催化膜由铂黑制造；以上多层材料通过热压紧贴组合而成。
所述水解制氢反应釜的压力罐体1、排废管道5、排废蝶阀51使用铁、钢、PE、PP、PVC、ABS材料制成。
所述的水解制氢反应釜设置有安全控制系统，系统控制程序如下：如气压传感器12到达或超过所设定警戒气压，则反馈信号至PLC，PLC控制球阀33关闭，使纯净水停止进入反应区；如液位传感器13到达或超过所设定警戒水位，则反馈信号至PLC，PLC控制蝶阀51打开，将多余水和氢氧化钙溶液排出，停止反应区中化学反应。
所述水解制氢的反应釜的自控闸板阀22为可气密封闸板阀，防止氢气倒流至自动加钙漏斗24；所述水解制氢反应釜的储钙箱2为可气密封箱体，关闭后防止原料与空气接触，发生化学反应。
所述水解制氢反应釜的的金属钯过滤膜6有不锈钢支撑架固定支撑金属钯过滤膜放置于压力罐体1中。
膜法制富氧空气装置其中的膜分离器7中的高分子分离膜采用57%硅氧烷、43%碳酸脂材料的共聚体附在多孔有机平板上；制备得到的富氧空气的氧气体积分数为28-33%。
水解制氢反应釜工作过程为：将所需反应的金属钙通过输料皮带23从储钙箱2输送到自动加钙漏斗24中，然后关闭气密性储钙箱2，防止金属钙与空气接触，此时打开上方排气管道4的单向阀41，关闭下方排废管道5的排废蝶阀51；需要制备氢气时，打开进料管21的可气密封闸板阀22，金属钙进入压力罐体1的反应区，关闭气密性闸板阀22，然后打开球阀33，纯净水进入压力罐体1的反应区，水和金属钙发生化学反应，生成的氢气向上经过金属钯过滤膜6，氢分子首先在鈀表面被解离吸附，然后被电离成质子，在鈀膜晶格中扩散，氢质子渗透过鈀膜，质子在鈀的作用下再从鈀金属格子接纳电子变成吸附氢原子、经缔合后氢原子被脱吸附，氢原子並重新结合形成氢分子从鈀膜另一侧逸出，得到纯化的氢气，其纯度可达到99.99%以上。纯化的氢气通过上方排气管道4的单向阀41，进入到氢氧反应转化电能装置的氢气入口，因气密性自控闸板阀22和单向阀32的作用，氢气将不会进入到自动加钙漏斗24和贮水箱3中；反应区反应完成之后，打开排废管道5的蝶阀51，将产生的氢氧化钙溶液、多余的金属钙或水排出到废液收集装置中进行后处理。
膜法制富氧空气装置的工作原理是：所述膜法制富氧空气装置有膜分离器7、鼓风机71、空气管道73、空气滤清器72部件，鼓风机71通过空气管道73与空气滤清器72连接，空气滤清器72另一端通过空气管道73与膜分离器7进气口连接，膜分离器7有富氧空气排出口和多余气体排出口，普通空气由鼓风机71加压吹入空气滤清器72中进行过滤，将空气中的灰尘和固体杂质去除，再通入到膜分离器7中到达高分子分离膜，不同气体在膜中溶解和扩散系数的差异来实现气体分离，富氧空气从分离膜另一侧逸出并通入到氢氧反应转化电能装置的富氧空气入口；其中膜分离器7中的高分子分离膜采用57%硅氧烷、43%碳酸脂材料的共聚体附在多孔有机平板上；制备得到的富氧空气的氧气体积分数为28-33%。
氢氧反应转化电能装置的工作原理是：氢氧反应转化电能装置包括外壳81、电解质膜82、正负电极板83、催化膜84部件，电解质膜82处于两个正负电极板83之间，正负电极板83为多孔结构，可采用碳、不锈钢或导电陶瓷制造；电解质膜82采用聚四氟乙烯磺酸材料制造；电解质膜82与正负电极板83之间还设置催化膜84，催化膜84由铂黑制造；以上几层材料通过热压紧贴组合而成。氢气通入外壳81内，被多孔电极板83吸附，并在催化膜84的催化作用下电离成带正电的氢离子和带负电的电子，氢离子通过电解质膜82渗透到阴极，而电子通过正负电极板83连接外部用电网络流动，提供电力。富氧空气中的氧通入到阴极中，与电子和氢离子结合形成水。
实施例1
氢氧反应转化电能的系统，包含以下部分：水解制氢的反应釜，使用金属钙制备氢气；膜法制富氧空气装置，用于制备富氧空气；氢氧反应转化电能装置，用于将氢气和富氧空气反应转化电能。
水解制氢反应釜包括压力罐体1，压力罐体1分为上部的氢气收集区和下部的反应区，氢气收集区和反应区通过金属钯过滤膜6相密封间隔，金属钯过滤膜6有不锈钢支撑架固定支撑金属钯过滤膜6放置于压力罐体1中；氢气收集区设置气压表11和气压传感器12，反应区设置液位传感器13；压力罐体反应区侧面设置储钙箱2，储钙箱2与自动加钙漏斗24通过输料皮带23相连，储钙箱2为可气密封箱体，关闭后防止钙与空气进一步接触，发生化学反应。自动加钙漏斗24通过物料进料管21与压力罐体1相连，进料管21上设置可气密自控闸板阀22；压力罐体1反应区另一侧面设置反应用水贮水箱3，贮水箱3通过入水管31与压力罐体1相连，入水管31上设置单向阀32和球阀33；压力罐体1氢气收集区上方设置氢气排气管道4通向氢氧反应转化电能装置氢气入口，氢气排气管道4上设置单向阀41；压力罐体1反应区下方设置排废管道5通向废液收集装置、排废管道5上设置蝶阀51。反应釜压力罐体1、排废管道5、排废蝶阀51使用铁材料制作。
