CN108502846A - 面向移动平台的自循环制氢供电系统及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向移动平台的自循环制氢供电系统及其供电方法，移动平台上设有平台智能控制装置、平台驱动装置、氢燃料电池以及集成反应装置；基于铝镓基合金制氢材料的在线自循环供氢系统的集成反应装置内设有反应器，反应器用于储存反应液及固体反应物；反应器上设有氢气出气口、反应液输入口及反应液输出口，反应液输入口及反应液输出口分别通过连通管路连接蠕动泵，氢气出气口通过管路与氢燃料电池密封连接且管路上依次设有气体质量流量计及压力传感器蠕动泵、气体质量流量计及压力传感器分别与小部件电源控制电路电连接；氢燃料电池通过线路与移动平台的平台驱动装置连接。

Description

面向移动平台的自循环制氢供电系统及其供电方法

技术领域

本发明涉及一种面向移动平台的自循环制氢供电系统及其供电方法。

背景技术

随着社会科技文化水平的提升以及各类机械、电子类产品的发展，产品功能越来越强大，用途也越来越广泛，同时面对各式各样的功能化产品，人们表现出更高的应用标准和要求，诸如对功能化、集成化及其独立完整性的考量等。当前移动平台的发展有目共睹且指日可待，在医疗、工业生产自动化、航天、军事等领域都发挥了重要作用，尤其在险峻的野外环境中，为各类环境监测和开发提供更多便利，在逐渐实现全方位驱动和智能化情况下，如何改良完善智能移动平台的独立供电系统成为探讨的焦点。

当前移动平台主要利用锂电池或铅酸电池蓄电供电，但锂电池或铅酸电池的应用过程中有存在一定缺憾，例如，电池的适用需要保护线路，防止电池被过充过放电；生产要求条件高，成本高；适用条件有限制，高低温使用有一定的危险性存在等等，这些弊端的存在一定程度上限制了智能移动平台在各领域内发展应用。

根据应用不同型号的电池，电池充电过程需要耗费几分钟到几十分钟时间不等，对有时间要求和限制的智能移动平台装置的应用及时性和便利性提出了挑战，降低了移动平台的工作效率。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种面向移动平台的自循环制氢供电系统及其供电方法，基于铝镓合金水解自循环制氢技术，可以根据实际应用环境条件更新制氢材料，从而实现可控在线供氢，后经燃料电池发电供给移动平台运行工作，可以有效改善现有智能移动平台供电系统续航能力的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种面向移动平台的自循环制氢供电系统，包括移动平台，移动平台上设有平台智能控制装置、平台驱动装置、氢燃料电池以及基于铝镓合金材料的在线自循环供氢系统的集成反应装置。在线自循环供氢系统的集成反应装置内设有反应器，反应器用于储存反应液及固体反应物；反应器上设有氢气出气口、反应液输入口及反应液输出口，反应液输入口及反应液输出口分别通过连通管路连接蠕动泵，氢气出气口通过管路与氢燃料电池密封连接且管路上依次设有气体质量流量计及压力传感器；蠕动泵、气体质量流量计及压力传感器分别与小部件电源控制电路电连接；氢燃料电池通过线路与移动平台的平台驱动装置连接。

