CN116613359B - 发电装置及发电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种发电装置及发电系统。所述发电装置包括燃料电池、第一储存容器、制氢反应器以及储氧容器；所述第一储存容器，用于存储液体及气体；所述液体及气体包括所述燃料电池发电过程中排出的液体以及部分气体；所述制氢反应器，用于消耗所述第一储存容器中的所述液体生成氢气，并将所述氢气输入至所述燃料电池的第一腔室；所述储氧容器，用于存储氧气，并将所述氧气输入至所述燃料电池的第二腔室；所述燃料电池，用于基于所述氢气和所述氧气进行发电，生成电能，以及将发电过程中排出的液体及部分气体输送至所述第一储存容器中。采用本方法能够提高封闭场景中的空间利用率。
Description
技术领域
本申请涉及电池发电技术领域，特别是涉及一种发电装置及发电系统。
背景技术
随着人类工业化进程的推进，化石能源枯竭、环境污染等问题日益严峻，能源动力向清洁化、低碳化转变刻不容缓。开放环境中，燃料电池以氢气为燃料、以空气为氧化剂，通过燃料和氧化剂之间的电化学反应将化学能直接转化为电能，生成物只有水，对外排放的只有大量未反应的空气、少量未反应的氢气、以及生成的水，具有高效率、无污染等优点。然而，当燃料电池应用于水下、矿井等封闭空间中时，由于无法从环境空气中获取氧化剂，燃料电池系统需要自带氧化剂，另一方面，在封闭环境中排放气体会导致巨大的安全隐患，因此燃料电池不能向环境排放气体，这就导致目前现有的燃料电池在封闭空间中使用时存在一些局限性。
为了在封闭空间中使用燃料电池，现有技术的解决方式是采用纯氢作为燃料电池的燃料，采用纯氧作为燃料电池的氧化剂。燃料电池在发电过程中将供给的纯氢和纯氧通过电化学反应完全消耗掉，只将生成的水以液态形式排出，从而无需对外排放气体，因此可以满足在封闭空间中运行的要求。
然而，在封闭空间中，燃料电池运行过程中生成的液态水也需要专门的容器进行储存，当运行时间很长时，生成水所占用的体积也会相当可观，导致空间利用率低下。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高空间利用率的发电装置及发电系统。
第一方面，本申请提供了一种发电装置。该方法包括：
第一储存容器，用于存储液体及气体；液体及气体包括燃料电池发电过程中排出的液体以及部分气体；
制氢反应器，用于消耗上述第一储存容器中的液体生成氢气，并将该氢气输入至燃料电池的第一腔室；
储氧容器，用于存储氧气，并将氧气输入至燃料电池的第二腔室；
燃料电池，用于基于氢气和氧气进行发电，生成电能，以及将发电过程中排出的液体及部分气体输送至上述第一储存容器中。
在其中一个实施例中，上述第一储存容器中包括空腔，该空腔为第一存储容器未装满液体时形成的或者为制氢反应器消耗第一储存容器中的液体之后形成的。
在其中一个实施例中，上述储氧容器中还包括气源充装口和储氧瓶；该气源充装口用于向储氧瓶中充装氧气，氧气的纯度是根据空腔的容量预先确定的。
在其中一个实施例中，上述第一储存容器为采用柔性材料，且可伸缩的容器；第一储存容器的伸缩量与该第一储存容器中储存的液体及气体的容量相关。
在其中一个实施例中，该装置还包括分离器；该分离器与上述燃料电池连接，用于将该燃料电池排出的液体和气体进行分离，获得分离后的液体和分离后的气体，并将分离后的液体和分离后的部分气体输送至上述第一储存容器中。
在其中一个实施例中，上述分离器包括第一分离器和第二分离器；
第一分离器和上述燃料电池的第一腔室连接，用于分离燃料电池的第一腔室排出的液体以及气体；
第二分离器和上述燃料电池的第二腔室连接，用于分离燃料电池的第二腔室排出的液体以及气体。
