CN113036191A - 一种氢气制备及发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢气制备及发电系统，包括氢气制备模块和氢气发电模块；氢气制备模块包括太阳能光伏模组、电解槽和氢气储罐；太阳能光伏模组与电解槽电连接，电解槽将水电解生成氢气并存储在氢气储罐中；氢气发电模块包括燃料电池，燃料电池通过供气管路与氢气储罐连通；供气管路上沿氢气流动方向设置有吸热部和散热部，吸热部和散热部均由供气管路螺旋而成；燃料电池放置在吸热部内并与吸热部内壁贴合；氢气储罐放置在散热部内并与散热部内壁贴合。利用太阳能光伏模组将太阳能转换为电能，然后用电能通过电解槽电解水制备氢气，在用电高峰或夜间时，将储存的氢气通过燃料电池转换为电能输送到电网中，从而满足用电需求。

Description

一种氢气制备及发电系统
技术领域
本发明涉及氢气发电技术领域，具体涉及一种氢气制备及发电系统。
背景技术
氢，是一种21世纪最理想的能源之一，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的主要是CO2和SO2，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。氢的分布很广泛，水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。泥土里约有1.5％的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70％为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
与此同时，氢能作为新的绿色能源主力，受到了越来越广泛的关注。采用氢气发电更加环保和可持续，但是目前还没有一套可行的制氢和发电设备来实现该设想。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种氢气制备及发电系统，以解决背景技术中所提出的技术问题。
一种氢气制备及发电系统，包括氢气制备模块和氢气发电模块；
所述氢气制备模块包括太阳能光伏模组、电解槽和氢气储罐；所述太阳能光伏模组与所述电解槽电连接，所述电解槽将水电解生成氢气并存储在所述氢气储罐中；
所述氢气发电模块包括燃料电池，所述燃料电池通过供气管路与所述氢气储罐连通，所述供气管路上设置有稳压阀；所述供气管路上沿氢气流动方向设置有吸热部和散热部，所述吸热部和散热部均由所述供气管路螺旋而成；
所述燃料电池放置在所述吸热部内并与所述吸热部内壁贴合；
所述氢气储罐放置在所述散热部内并与所述散热部内壁贴合。
进一步，所述氢气储罐包括进气管和出气管，所述进气管通过氢气压缩机与所述电解槽连接；所述出气管与所述供气管路连接，所述出气管上设置有第一电磁阀。
进一步，所述进气管上还设置有单向阀，所述单向阀由所述氢气压缩机向所述氢气储罐单向导通。
进一步，所述供气管路上连接有气压调整支路，所述气压调整支路包括分压管路、临时储气罐、气压分配器、第二电磁阀、气压传感器和控制器；
所述气压分配器串联在所述氢气储罐与所述稳压阀之间的供气管路上；
所述气压传感器安装在所述气压分配器上，并与所述控制器电连接；
所述分压管路的一端连接在所述气压分配器的剩余端口上、另一端与所述临时储气罐连通；
所述第二电磁阀安装在所述分压管路上，并与所述控制器电连接；
所述第一电磁阀与所述控制器电连接。
进一步，所述控制器为PLC控制器。
进一步，所述吸热部与所述氢气储罐之间串联有文丘里管。
进一步，所述文丘里管包括沿气流方向依次设置的入口段、收缩段、喉道和扩散段，所述收缩段的形状为一锥形管，锥角约为21°±2°；所述扩散段为锥角为8°～15°的锥管。
进一步，所述稳压阀设置在所述散热部与燃料电池之间的所述供气管路上；
所述气压分配器串联在所述散热部与所述稳压阀之间的所述供气管路上。
进一步，所述吸热部与所述燃料电池接触的外壁上涂有导热硅脂。
进一步，所述散热部与所述氢气储罐接触的外壁上涂有导热硅脂。
本发明的有益效果体现在：
本发明的氢气制备及发电系统利用太阳能光伏模组将太阳能转换为电能，然后用电能通过电解槽电解水制备氢气，将制备的氢气存储在氢气储罐中。在用电高峰或夜间时，将储存的氢气通过燃料电池转换为电能输送到电网中，从而满足用电高峰时期的用电需求。
并且，燃料电池在发电时会将部分化学能转换为热能，导致燃料电池温度升高。氢气在供气管路内流动时，会先流经吸热部，将燃料电池的产生的热量带走，对燃料电池进行降温，保持燃料电池在发电时的稳定性。吸热升温后的氢气流经散热部，由于氢气储罐在释放出氢气时会因为气体体积膨胀吸收热量，从而使氢气流经散热部时能加速散热，使氢气以常温进入燃料电池内发生反应进行发电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的一种氢气制备及发电系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本发明实施例提供的一种氢气制备及发电系统，包括氢气制备模块和氢气发电模块。氢气制备模块包括太阳能光伏模组1、电解槽2和氢气储罐3；太阳能光伏模组1与电解槽2电连接，电解槽2将水电解生成氢气并存储在氢气储罐3中。
氢气发电模块包括燃料电池4，燃料电池4通过供气管路与氢气储罐3连通，供气管路上设置有稳压阀5；供气管路上沿氢气流动方向设置有吸热部6和散热部7，吸热部6和散热部7均由供气管路螺旋而成。燃料电池4放置在吸热部6内并与吸热部6内壁贴合；氢气储罐3放置在散热部7内并与散热部7内壁贴合。
燃料电池4在发电时会将部分化学能转换为热能，导致燃料电池4温度升高。氢气在供气管路内流动时，会先流经吸热部6，将燃料电池4的产生的热量带走，对燃料电池4进行降温，保持燃料电池4在发电时的稳定性。吸热升温后的氢气流经散热部7，由于氢气储罐3在释放出氢气时会因为气体体积膨胀吸收热量，从而使氢气流经散热部7时能加速散热，使氢气以常温进入燃料电池4内发生反应进行发电。