进一步地，所述固体反应物为铝镓基合金，其中铝含量为80-94wt.％。

进一步地，所述铝镓基合金中的铝含量为90wt.％；镓含量为1.5-5wt.％。

进一步地，所述镓含量为2.5wt.％。

进一步地，所述反应液为水、酸溶液或碱溶液。

进一步地，所述蠕动泵为数显微型蠕动泵。

本发明同时提供一种面向移动平台的自循环制氢供电系统的供电方法，包括以下步骤：

1)将固体反应物置于反应器中，反应液通过蠕动泵按需以不同的供入流速滴在反应物料表面；

2)反应器中制备的氢气通过气体质量流量计和压力传感器，当气体压力达到一定值时，氢气继续通过管路供给到氢燃料电池中，实现氢燃料电池的储能与放电；

3)氢燃料电池与移动平台的驱动装置连接，使得平台驱动；

4)待反应器中的制氢原料耗尽，可以将集成反应装置回收，补充制氢材料后重装更替，继续投入循环重复使用。相比现有的移动平台的供电系统及供电方法，本发明有以下优点：

面向移动平台的自循环制氢供电系统及其供电方法，可以充分利用移动平台的空间，实现制氢、耗氢，储电、放电的一体化；其次在反应物料充足的情况下可以实现稳定持久供电，不仅清洁高效，无污染，而且可以提高移动平台的移动独立性和持久性，进而延伸其应用广度和深度；可以通过便携更新制氢材料的方式代替电池装置的耗时充电过程，提高智能移动平台的工作效率。

附图说明

图1为一种面向移动平台的自循环制氢供电系统及其供电方法的应用示意图

其中：1、移动平台；2、平台智能控制装置；3、平台驱动装置；4、线路；5、氢燃料电池；6、在线自循环供氢系统的集成反应装置；7、反应器；8、反应液；9、固体反应物；10、气体质量流量计；11、压力传感器；12、小部件电源控制电路；13、蠕动泵；14、连通管路

具体实施方式

制氢材料反应集成装置是利用反应器中的固体反应物料与反应液制备氢气；系统中设置蠕动泵和数显气体质量流量计分别与简单控制电路连接使用，构成制氢反应的控制核心部分；自循环溶液制氢反应装置的氢气出气口和氢燃料电池之间利用管路密闭连接以达到较高的气密性，减少氢气浪费，最终实现氢气的高效利用；氢燃料电池与智能移动平台之间设置控制器，来控制和维持输出电压。下面通过具体实施方式对本发明作进一步解释说明，来更好理解并发现该供电系统的优越性而非限制本发明的保护范围。

如图1所示，面向移动平台的自循环制氢供电系统，具体为面向移动平台的富铝合金自循环制氢供电系统，能够实现制氢、耗氢，储电、供电的一体化。其包括移动平台1、平台智能控制装置2、平台驱动装置3、线路4、氢燃料电池5、基于铝镓基制氢材料的在线自循环供氢系统的集成反应装置6、反应器7、反应液8、固体反应物9、气体质量流量计10、压力传感器11、小部件电源控制电路12、蠕动泵13、连通管路14；

在线自循环供氢系统的集成反应装置6内设有反应器7，反应器7用于储存反应液8及固体反应物9，利用固体反应物与反应液制备氢气；反应器7上设有氢气出气口、反应液输入口及反应液输出口，反应液输入口及反应液输出口分别通过连通管路14连接蠕动泵13，氢气出气口依次通过管路连接有气体质量流量计10及压力传感器11并供给到氢燃料电池5中，且氢气出气口和氢燃料电池之间利用管路密闭连接以达到较高的气密性，减少氢气浪费，最终实现氢气的高效利用；蠕动泵13、气体质量流量计10及压力传感器11分别与小部件电源控制电路12电连接，构成制氢反应的控制核心部分。氢燃料电池5通过线路4与移动平台1的平台驱动装置3连接，使得平台驱动。

所述的移动平台为市面上销售的移动平台装置，没有复杂的平台搭载限制，适合于短途空间运输以及野外探测等；

所述的蠕动泵为数显微型蠕动泵，可瞬时调节反应液供给流速，使制氢反应安全可控。

所述的反应器、管路等材质可根据具体的反应液的化学特性选择不锈钢、聚四氟乙烯和聚丙烯塑料中的一种，可以反复长期使用，节俭环保。

所述的固体反应物主要为铝镓基合金，其中铝含量为80-94wt.％，优选地，铝镓基合金中的铝含量为90wt.％；镓含量为1.5-5wt.％，优选地，合金中的镓含量为2.5wt.％。