在其中一个实施例中，装置还包括排气开关；
该排气开关与目标分离器连接，用于将目标分离器中分离后的部分气体输送至上述第一储存容器中；该目标分离器为上述第一分离器和第二分离器中的任一个分离器。
在其中一个实施例中，装置还包括第二储存容器；
该第二储存容器分别与上述第一分离器以及上述第二分离器连接，用于接收第一分离器以及第二分离器各自排放的液体。
在其中一个实施例中，装置还包括液体泵；
该液体泵设置于上述第一储存容器和第二储存容器之间，用于将该第二储存容器中的液体输送至第一储存容器中。
第二方面，本申请还提供了一种发电系统。该系统包括：
上述发电装置以及用电设备，该发电装置与用电设备连接，用于给该用电设备进行供电。
上述发电装置及发电系统，其中发电装置包括燃料电池、第一储存容器、制氢反应器以及储氧容器；第一储存容器，用于存储液体及气体；制氢反应器，用于消耗第一储存容器中的液体生成氢气，并将氢气输入至燃料电池的第一腔室；储氧容器，用于存储氧气，并将氧气输入至燃料电池的第二腔室；燃料电池，用于基于氢气和氧气进行发电，生成电能，以及将发电过程中排出的液体及部分气体输送至第一储存容器中；其中第一储存容器中的液体及气体包括燃料电池发电过程中排出的液体以及部分气体。该装置中，由于将制氢反应器与燃料电池系统有机耦合，将制氢反应器产生的氢气供给燃料电池用于发电，将燃料电池生成的液体回收用于制氢，这样既可以减少制氢反应器所需携带的液体，又可以解决燃料电池生成液体的储存问题，从而提高了空间利用率。同时，利用水解制氢系统中原本就存在的空余空间(第一储存容器及其内部空腔)来储存燃料电池生成的水和排放的部分气体，这样可以使得燃料电池排放的气体无需额外占用空间，实现更高的空间综合利用率。
附图说明
图1为一个实施例中发电设备的结构示意图；
图2为另一个实施例中第一储存容器的一种示例结构示意图；
图3为另一个实施例中发电设备的结构示意图；
图4为另一个实施例中发电设备的结构示意图；
图5为另一个实施例中发电系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
目前，燃料电池实现“零气体排放”的前提条件是，供给燃料电池的氢气和氧气的纯度均为100％。然而，这在气体的实际生产过程中是无法达到的，无论何种工艺生产出的氢气和氧气中总会含有少量杂质(一般为氮气、氩气等对燃料电池而言为惰性的气体)。即便气体中的杂质含量仅为微量，随着燃料电池长时间运行，杂质也会在燃料电池内部累积到一个相当可观的量，导致燃料电池内部氢气和氧气的纯度降低到无法接受的水平。因此现有技术方案在实际操作过程中依然需要定期排气以排出杂质，使燃料电池内部的氢气和氧气纯度维持在可接受水平。在封闭空间中，这些排出的气体需要储存在专门的容器中，占用大量空间，导致空间利用率低下。为了减少排放气体的量，唯一的办法是提高氢气和氧气的纯度，但这会导致氢气和氧气成本大幅提高。因此封闭场景下燃料电池系统的应用面临减小空间占用和降低成本两难的问题。另一方面，封闭空间中，燃料电池运行生成的液态水也需要专门的容器进行储存，当运行时间很长时，生成水所占用的体积也会相当可观，导致空间利用率低下。而封闭场景中，铝水制氢系统存在的问题是需要携带大量的用于反应的液态水，储水箱占用大量空间，同样导致空间利用率低下。基于此，本申请实施例提供一种发电装置及发电系统，可以解决上述技术问题。
图1为一个实施例中提供的发电装置的结构示意图。参见图1所示，该发电装置包括燃料电池、第一储存容器、制氢反应器以及储氧容器，第一储存容器，用于存储液体及气体；液体及气体包括燃料电池发电过程中排出的液体以及部分气体；制氢反应器，用于消耗第一储存容器中的液体生成氢气，并将氢气输入至燃料电池的第一腔室；储氧容器，用于存储氧气，并将氧气输入至燃料电池的第二腔室；燃料电池，用于基于氢气和氧气进行发电，生成电能，以及将发电过程中排出的液体及部分气体输送至第一储存容器中。