具体的，氢气储罐3包括进气管和出气管，进气管通过氢气压缩机8与电解槽2连接，通过氢气压缩机8将电解槽2电解产生的氢气压缩进氢气储罐3中存储。出气管与供气管路连接，出气管上设置有第一电磁阀9，第一电磁阀9打开，向供气管路供应氢气。进气管上还设置有单向阀10，单向阀10由氢气压缩机8向氢气储罐3单向导通。
进一步，供气管路上连接有气压调整支路，气压调整支路包括分压管路11、临时储气罐12、气压分配器13、第二电磁阀14、气压传感器15和控制器；气压分配器13串联在氢气储罐3与稳压阀5之间的供气管路上；气压传感器15安装在气压分配器13上，并与控制器电连接；分压管路11的一端连接在气压分配器13的剩余端口上、另一端与临时储气罐12连通；第二电磁阀14安装在分压管路11上，并与控制器电连接；第一电磁阀9也与控制器电连接。控制器为PLC控制器。
当气压传感器15采集的流经供气管路内的氢气气压大于设定阈值时，控制器控制第二电磁阀14打开，通过气压分配器13将部分氢气通过分压管路11导入临时储气罐12中进行存储，从而防止供气管路的氢气压力过高，造成供气管路破坏。当气压传感器15采集的流经供气管路内的氢气气压小于等于设定阈值时，控制器控制第二电磁阀14关闭，保证供气管路的氢气气压稳定。
进一步，吸热部6与氢气储罐3之间串联有文丘里管16。文丘里管16包括沿气流方向依次设置的入口段、收缩段、喉道和扩散段，收缩段的形状为一锥形管，锥角约为21°±2°；扩散段为锥角为8°～15°的锥管。氢气流经文丘里管16之后，流速加快，保证对燃料电池4供氢稳定，保证发电的稳定性。
进一步，为保证对燃料电池4的吸热效果，稳压阀5设置在散热部7与燃料电池4之间的供气管路上；气压分配器13串联在散热部7与稳压阀5之间的供气管路上，使流出氢气储罐3的氢气都要流经吸热部6对燃料电池4进行散热。为加快热传递，吸热部6与燃料电池4接触的外壁上涂有导热硅脂；散热部7与氢气储罐3接触的外壁上涂有导热硅脂。
综上所述，本发明的氢气制备及发电系统利用太阳能光伏模组将太阳能转换为电能，然后用电能通过电解槽电解水制备氢气，将制备的氢气存储在氢气储罐中。在用电高峰或夜间时，将储存的氢气通过燃料电池转换为电能输送到电网中，从而满足用电高峰时期的用电需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种氢气制备及发电系统，其特征在于：包括氢气制备模块和氢气发电模块；
所述氢气制备模块包括太阳能光伏模组(1)、电解槽(2)和氢气储罐(3)；所述太阳能光伏模组(1)与所述电解槽(2)电连接，所述电解槽(2)将水电解生成氢气并存储在所述氢气储罐(3)中；
所述氢气发电模块包括燃料电池(4)，所述燃料电池(4)通过供气管路与所述氢气储罐(3)连通，所述供气管路上设置有稳压阀(5)；所述供气管路上沿氢气流动方向设置有吸热部(6)和散热部(7)，所述吸热部(6)和散热部(7)均由所述供气管路螺旋而成；
所述燃料电池(4)放置在所述吸热部(6)内并与所述吸热部(6)内壁贴合；
所述氢气储罐(3)放置在所述散热部(7)内并与所述散热部(7)内壁贴合。
2.根据权利要求1所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述氢气储罐(3)包括进气管和出气管，所述进气管通过氢气压缩机(8)与所述电解槽(2)连接；所述出气管与所述供气管路连接，所述出气管上设置有第一电磁阀(9)。
3.根据权利要求2所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述进气管上还设置有单向阀(10)，所述单向阀(10)由所述氢气压缩机(8)向所述氢气储罐(3)单向导通。
4.根据权利要求2所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述供气管路上连接有气压调整支路，所述气压调整支路包括分压管路(11)、临时储气罐(12)、气压分配器(13)、第二电磁阀(14)、气压传感器(15)和控制器；
所述气压分配器(13)串联在所述氢气储罐(3)与所述稳压阀(5)之间的供气管路上；
所述气压传感器(15)安装在所述气压分配器(13)上，并与所述控制器电连接；
所述分压管路(11)的一端连接在所述气压分配器(13)的剩余端口上、另一端与所述临时储气罐(12)连通；
所述第二电磁阀(14)安装在所述分压管路(11)上，并与所述控制器电连接；
所述第一电磁阀(9)与所述控制器电连接。
5.根据权利要求4所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述控制器为PLC控制器。
6.根据权利要求4所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述吸热部(6)与所述氢气储罐(3)之间串联有文丘里管(16)。
7.根据权利要求6所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述文丘里管(16)包括沿气流方向依次设置的入口段、收缩段、喉道和扩散段，所述收缩段的形状为一锥形管，锥角约为21°±2°；所述扩散段为锥角为8°～15°的锥管。
8.根据权利要求6所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述稳压阀(5)设置在所述散热部(7)与燃料电池(4)之间的所述供气管路上；
所述气压分配器(13)串联在所述散热部(7)与所述稳压阀(5)之间的所述供气管路上。
9.根据权利要求1所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述吸热部(6)与所述燃料电池(4)接触的外壁上涂有导热硅脂。
10.根据权利要求1所述的一种氢气制备及发电系统，其特征在于：所述散热部(7)与所述氢气储罐(3)接触的外壁上涂有导热硅脂。
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