CN112366339A - 一种水解供氢式燃料电池发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水解供氢式燃料电池发电系统,包括有机酸溶液储舱,所述有机酸溶液储舱的顶部设有添液口,有机酸溶液储舱底部侧面设有出液口,有机酸溶液储舱的出液口与氢化镁储舱的进液口之间设有阀门,所述氢化镁储舱的顶部设有物料添加口,氢化镁储舱的底部的出料口与反应废料储舱连通。该水解供氢式燃料电池发电系统,通过物理机械方式实现氢气的自动连续的生成,不需要额外的水泵,降低系统的能耗,且通过节流阀调节氢燃料电池的进氢量,保证发电量与耗电量接近,通过氢气高压储舱缓冲过程中氢气流量,使得系统功率输出稳定,不需要额外的大容量电池,降低系统体积、重量与成本。

Description

一种水解供氢式燃料电池发电系统
技术领域
本发明涉及燃料电池领域,具体为一种水解供氢式燃料电池发电系统。
背景技术
目前化石能源所产生的环境问题日益严重,尤其是近年来由此导致的雾霾和全球气候变暖问题已十分严峻。因此寻找环境友好且高效的再生能源是主要的解决上述问题的主要路径。氢作为一种原料丰富、产物无污染的新能源,且它的热值是石油的3倍,是一种理想的替代新能源。
氢气的存储方式主要有气态存储、液态存储、固态存储;其中固体存储一般可做到安全、高效且高密度;氢化镁就是其中一类高效的储氢物质,储氢容量可达7.6wt.%,是最理想的储氢材料之一。
氢化镁在室温下其水解释氢速率很低,需要一定的温度或者合适的催化剂才能有效提高其放氢性能。由此可通过在水中添加酸类或盐类物质作为催化剂,使其与氢化镁反应,即可以在低温情况下即获得所需流量的氢气,再将氢气、氧气通往燃料电池,即将化学能转为电能,该过程对环境友好,做到了真正的绿色环保。
目前现有的大部分氢化镁水解制氢式燃料电池发电系统虽具备节能环保和持续制氢发电的优势,但其仍普遍存在着水解过程氢气流量和系统放热不可控、系统发电效率低、输出电压不稳定等问题。为解决上述的问题,有的水解制氢发电系统配备一大容量的蓄电池,这样可以极大的缓冲氢燃料电池输出功率的波动,但目前市面上的大容量的蓄电池普遍体积、重量较大,使得系统体积功率比较低,极大的影响了其经济实用性。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种水解供氢式燃料电池发电系统,解决了目前市面上的大容量的蓄电池普遍体积、重量较大,使得系统体积功率比较低,极大的影响了其经济实用性的问题。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种水解供氢式燃料电池发电系统,包括有机酸溶液储舱,所述有机酸溶液储舱的顶部设有添液口,有机酸溶液储舱的出液口与氢化镁储舱的进液口之间设有阀门;
所述氢化镁储舱的顶部设有物料添加口,氢化镁储舱的底部的出料口与反应废料储舱连通,氢化镁储舱侧面的出气口通过导管与气体冷却装置的进气口连接,气体冷却装置的出气口通过导向管与氢气过滤装置的入口连接,导向管上设有第一单向阀,氢气过滤装置的出口通过导管与氢气高压储舱的入口连通,氢气高压储舱通过输送管与燃料电池的氢气入口连接,且输送管上设有节流阀和第二单向阀,燃料电池的排水口与储水箱连通,燃料电池连接有DC/DC转换器。
进一步限定,所述燃料电池的空气入口处设有空气除杂器。
进一步限定,所述氢化镁储舱的顶部设有第一防爆阀,氢气高压储舱的顶部设有第二防爆阀。
进一步限定,所述氢化镁储舱内设有上端开口周向多孔结构的圆柱棒,该圆柱棒与氢化镁储舱的顶壁连接,物料添加口以及氢化镁储舱的进液口均与圆柱棒的内腔连通。
进一步限定,所述阀门包括固定于有机酸溶液储舱一侧的竖向设置的输送管,输送管的顶端封闭且螺纹连接有手柄,输送管顶端的侧面设有换气口。
所述输送管的底端与氢化镁储舱的进液口连通,输送管底端的一侧开设有与有机酸溶液储舱出液口连通的进液孔,该输送管内滑动连接有滑块,滑块的侧面开设有与进液孔连通且直径相等的输液通道,该输送通道的另一端位于滑块的底部,滑块的上表面与输送管的顶壁之间设有弹簧,且滑块与手柄的底端之间通过拉绳连接。