其中，对于第一储存容器，其可以与制氢反应器连接，用于向制氢反应器供给液体；第一储存容器和制氢反应器之间可以通过管道、软管等方式连接，也可以通过其他方式连接，这里不作具体限定。对于第一储存容器的形状，可以是圆柱形、立方体形，也可以是其他形状，这里不作具体限定。对于第一储存容器的容量可以根据实际情况设定。
该第一储存容器也可以与燃料电池连接，用于收集燃料电池发电过程中排出的液体和部分气体；对于第一储存容器和燃料电池的连接方式，可以是第一储存容器直接通过管道或软管与燃料电池的排出端连接，也可以是第一储存容器通过管道或软管以及其他装置或部件间接与燃料电池的排出端连接，当然还可以是其他连接方式，这里不作具体限定。
对于第一储存容器存储的液体而言，该存储的液体可以包括燃料电池发电过程中排出的液体，也可以包括预先给第一储存容器中灌装的液体。对于第一储存容器存储的液体和气体而言，其中的液体可以是水；排出的气体可以是氢气和氧气中包含的部分杂质气体，该杂质气体一般不参与氢气与氧气在燃料电池中的化学反应，会被排出燃料电池外，例如可以是氮气、氩气等惰性气体。
对于制氢反应器，其中可以包括制氢材料，该制氢材料可以与液体发生反应生成氢气，以将氢气提供给后续的燃料电池。
上述的制氢材料可以包括部分金属(如铝、镁)、金属氢化物(如氢化镁)、其它化合物(如四氢铝锂、硼氢化钠)等。对于制氢反应器中的液体来源，可以是制氢反应器的输入端与第一储存容器连接，以从第一储存容器中获取制氢反应所需的液体，在获取到液体后可以与其中的制氢材料进行反应，产生氢气并供给燃料电池的第一腔室，该第一腔室可以是燃料电池的阳极。
可选的，上述制氢反应器可以是水解制氢反应器，其中参与制氢反应的液体为水。一般水解制氢反应器单位体积下的储氢密度显著高于常用的高压气态储氢系统，因此更适于在水下、矿井等空间有限的封闭场景之中使用，可以在不改变制氢反应器的体积的情况下，显著提高储存的氢气的容量，进一步可以节省空间，提高空间利用率。
对于储氧容器，用于存储氧气，并将氧气输入至燃料电池的第二腔室，使得氢气与氧气在燃料电池内部通过电化学反应产生电能。该第二腔室可以是燃料电池的阴极。该储氧容器中存储的氧气的纯度可以根据实际情况而定，其中，氧气纯度是预先计算好并在充装在储氧容器中的，在使用发电装置之前或者使用过程中当氧气消耗完时，在封闭场景外部利用气源充装口对储氧瓶进行充装；对储氧容器的类型这里也不作限制，例如可以采用气态储氧、液氧、氧烛制氧装置等多种类型。
对于燃料电池，其主要用于基于输入的氢气和氧气进行发电，生成电能，以供后续的用电设备使用。同时，燃料电池发电过程中会产生一些液体，也会排除内部逐渐积累的杂质气体，因此，燃料电池可以定期或不定期将发电过程中排出的液体及部分杂质气体输送至第一储存容器中。
这里燃料电池和制氢反应器以及为制氢反应器提供液体的第一储存容器有机耦合，可以将制氢反应器产生的氢气供给燃料电池用于发电，并将燃料电池生成的液体又回收至第一储存容器中供制氢反应器使用制氢，这样既可以减少制氢反应器所需携带的液体，又可以解决燃料电池生成液体的储存问题，从而提高了空间利用率。