水解制氢反应釜设置一套安全控制系统，系统控制程序如下：如气压传感器12到达或超过所设定警戒气压，则反馈信号至PLC，PLC控制球阀33关闭，使纯净水停止进入反应区；如液位传感器13到达或超过所设定警戒水位，则反馈信号至PLC，PLC控制排废蝶阀51打开，将多余水和氢氧化钙溶液排出，停止反应区中化学反应。
膜法制富氧空气装置包括膜分离器7、鼓风机71、空气管道73、空气滤清器72部件，鼓风机71通过空气管道73与空气滤清器72连接，空气滤清器72另一端通过空气管道73与膜分离器7进气口连接，膜分离器7有富氧空气排出口和多余气体排出口，普通空气由鼓风机71加压吹入空气滤清器72中进行过滤，将空气中的灰尘和固体杂质去除，再通入到膜分离器7中到达高分子分离膜，不同气体在膜中溶解和扩散系数的差异来实现气体分离，富氧空气从分离膜另一侧逸出并通入到氢氧反应转化电能装置的富氧空气入口；其中膜分离器7中的高分子分离膜采用57%硅氧烷、43%碳酸脂材料的共聚体附在多孔有机平板上；制备得到的富氧空气的氧气体积分数为28-33%。
氢氧反应转化电能装置包括外壳81、电解质膜82、正负电极板83、催化膜84部件，电解质膜82处于两个正负电极板83之间，正负电极板83为多孔结构，采用碳材料制造；电解质膜82采用聚四氟乙烯磺酸材料制造；电解质膜82与正负电极板83之间还设置催化膜84，催化膜84由铂黑制造；以上几层材料通过热压紧贴组合而成。氢气通入外壳81内，被多孔电极板83吸附，并在催化膜84的催化作用下电离成带正电的氢离子和带负电的电子，氢离子通过电解质膜82渗透到阴极，而电子通过正负电极板83连接外部用电网络流动，提供电力；富氧空气中的氧通入到阴极中，与电子和氢离子结合形成水。
实施例2
实施方式与实施例1大致相同，区别之处在于：水解制氢反应釜使用氢化钙作为原料制备氢气，其生成的副产品仍为氢氧化钙和氢气；其储存方式和制氢过程均与金属钙制氢过程相同。水解制氢反应釜的压力罐体1、排废管道5、排废蝶阀51的材质为钢质；正负电极板83采用不锈钢材料制作。
实施例3
实施方式与实施例1大致相同，区别之处在于：压力罐体1、排废管道5、排废蝶阀51的材质为PE；正负电极板83采用可导电陶瓷材料材料制作。
实施例4
实施方式与实施例1大致相同，区别之处在于：压力罐体1、排废管道5、排废蝶阀51的材质为PP。
实施例5
实施方式与实施例1大致相同，区别之处在于：压力罐体1、排废管道5、排废蝶阀51的材质为PVC。
实施例6
实施方式与实施例1大致相同，区别之处在于：压力罐体1、排废管道5、排废蝶阀51的材质为ABS。
Claims (9)
1.一种氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：包括水解制氢反应釜和膜法制富氧空气装置以及氢氧反应转化电能装置；在水解制氢反应釜中投入金属钙或氢化钙，通入纯净水，两者进行混合并进行化学反应得到氢气，氢气经过水解制氢反应釜中的金属钯过滤膜（6）进行纯化，得到纯净的氢气；氧气的来源为：采用膜法制富氧空气法，使用膜法制富氧空气装置制得富氧空气；所制得的纯净氢气通入氢氧反应转化电能装置的阳极，富氧空气通入阴极，两者在氢氧反应转化电能装置内部进行反应，产生电子的在外部线路流动，从而产生连续的电能。
2.根据权利要求 l 所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：所述水解制氢反应釜，包括压力罐体（1）、气压表（11）、气压传感器（12）、液位传感器（13）、储钙箱（2）、物料进料管（21）、自控闸板阀（22）、输料皮带（23）、自动加钙漏斗（24）、贮水箱（3）、入水管（31）、单向阀（32）、球阀（33）、氢气排气管道（4）、单向阀（41）、排废管道（5）、排废蝶阀（51）、金属钯过滤膜（6），所述压力罐体（1）分为上部的氢气收集区和下部的反应区，氢气收集区和反应区通过金属钯过滤膜（6）相密封间隔；氢气收集区设置气压表（11）和气压传感器（12），反应区设置液位传感器（13）；压力罐体（1）反应区侧面设置储钙箱（2），储钙箱（2）与自动加钙漏斗（24）通过输料皮带（23）相连，自动加钙漏斗（24）通过物料进料管（21）与压力罐体（1）相连，进料管（21）上设置自控闸板阀（22）；压力罐体（1）反应区另一侧面设置贮水箱（3），贮水箱（3）通过入水管（31）与压力罐体（1）相连，入水管（31）上设置单向阀（32）和球阀（33）；压力罐体（1）氢气收集区上方设置氢气排气管道（4）通向所述氢氧反应转化电能装置的氢气入口，氢气排气管道（4）上设置单向阀（41）；压力罐体（1）反应区下方设置排废管道（5）通向废液收集装置、排废管道（5）上设置排废蝶阀（51）。
