CN116779919B - 一种氢燃料电池发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池发电装置，包括支架、储气罐、反应箱、调节筒、分离组件和杠杆，在以第二预设功率运行时，两个供给管同时导通，此时检测单位时间内进入两个调节筒内的水量，若二者之间存在差距，则在杠杆的作用下调整两个调节筒的长度，改变氢气与水蒸气的混合物在分离组件内的时间，由此改变再次进入供给管内部的氢气含水量，进而改变反应腔内的潮湿度，确保反应腔内保持稳定的反应效率。

Description

一种氢燃料电池发电装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池发电装置。

背景技术

氢燃料电池是一种新型清洁能源，利用了电解水的逆反应将化学能转变为电，在这个过程中需要源源不断地提供氢气和氧气作为原料，其中氢气的供给量要高于理论消耗量，但反应剩余的氢气是不可以直接排入大气中的，所以往往在氢燃料电池中设有氢气循环泵。

氢气循环泵可以将发电时反应剩余的氢气收集并附带一些反应生成的水蒸气收集回流，经过分离机构去除一部分水分后与供给的氢气再次进入反应区，这部分重复利用的氢气还会附带一部分的水蒸气，再次进入反应区的水蒸气可以起到“增湿”的效果，有利于反应的进行，过于干燥或者过于潮湿都会影响反应的速率，而在发电装置的使用过程中难免需要更换不同的功率，不同的功率对应不同的单位时间产水量，这会影响反应环境的湿度，反应环境的湿度不稳定同样能够导致发电效率稳定。

发明内容

本发明提供一种氢燃料电池发电装置，以解决现有的氢燃料电池的发电效率不稳定的问题。

本发明的一种氢燃料电池发电装置采用如下技术方案：

一种氢燃料电池发电装置，包括支架、储气罐、反应箱、调节筒、分离组件和杠杆。

支架包括水平的支撑板；储气罐固定设置于支撑板，储气罐周侧壁上设置有两个放气口；反应箱内部具有相互隔绝的两个反应腔，每个放气口与一个反应腔之间均设置有供给管，以第一预设功率进行发电时，其中一个供给管导通，以第二预设功率进行发电时，两个供给管同时导通；调节筒竖直设置有两个，每个调节筒的上端连接于一个供给管，调节筒能够沿轴线方向伸缩设置，调节筒包括第一段和第二段，第一段处于第二段的上方，第一段的下端设置有开口向下的滑槽，第二段的上端设置有滑杆，滑杆能够沿滑槽滑动设置；调节筒侧壁设置有调节孔，调节孔与反应腔之间通过导气管连通，反应腔内的氢气与水蒸气能够进入导气管内；分离组件用于将进入调节筒内的氢气与水蒸气分离，且能够将氢气再次输送至供给管；分离组件包括分离内筒和分离外筒，分离外筒与分离内筒均同轴设置于调节筒内部，且分离内筒处于分离外筒内部，分离内筒与供给管连通；分离外筒外周设置有多个透气孔，分离内筒与分离外筒之间设置有分离绞龙，分离内筒下端设置有挡板；杠杆中部转动连接于支撑板，杠杆的两端分别转动连接于两个调节筒。

进一步地，调节筒的第一段与第二段的连接处为伸缩段，在两个调节筒同时伸长时，其中一个调节筒上的调节孔与分离绞龙的相对位置可调设置。

进一步地，其中一个分离外筒能够伸缩设置，且能够伸缩的分离外筒与调节筒固定连接，调节孔处于调节筒伸缩段的上方。

进一步地，分离外筒均不可伸缩设置，且分离外筒与调节筒间隔设置，其中一个调节筒上的调节孔处于伸缩段的下方。

进一步地，每个调节筒下端设置有排水口，调节筒内设置有封堵块，封堵块能够封堵排水口。

进一步地，封堵块为电磁阀，每个调节筒上均设置有控制板，控制板能够控制电磁阀的导通状态，在调节筒内的水量达到第一设预设值时，控制板控制电磁阀导通，在两个供给管同时导通时，控制板首先控制两个电磁阀导通将调节筒内的水完全排空。

进一步地，挡板呈开口向下的喇叭状，挡板上设置有多个穿气孔。

进一步地，可伸缩的分离外筒上设置有第一复位件，可伸缩的调节筒上设置有第二复位件。

进一步地，在两个供给管同时导通之前，控制板控制两个电磁阀将调节筒内的水完全排空。

本发明的有益效果是：本发明的一种氢燃料电池发电装置，包括支架、储气罐、反应箱、调节筒、分离组件和杠杆，初始运行时，将一个供给管导通，另一个供给管封堵，则只有一个反应腔内发生反应，其中一个反应腔内氧气与氢气反应产生的水蒸气以及多余的氢气经过导气管进入调节筒内，根据此调节筒上调节孔设置的位置，进入调节筒内的氢气与水蒸气的混合物经过分离组件风分离后，部分氢气携带部分水蒸气再次进入供给管内部，确保该反应腔内保持高效反应效率。在以第二预设功率运行时，两个供给管同时导通，此时检测单位时间内进入两个调节筒内的水量，若二者之间存在差距，则在杠杆的作用下调整两个调节筒的长度，改变氢气与水蒸气的混合物在分离组件内的时间，由此改变再次进入供给管内部的氢气含水量，进而改变反应腔内的潮湿度，确保反应腔内保持稳定的反应效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中提供的一种氢燃料电池发电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中提供的一种氢燃料电池发电装置中隐去储气罐和反应箱的结构示意图；