上述发电装置，包括燃料电池、第一储存容器、制氢反应器以及储氧容器；第一储存容器，用于存储液体及气体；制氢反应器，用于消耗第一储存容器中的液体生成氢气，并将氢气输入至燃料电池的第一腔室；储氧容器，用于存储氧气，并将氧气输入至燃料电池的第二腔室；燃料电池，用于基于氢气和氧气进行发电，生成电能，以及将发电过程中排出的液体及部分气体输送至第一储存容器中；其中第一储存容器中的液体及气体包括燃料电池发电过程中排出的液体以及部分气体。该装置中，由于将制氢反应器与燃料电池系统有机耦合，将制氢反应器产生的氢气供给燃料电池用于发电，将燃料电池生成的液体回收用于制氢，这样既可以减少制氢反应器所需携带的液体，又可以解决燃料电池生成液体的需要专门容器储存的问题，从而提高了空间利用率。同时，利用水解制氢系统中原本就存在的空余空间(第一储存容器及其内部空腔)来储存燃料电池生成的水和排放的部分气体，这样可以使得燃料电池排放的气体无需额外占用空间，实现更高的空间综合利用率。
图2为另一个实施例中提供的一种第一储存容器的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图2所示，该第一储存容器中包括空腔，空腔为第一存储容器未装满液体时形成的或者为制氢反应器消耗第一储存容器中的液体之后形成的，空腔用于存储燃料电池排出的部分杂质气体。
以第一储存容器的形状为圆柱状为例，参见图2所示，该第一储存容器中可以存储燃料电池在发电过程中排出的液体，也可以存储预先给第一储存容器中灌装的液体，该第一储存容器中的液体均用于给制氢反应器提供制氢所需的液体。由于燃料电池一直在运行，制氢反应器也随之一直在使用第一储存容器中的液体制氢，那么在制氢反应器从第一储存容器中消耗液体用于制氢后，第一储存容器中的液体的液位就会下降，下降之后不存在液体的部分就会形成空腔，该空腔中可以存储燃料电池在发电过程中排出的部分气体，且由于该气体一般为惰性气体，因此该气体与第一储存容器中的液体不会发生反应，这样可以保证在第一储存容器中同时存储液体和部分杂质气体。
一般制氢反应器从第一储存容器中消耗的液体越多，则形成的空腔越大，可以存储的气体也就越多，这样就可以存储更多燃料电池排放的部分气体。通常情况下，氧气纯度越高其中的杂质气体越少，且一般氧气中含有的杂质气体比氢气中含有的杂质气体多，那么这里在第一储存容器可以存放更多的气体时，也就是说可以允许氧气的纯度在一定程度上降低，这样可以在保证封闭场景下的空间利用率的同时，降低氧气的成本，进而降低发电装置的成本。
基于上述的描述，为了便于降低储氧容器中氧气的纯度，作为可选的实施上述储氧容器中可以包括气源充装口和储氧瓶；气源充装口用于向储氧瓶中充装氧气，其中，氧气纯度是预先计算好并在充装在储氧容器中的，在使用发电装置之前或者使用过程中当氧气消耗完时，在封闭场景外部利用气源充装口对储氧瓶进行充装。
以下以制氢反应器为铝水解制氢反应器为例对本实施例中可以降低氧气纯度的效果进行说明。假设燃料电池系统总效率为50％，那么每产生1kWh的电能，消耗的氢气量为：
3600KJ÷(241.8KJ/mol×50％)＝29.78mol
消耗的氧气量为：
3600KJ÷(241.8KJ/mol×50％)÷2＝14.89mol
生成的液态水量为：
29.78mol×18g/mol÷(1000g/mol)＝0.536L
假设氧气纯度为99.99％，那么14.89mol氧气中含有的杂质在标况下的体积为：
14.89mol/99.99％×0.01％×22.4L/mol＝0.03335L
设燃料电池排出的气体中50％为杂质气体，则每产生1000kWh电能，燃料电池排放的气体在标况下占用体积为：
0.03335L×1000÷50％＝66.7L
此外，每产生1000kWh电能燃料电池系统将生成536L液态水，气体和液态水占用的总体积为：
536L+66.7L＝602.7L
且气体和液态水分别需要专门的容器进行储存。
铝水解制氢的基本反应方程式为：
2AL+6H2O＝＝2AL(OH)3+3H2↑
即每产生1mol氢气，消耗2mol水。若要产生发电1000kWh所需的氢气，需要消耗水量为：