所述的反应液可以为水、酸或碱溶液。

本发明所述的一种面向移动平台的自循环制氢供电系统的供电方法，包括以下步骤：

1)将固体反应物置于反应器中，反应液通过蠕动泵按需以不同的供入流速滴在反应物料表面；

2)反应器中制备的氢气通过气体质量流量计和压力传感器，当气体压力达到一定值时，氢气继续通过管路供给到氢燃料电池中，实现氢燃料电池的储能与放电；

3)氢燃料电池与移动平台的驱动装置连接，使得平台驱动；

4)待反应器中的制氢原料耗尽，可以将集成反应装置回收，补充制氢材料后重装更替，继续投入循环重复使用。

实施例1

面向移动平台的自循环制氢供电系统的供电方法，基于铝镓基合金制氢材料，是包括自循环制氢材料反应集成装置和氢燃料电池的储放电结合的技术。其工作原理主要步骤如下：

1)将金属铝镓基合金(具体为四元合金90wt.％Al-Ga-In-Sn)9置于反应器7中，蒸馏水8通过蠕动泵13按需以不同的供入流速滴在反应物料表面；

2)制备的氢气通过气体质量流量计10和压力传感器11，当气体压力达到一定值时，氢气继续通过管路供给到氢燃料电池5中，实现氢燃料电池的储能与放电；

3)氢燃料电池5(可搭配控制器)与全向移动智能平台1的驱动装置3连接，使得平台驱动；

4)反应装置以及各种连通管路14、阀等采用聚四氟乙烯材质。

5)待反应器中的制氢原料耗尽，可以将制氢集成装置回收，补充制氢材料后重装更替，继续投入循环重复使用。

实施例2

1)如同实施例1，将金属铝镓基合金(具体为五元合金90wt.％Al-Ga-In-Sn-Bi/Cu/Zn等)9置于反应装置7中，蒸馏水8通过蠕动泵13按需以不同的供入流速滴在反应物料的表面；

2)制备的氢气即时通过管路供给到氢燃料电池5中，实现氢燃料电池的储能与放电；

3)氢燃料电池搭配控制器与全向移动智能平台1相连接，平台驱动；

4)反应装置以及各种连通管路14、阀等采用聚四氟乙烯材质。

Claims (7)

1.一种面向移动平台的自循环制氢供电系统，其特征在于，包括移动平台，移动平台上设有平台智能控制装置、平台驱动装置、氢燃料电池以及基于铝镓基制氢材料的在线自循环供氢系统的集成反应装置；在线自循环供氢系统的集成反应装置内设有反应器，反应器用于储存反应液及固体反应物；反应器上设有氢气出气口、反应液输入口及反应液输出口，反应液输入口及反应液输出口分别通过连通管路连接蠕动泵，氢气出气口通过管路与氢燃料电池密封连接且管路上依次设有气体质量流量计及压力传感器；蠕动泵、气体质量流量计及压力传感器分别与小部件电源控制电路电连接；氢燃料电池通过线路与移动平台的平台驱动装置连接。

2.如权利要求1所述的一种面向移动平台的自循环制氢供电系统，其特征在于，所述固体反应物为铝镓基合金，其中铝含量为80-94wt.％。

3.如权利要求2所述的一种面向移动平台的自循环制氢供电系统，其特征在于，所述铝镓基合金中的铝含量为90wt.％；镓含量为1.5-5wt.％。

4.如权利要求3所述的一种面向移动平台的自循环制氢供电系统，其特征在于，所述铝镓基合金中的镓含量为2.5wt.％。

5.如权利要求1所述的一种面向移动平台的自循环制氢供电系统，其特征在于，所述反应液为水、酸溶液或碱溶液。

6.如权利要求1所述的一种面向移动平台的自循环制氢供电系统，其特征在于，所述蠕动泵为数显微型蠕动泵。

7.如权利要求1所述的一种面向移动平台的自循环制氢供电系统的供电方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将固体反应物置于反应器中，反应液通过蠕动泵按需以不同的供入流速滴在反应物料表面；

2)反应器中制备的氢气通过气体质量流量计和压力传感器，当气体压力达到一定值时，氢气继续通过管路供给到氢燃料电池中，实现氢燃料电池的储能与放电；

3)氢燃料电池与移动平台的驱动装置连接，使得平台驱动；

4)待反应器中的制氢原料耗尽，可以将集成反应装置回收，补充制氢材料后重装更替，继续投入循环重复使用。