进一步限定,所述圆柱棒的底面与氢化镁储舱的底面之间留有间隙。
与现有技术相比,本发明具备以下有益效果:该水解供氢式燃料电池发电系统,通过物理机械方式实现氢气的自动连续的生成,不需要额外的水泵,降低系统的能耗,且通过节流阀调节氢燃料电池的进氢量,保证发电量与耗电量接近,通过氢气高压储舱缓冲过程中氢气流量,使得系统功率输出稳定,不需要额外的大容量电池,降低系统体积、重量与成本。
利用有机酸溶液冲刷氢化镁,不仅可提高氢化镁的释氢效率,而且将反应物及时冲出反应舱体,防止反应物在反应舱的堵塞造成爆仓。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明有机酸溶液储舱结构示意图。
图中:1反应废料储舱、2氢化镁储舱、3圆柱棒、4物料添加口、5有机酸溶液储舱、6添液口、7挡板、8手柄、9弹簧、10手柄、11第一防爆阀、12气体冷却装置、13氢气过滤装置、14第二防爆阀、15氢气高压储舱、16第二单向阀、单向阀、17节流阀、18空气除杂器、19燃料电池、20 DC/DC转换器、21储水箱、22第一单向阀、23换气口、24拉绳、25输送管、26进液孔、27滑块、28输液通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2,本发明提供一种技术方案:一种水解供氢式燃料电池发电系统,包括有机酸溶液储舱5,所述有机酸溶液储舱5的顶部设有添液口6,有机酸溶液储舱5底部的设有出液口,有机酸溶液储舱5的出液口与氢化镁储舱2的进液口之间设有阀门;
所述氢化镁储舱2的顶部设有物料添加口4,当需要更换氢化镁时,不需拆卸,通过物料添加口4即可将一定量的氢化镁颗粒输送至圆柱棒3,在释氢发电过程中,物料添加口4需要密封,氢化镁储舱2的底部的出料口与反应废料储舱1连通,反应废料回收舱与氢化镁储舱2出料口直通,保证未参与反应的有机酸和反应产物流入反应废料储舱1,通过对上述圆柱棒3的冲刷,阻止反应产物在氢化镁表面的附着,有效提高氢化镁释氢比例,氢化镁储舱2侧面的出气口通过导管与气体冷却装置12的进气口连接,气体冷却装置12的出气口通过导向管与氢气过滤装置13的入口连接,导向管上设有第一单向阀22,氢气过滤装置13的出口通过导管与氢气高压储舱15的入口连通,氢气高压储舱15通过输送管与燃料电池19的氢气入口连接,且输送管上设有节流阀17和第二单向阀16,燃料电池19的排水口与储水箱21连通,用于储存反应后的水,便于以后对用后的氢化镁储舱2进行清洗,有效利用水资源,燃料电池19连接有DC/DC转换器20,当用户负载发生变化时,通过节流阀17的调节改变进氢量,保证发电量与耗电量接近,避免氢气过多排出造成的浪费,氢燃料电池19的电气输出电缆与DC/DC转换器20的电气输出电缆相连;由于氢燃料电池19自身的特性,其输出的电压属于宽范围,输出电流也会波动,因此选用的DC/DC转换器20具备宽电压输入、输出功率大的特点,保证输出电压稳定。
所述燃料电池19的空气入口处设有空气除杂器18。
所述氢化镁储舱2的顶部设有第一防爆阀11,氢气高压储舱15的顶部设有第二防爆阀14,保证系统压力在安全的范围内,提高系统的可靠性。
所述氢化镁储舱2内设有上端开口周向多孔结构的圆柱棒3,该圆柱棒3与氢化镁储舱2的顶壁连接,物料添加口4以及氢化镁储舱2的进液口均与圆柱棒3的内腔连通,所述圆柱棒3的底面与氢化镁储舱2的底面之间留有间隙,圆柱棒3悬空放置于储舱内,确保舱内溶液冲刷氢化镁后可顺利流向所述反应废料储舱1;当氢化镁使用完后,可利用所述储水箱21的水对通过进液口对圆柱棒3进行冲洗,提高了反应水的利用效率。
阀门包括固定于有机酸溶液储舱5一侧的竖向设置的输送管25,输送管25的顶端封闭且螺纹连接有手柄10,输送管25顶端的侧面设有换气口23,换气口23用于保持输送管25内的气压。