29.78mol×1000×2×18g/mol÷(1000g/L)＝1072L
若将铝水解制氢装置与燃料电池系统联合发电，燃料电池每消耗1mol氢气将生成1mol水，假设水回收率为100％，那么铝水制氢反应器每产生1mol氢气净消耗的水量将由2mol减少到1mol。这代表铝水解制氢装置所需携带的水量将减少一半，仅需：
1072L×0.5＝536L
同时，这些水被消耗将在储水箱中产生536L的空腔，容纳上文中计算得到的当氧气纯度为99.99％时燃料电池排放的66.7L气体绰绰有余。甚至，为了充分利用产生的536L的空腔，燃料电池使用的氧气纯度可以放宽至：
{536L×50％÷(22.4L/mol)÷[14.89mol×1000+536×50％÷(22.4L/mol)]}×100％＝99.92％
由上述推理计算过程可知，第一储存容器中的空腔体积536L是66.7L的8倍左右，即相当于将允许氧气中含有的杂质量提高了8倍，这样可以使得氧气成本大幅降低，降低了氧气的纯度，进而降低了发电装置的成本；同时每发电1000kWh将减少602.7L的空间占用，因此可以减少水解制氢所需携带的液态水、减少燃料电池排气和生成水的占用空间，提高了空间利用率。
本实施例中，第一储存容器中包括用于存储燃料电池排放的气体的空腔，该空腔为制氢反应器消耗第一储存容器中的液体之后形成的，通过制氢反应器消耗液体之后形成的空腔存储气体，这样就不需要额外的存储容器来存储气体，可以和制氢反应器的输入源共用一个存储容器，从而可以减少空间占用，提供空间利用率。进一步地，储氧容器中包括调控组件，其可以在空腔的容积大于阈值时降低储氧容器中的氧气纯度，使得可以在保证空间不变的情况下，降低氧气的使用成本，进而降低发电装置的成本。
在另一个实施例中，对于上述提到的第一储存容器，其可以是采用柔性材料，且可伸缩的容器，第一储存容器的伸缩量与所述第一储存容器中存储的液体及气体的容量相关。
其中，柔性材料指的是可以挤压变形的材料，这里为了便于第一储存容器基于其内部的液体及气体的容量调整其占用空间，因此可以设置为柔性且可伸缩的容器。在实际使用过程中，该第一储存容器可以随着内部液体的量的变化以及燃料电池排出的部分杂质气体的气体量的变化产生一定程度的伸缩。
一般第一储存容器中存储的液体和气体越多，第一储存容器的伸缩量越大。对于第一储存容器的伸缩量的大小，其可以根据实际情况设定，这里不作具体限定。
本实施例中，通过将第一储存容器设置为采用柔性材料且可以伸缩的容器，其伸缩量与第一储存容器中存储的液体及部分气体的容量相关，这样可以根据实际存储的液体及气体调整伸缩量，在伸缩量较大时可以容纳较多的液体和气体，而在伸缩量较小时可以降低第一储存容器的空间占用率。
图3为另一个实施例中提供的发电装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图3所示，上述发电装置还包括分离器，分离器与燃料电池连接，用于将燃料电池排出的液体和气体进行分离，获得分离后的液体和分离后的气体，并将分离后的液体和分离后的部分气体输送至第一储存容器中。
具体地，以燃料电池生成的液体是水为例，分离器可以是气水分离器。当燃料电池内部水蒸气累积达到饱和后，新生成的水将均以液态形式存在，利用分离器将液态水分离、收集，并间歇性地排放到燃料电池外。这一过程中，通过控制分离器内部的液位来避免气体直接排放到燃料电池外的封闭空间中。
上述分离器可以将燃料电池中产生的液体以及排出的气体分离开，之后可以通过不同的输送通道将分离的液体以及分离的部分气体分别输入至第一储存容器中，实现液体和气体的分离。