3.根据权利要求 l 所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：膜法制富氧空气装置，包括膜分离器（7）、鼓风机（71）、空气管道（73）、空气滤清器（72）部件，用于制备富氧空气；所述膜法制富氧空气装置的鼓风机（71）通过空气管道（73）与空气滤清器（72）连接，空气滤清器（72）另一端通过空气管道（73）与膜分离器（7）进气口连接，膜分离器（7）有富氧空气排出口和多余气体排出口，富氧空气排出口连接到所述氢氧反应转化电能装置的富氧空气入口。
4.根据权利要求 l 所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：所述的氢氧反应转化电能装置，包括外壳（81）、电解质膜（82）、正负电极板（83）、催化膜（84）部件，用于将氢气与富氧空气中的氧反应连续转化成电能；所述氢氧反应转化电能装置的正负电极板（83）采用多孔结构，可采用碳、不锈钢、导电陶瓷材料制作；电解质膜（82）处于两个正负电极板（83）之间，电解质膜（82）采用聚四氟乙烯磺酸材料制造；电解质膜（82）与正负电极板（83）之间还设置催化膜（84），催化膜（84）由铂黑制造；以上多层材料通过热压紧贴组合而成。
5.根据权利要求 2 所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：所述水解制氢反应釜的压力罐体（1）、排废管道（5）、排废蝶阀（51）使用铁、钢、PE、PP、PVC、ABS材料制成。
6.根据权利要求l或2所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：水解制氢反应釜设置有安全控制系统，系统控制程序如下：如气压传感器（12）到达或超过所设定警戒气压，则反馈信号至PLC，PLC控制球阀（33）关闭，使纯净水停止进入反应区；如液位传感器（13）到达或超过所设定警戒水位，则反馈信号至PLC，PLC控制排废蝶阀（51）打开，将多余水和氢氧化钙溶液排出，停止反应区中化学反应。
7.根据权利要求 2 所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：所述水解制氢的反应釜的自控闸板阀（22）为可气密封闸板阀，所述水解制氢反应釜的储钙箱（2）为可气密封箱体。
8.根据权利要求1或2所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：所述水解制氢反应釜的金属钯过滤膜（6）有不锈钢支撑架固定支撑其放置于压力罐体（1）中。
9.根据权利要求3所述氢氧反应转化电能的系统，其特征在于：其中膜分离器（7）中的高分子分离膜采用57%硅氧烷、43%碳酸脂材料的共聚体附在多孔有机平板上；制备得到的富氧空气的氧气体积分数为28-33%。
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| CN101425599A (zh) * | 2007-11-01 | 2009-05-06 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于氢燃料发电装置的燃料电池堆 |
| CN101910314A (zh) * | 2007-11-05 | 2010-12-08 | Co2Crc技术股份有限公司 | 气体分离膜及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101425599A (zh) * | 2007-11-01 | 2009-05-06 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于氢燃料发电装置的燃料电池堆 |
| CN101910314A (zh) * | 2007-11-05 | 2010-12-08 | Co2Crc技术股份有限公司 | 气体分离膜及其制备方法 |
| CN102800882A (zh) * | 2012-09-07 | 2012-11-28 | 湖北长海新能源科技有限公司 | 一种燃料电池发电系统 |
| CN104986737A (zh) * | 2015-07-18 | 2015-10-21 | 常州市鼎日环保科技有限公司 | 一种空气制氧减压方法 |
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