所述输送管25的底端与氢化镁储舱2的进液口连通,输送管25底端的一侧开设有与有机酸溶液储舱5出液口连通的进液孔26,该输送管25内滑动连接有滑块27,滑块27的侧面开设有与进液孔26连通且直径相等的输液通道28,该输送通道28的另一端位于滑块27的底部,滑块27的上表面与输送管25的顶壁之间设有弹簧9,且滑块27与手柄10的底端之间通过拉绳24连接,拉绳24用于对滑块27限位,且通过旋转手柄10可对滑块27的最低点进行控制。
当设备启用时,通过旋转手柄10,可使得滑块27下移至输液通道28与进液孔26连通,此时有机酸溶液储舱5内的溶液沿进液孔26、输液通道28进入氢化镁储舱2内与圆柱棒3内的氢化镁反应产生氢气,当氢化镁储舱2内气压大于滑块27重力和弹簧9压力时,滑块27沿输送管25内壁被顶起,输液通道28与进液孔26分离,氢化镁储舱2内有机酸溶液得不到补充,则产氢速率降低,氢压也随之降低,当氢压不足以支持弹簧9向下的弹力和滑块27的重力时,使得滑块向下运动,将有机酸重新注入氢化镁储舱2中。
当需要停止设备工作时,向上旋转手柄8,在拉绳24作用下,滑块27被拉起,输液通道28与进液孔26分离,反应终止。
本发明的有机酸溶液也可用其他催化剂代替,如金属盐,当使用其他催化剂时,需配相应的氢气过滤装置13。
该水解供氢式燃料电池19发电系统,通过物理机械方式实现氢气的自动连续的生成,不需要额外的水泵,降低系统的能耗,且通过节流阀17调节氢燃料电池19的进氢量,保证发电量与耗电量接近,通过氢气高压储舱15缓冲过程中氢气流量,使得系统功率输出稳定,不需要额外的大容量电池,降低系统体积、重量与成本。
利用有机酸溶液冲刷氢化镁,不仅可提高氢化镁的释氢效率,而且将反应物及时冲出反应舱体,防止反应物在反应舱的堵塞造成爆仓。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种水解供氢式燃料电池发电系统,包括有机酸溶液储舱,其特征在于:所述有机酸溶液储舱的顶部设有添液口,有机酸溶液储舱底部的侧面设有出液口,有机酸溶液储舱的出液口与氢化镁储舱的进液口之间设有阀门;
所述氢化镁储舱的顶部设有物料添加口,氢化镁储舱的底部的出料口与反应废料储舱连通,氢化镁储舱侧面的出气口通过导管与气体冷却装置的进气口连接,气体冷却装置的出气口通过导向管与氢气过滤装置的入口连接,导向管上设有第一单向阀,氢气过滤装置的出口通过导管与氢气高压储舱的入口连通,氢气高压储舱通过输送管与燃料电池的氢气入口连接,且输送管上设有节流阀和第二单向阀,燃料电池的排水口与储水箱连通,燃料电池连接有DC/DC转换器。
2.根据权利要求1所述的一种水解供氢式燃料电池发电系统,其特征在于:所述燃料电池的空气入口处设有空气除杂器。
3.根据权利要求1所述的一种水解供氢式燃料电池发电系统,其特征在于:所述氢化镁储舱的顶部设有第一防爆阀,氢气高压储舱的顶部设有第二防爆阀。
4.根据权利要求1所述的一种水解供氢式燃料电池发电系统,其特征在于:所述氢化镁储舱内设有上端开口周向多孔结构的圆柱棒,该圆柱棒与氢化镁储舱的顶壁连接,物料添加口以及氢化镁储舱的进液口均与圆柱棒的内腔连通。
5.根据权利要求1所述的一种水解供氢式燃料电池发电系统,其特征在于:所述阀门包括固定于有机酸溶液储舱一侧的竖向设置的输送管,输送管的顶端封闭且螺纹连接有手柄,输送管顶端的侧面设有换气口;
所述输送管的底端与氢化镁储舱的进液口连通,输送管底端的一侧开设有与有机酸溶液储舱出液口连通的进液孔,该输送管内滑动连接有滑块,滑块的侧面开设有与进液孔连通且直径相等的输液通道,该输送通道的另一端位于滑块的底部,滑块的上表面与输送管的顶壁之间设有弹簧,且滑块与手柄的底端之间通过拉绳连接。
6.根据权利要求1所述的一种水解供氢式燃料电池发电系统,其特征在于:所述圆柱棒的底面与氢化镁储舱的底面之间留有间隙。
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