对于上述的分离器，其数量可以为一个或多个。作为可选的实施例，分离器可以包括两个分离器，分别记为第一分离器和第二分离器；其中，第一分离器和燃料电池的第一腔室连接，用于分离燃料电池的第一腔室排出的液体以及气体；第二分离器和燃料电池的第二腔室连接，用于分离燃料电池的第二腔室排出的液体以及气体；
其中，燃料电池的第一腔室为阳极，第二腔室为阴极。燃料电池在运行过程中产生的液态蒸汽变化为液体后一般在两个腔室处均存在，同时燃料电池内部存在一个质子交换膜，氢气和氧气中的杂质气体可以在燃料电池的两个腔室之间跨膜扩散，即两个腔室处均存在杂质气体，这样可以在两个腔室处分别设置一个分离器，以便将各自位置处的液体和杂质气体分离开，实现快速分离液体及气体。
本实施例中，通过设置的分离器，将燃料电池发电过程中产生的液体和杂质气体进行分离，获得分离后的获得分离后的液体和分离后的气体，并将分离后的液体和分离后的部分气体输送至第一储存容器中，从而避免杂质气体排放至发电装置外的封闭空间中，造成空间污染。
在另一个实施例中，在上述实施例的基础上，继续参见图3所示，该发电装置还包括排气开关，排气开关与目标分离器连接，用于将目标分离器中分离后的部分气体输送至第一储存容器中；目标分离器为第一分离器和第二分离器中的任一个分离器。
其中，排气开关可以是排气阀。由于在燃料电池中杂质气体可以在燃料电池的阴阳极之间跨膜扩散，因此通过燃料电池的阴极或阳极排出杂质气体都是可行且效果相近的。但是需要注意的是，燃料电池的阴极或阳极中只能固定由一侧排出杂质气体，以避免氢气和氧气在第一储存容器中发生混合，产生安全风险。
基于此，本实施例中可以在燃料电池的阴极或阳极中任一端对应的分离器处设置排气开关，燃料电池中排出的部分杂质气体只能通过具有排气开关的分离器传输至第一储存容器中，这样可以避免产生安全风险。
示例地，图3中主要示出的为在燃料电池阴极的分离器处设置排气开关，通过阴极排出的部分气体并输送至第一储存容器中，实际上也可以在燃料电池的阳极的分离器处设置排气开关，只要保证燃料电池连接的两个分离器处只设置一个排气开关即可。在图3示例的发电装置中，由于氧气中含有的杂质在燃料电池内部不断积累(根据元素守恒，水解制氢产生的氢气中惰性气体杂质的含量极低，相较于氧气中的惰性杂质含量可忽略不计)，燃料电池内部氢气和氧气的纯度将不断降低，由于杂质气体可以跨过质子交换膜进行扩散，因此氢气纯度和氧气纯度可以同步降低。当氢气或氧气纯度降低到所允许的下限值时，开启排气开关排出含有杂质的部分气体，氧气纯度即可恢复到较高水平，之后杂质气体逐渐扩散到阴极，氢气纯度也将逐渐得到恢复。
示例的，参见图4所示的发电装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，图4中主要示出的为在燃料电池阳极的分离器处设置排气开关，通过阳极排出部分气体并输送至第一储存容器中。
本实施例中，上述发电装置还包括排气开关，该排气开关与目标分离器连接以将目标分离器分离器后的部分气体输送至第一储存容器中，目标分离器为上述第一分离器以及第二分离器中的任一个，这样在燃料电池的阴极或阳极中任一端对应的分离器处设置排气开关，燃料电池中排出的部分杂质气体只能通过具有排气开关的分离器传输至第一储存容器中，这样可以避免产生安全风险。
在另一个实施例中，在上述实施例的基础上，继续参见图4所示的发电装置结构示意图，该发电装置还包括第二储存容器；第二储存容器分别与第一分离器以及第二分离器连接，用于接收第一分离器以及第二分离器各自排放的液体。
其中，第二储存容器可以是和第一储存容器相同的容器，用于储存第一分离器以及第二分离器各自排放的液体。该第二储存容器一般可以设置在燃料电池的下方或附近，这样可以方便收集到分离器分离出的液体，降低成本。通常第一储存容器可以设置在燃料电池的上方或者远离燃料电池的位置处。
以排放的液体是水为例，该第二储存容器例如可以是集水箱。对于该第二储存容器的形状可以与第一储存容器类似，这里就不再赘述。对于第二储存容器的大小，其可以与第一储存容器的容积相同，也可以是小于第一储存容器的容积，例如第一储存容器的容积可以是几百L，第二储存容器的容积是几十L。
在燃料电池运行过程中，分离器可以一直将燃料电池产生的液体以及排出的气体进行分离，并将其中分离的液体输送至第二储存容器中。当第二储存容器内的液体量累积到一定量或预设值时，就可以将第二储存容器中的液体输送到第一储存容器中，从而实现燃料电池生成液体的回收利用，其中第二储存容器中的液体量可以利用液位传感器或者重力传感器获得。
在燃料电池发电过程中，由于第二储存容器和第一储存容器之间可能会存在高度差或液位差，导致第二存储容器中的液体很难输送至第一储存容器中，因此这里为了便于快速实现将第二存储容器中的液体输送至第一储存容器中，作为可选的实施例，上述发电装置还可以包括液体泵，该液体泵设置于第一储存容器和第二储存容器之间，用于将第二储存容器中的液体输送至第一储存容器中。
以传输的液体是水为例，该液体泵可以是水泵，对于液体泵的具体类型这里不作具体限定。该液体泵分别与第二储存容器以及第一储存容器连接，从而实现将第二储存容器中的液体输送至第一储存容器中。
在燃料电池运行过程中，分离器可以一直将燃料电池产生的液体以及排出的气体进行分离，并将其中分离的液体输送至第二储存容器中。当第二储存容器内的液体量累积到一定量或预设值时，液体泵自动开启，就可以将第二储存容器中的液体快速方便地输送到第一储存容器中，从而实现燃料电池生成液体的回收利用，其中第二储存容器中的液体量可以利用液位传感器或者重力传感器获得。
本实施例中，上述发电装置还包括第二储存容器，该储存容器分别与两个分离器连接，以接收两个分离器各自排放的液体，而第二储存容器一般可以设置在燃料电池的下方或附近，这样可以方便收集到分离器分离出的液体，降低成本。进一步地，上述发电装置还包括设置于第一储存容器和第二储存容器之间液体泵，以便于快速将第二储存容器中的液体输送至第一储存容器中，提升液体传输的效率。
基于同样的发明构思，本申请还提供了一种发电系统，参见图5所示，该发电系统包括用电设备和上述的发电装置，该发电装置与用电设备连接，用于给用电设备供电。
其中，用电设备可以是任意可以采用燃料电池供电的设备，例如照明灯、机械设备等等。对于用电设备和发电装置之间的连接方式，可以是电连接。
上述发电系统，包括相互连接的发电装置和用电设备，其中发电装置包括包括燃料电池、第一储存容器、制氢反应器以及储氧容器；第一储存容器，用于存储液体及气体；制氢反应器，用于消耗第一储存容器中的液体生成氢气，并将氢气输入至燃料电池的第一腔室；储氧容器，用于存储氧气，并将氧气输入至燃料电池的第二腔室；燃料电池，用于基于氢气和氧气进行发电，生成电能，以及将发电过程中排出的液体及部分气体输送至第一储存容器中；其中第一储存容器中的液体及气体包括燃料电池发电过程中排出的液体以及部分气体。该装置中，由于将制氢反应器与燃料电池系统有机耦合，将制氢反应器产生的氢气供给燃料电池用于发电，将燃料电池生成的液体回收用于制氢，这样既可以减少制氢反应器所需携带的液体，又可以解决燃料电池生成液体的储存问题，从而提高了空间利用率。同时，利用水解制氢系统中原本就存在的空余空间(第一储存容器及其内部空腔)来储存燃料电池生成的水和排放的部分气体，这样可以使得燃料电池排放的气体无需额外占用空间，实现更高的空间综合利用率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种发电装置，其特征在于，所述发电装置应用于封闭空间中，所述发电装置包括燃料电池、第一储存容器、制氢反应器、储氧容器以及分离器；
所述第一储存容器，用于存储液体及气体；所述液体及气体包括所述燃料电池发电过程中排出的液体以及部分气体；
所述制氢反应器，用于消耗所述第一储存容器中的所述液体生成氢气，并将所述氢气输入至所述燃料电池的第一腔室；
所述储氧容器，用于存储氧气，并将所述氧气输入至所述燃料电池的第二腔室；
所述燃料电池，用于基于所述氢气和所述氧气进行发电，生成电能，以及将发电过程中排出的液体及部分气体输送至所述第一储存容器中；
所述分离器与所述燃料电池连接，用于将所述燃料电池排出的液体和气体进行分离，获得分离后的液体和分离后的气体，并将所述分离后的液体和分离后的部分气体输送至所述第一储存容器中；
所述第一储存容器中包括空腔，所述空腔用于存储所述分离后的气体；
所述空腔为所述第一储存容器未装满所述液体时形成的，或者所述空腔为所述制氢反应器消耗所述第一储存容器中的所述液体之后形成的；
所述储氧容器还包括气源充装口、储氧瓶和调控组件；
所述气源充装口用于向所述储氧瓶中充装氧气，所述氧气的纯度是根据所述空腔的容量预先确定的，在使用所述发电装置之前或者使用过程中当氧气消耗完时，在封闭场景外部利用所述气源充装口对所述储氧瓶进行充装；
所述调控组件用于在所述空腔的容积大于预设阈值时降低所述储氧容器中的氧气纯度。
2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一储存容器为采用柔性材料，且可伸缩的容器；
所述第一储存容器的伸缩量与所述第一储存容器中存储的液体及气体的容量相关。
3.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述分离器包括第一分离器和第二分离器；
所述第一分离器和所述燃料电池的第一腔室连接，用于分离所述燃料电池的第一腔室排出的液体以及气体；
所述第二分离器和所述燃料电池的第二腔室连接，用于分离所述燃料电池的第二腔室排出的液体以及气体。
4.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述燃料电池内部设置有质子交换膜，所述质子交换膜使得杂质气体可以在所述第一腔室和所述第二腔室之间跨膜扩散。
5.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述装置还包括排气开关；
所述排气开关与目标分离器连接，用于将所述目标分离器中分离后的部分气体输送至所述第一储存容器中；所述目标分离器为所述第一分离器和所述第二分离器中的任一个分离器。
6.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述装置还包括第二储存容器；
所述第二储存容器分别与所述第一分离器以及所述第二分离器连接，用于接收所述第一分离器以及所述第二分离器各自排放的液体。
7.根据权利要求6所述的发电装置，其特征在于，
所述第二储存容器设置在所述燃料电池的下方。
8.根据权利要求4所述的发电装置，其特征在于，所述装置还包括液体泵；
所述液体泵设置于所述第一储存容器和第二储存容器之间，用于将所述第二储存容器中的液体输送至所述第一储存容器中。
9.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一储存容器设置在所述燃料电池的上方或者远离所述燃料电池的位置处。
10.一种发电系统，其特征在于，所述发电系统包括用电设备以及权利要求1-9任一项所述的发电装置；
所述发电装置与所述用电设备连接，用于给所述用电设备进行供电。
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