图3为本发明实施例一中提供的一种氢燃料电池发电装置中隐去储气罐和反应箱后的侧视图；

图4为图3中A-A方向的剖视图；

图5为本发明实施例一中提供的一种氢燃料电池发电装置中部分调节筒和分离外筒的侧视图；

图6为图5中C-C方向的剖视图。

图中：110、支撑板；120、储气罐；130、反应箱；140、供给管；150、调节筒；151、第一段；152、第二段；153、调节孔；154、安装腔；160、电磁阀；210、分离内筒；220、分离外筒；221、透气孔；222、上段；223、下段；230、分离绞龙；240、挡板；241、穿气孔；310、立杆；320、杠杆。

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。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图6所示，本发明实施例一中提供的一种氢燃料电池发电装置，包括支架、储气罐120、反应箱130、调节筒150、分离组件和杠杆320。

支架包括水平的支撑板110，支撑板110水平设置。

储气罐120内部具有储气腔，储气罐120周侧壁上设置有连通储气腔的供料口，氢气能够通过供料口进入到储气腔内，储气罐120的下端固定设置于支撑板110上端面，储气罐120上设置有两个连通储气腔的放气口，储气腔内的氢气能够通过放气口排出储气腔。

反应箱130固定设置于支撑板110上，反应箱130设置于储气罐120的右侧，反应箱130内部中空，反应箱130内部设置有分隔板，分隔板将反应箱130内部分隔为两个相互隔绝的反应腔。其中反应箱130上设置有两个连通孔，每个连通孔连通一个反应腔，且每个放气口与一个反应腔之间设置有一个供给管140，两个供给管140前后平行设置。反应箱130上设置有两个供氧管，每个供氧管连通一个反应腔，确保在反应腔内能够发生电解水的逆反应。反应箱130的上端设置有两个排气口，每个排气口连通一个反应腔，在反应腔内反应生成水蒸气以及过量的氢气能够通过排气口排出反应腔。每个供给管140上均设置有封堵板，封堵板能够封堵供给管140，以第一预设功率进行发电时，其中一个供给管140导通，以第二预设功率进行发电时，两个供给管140同时导通，其中第一预设功率的数值小于第二预设功率的数值。

调节筒150竖直设置有两个，每个调节筒150的上端连接于一个供给管140，每个调节筒150内部中空，调节筒150内部中空的腔室为安装腔154，调节筒150能够沿轴线方向伸缩设置，具体地，调节筒150包括第一段151和第二段152，第一段151处于第二段152的上方，第一段151的下端设置有开口向下的滑槽，第二段152的上端设置有滑杆，滑杆能够沿滑槽滑动设置，第一段151与第二段152连接的位置为伸缩段。调节筒150的第一段151上方固定连接于供给管140，调节筒150的第一段151侧壁设置有连通安装腔154的调节孔153，每个调节筒150上的调节孔153与一个排气口之间均连接有导气管，反应腔内反应生成水蒸气以及过量的氢气能够经过导气管进入安装腔154内。每个调节筒150第二段152的下端均设置有连通安装腔154的排水口，每个调节筒150第二段152的下端均设置有封堵块，封堵块能封堵排水口，在封堵块封堵排水口时，进入安装腔154内的水能够存留在安装腔154内。

分离组件用于将进入调节筒150内的氢气与水蒸气分离，且能够将氢气再次输送至供给管140。具体地，分离组件包括分离内筒210和分离外筒220，分离外筒220与分离内筒210均同轴设置于调节筒150的安装腔154内部，分离内筒210处于分离外筒220内部，分离内筒210与分离外筒220之间间隔设置，分离内筒210为导通的管状结构，分离内筒210上下导通，分离内筒210的上端贯穿供给管140，使得分离内筒210内部与供给管140内部连通。分离外筒220的周侧壁设置有多个内外贯穿的透气孔221，分离内筒210与分离外筒220之间设置有分离绞龙230，通过调节孔153进入安装腔154内的氢气和水蒸气的混合物能够沿分离绞龙230自上而下流动，则在离心力的作用下，氢气逐渐贴近分离内筒210外周壁，水蒸气贴近分离外筒220，且水蒸气逐渐凝结成小水珠。分离内筒210下端设置有挡板240，挡板240能够对氢气进行引导。

以第一预设功率进行发电时，其中一个供给管140导通，处于该供给管140上的分离外筒220的长度不能发生改变，且该分离外筒220与调节筒150间隔设置，使得在调节筒150的长度发生改变时，调节孔153与分离绞龙230的相对位移不发生改变，此时进入安装腔154内的氢气与水蒸气混合物沿分离绞龙230分离后，再次进入供给管140内部的氢气含水量是确定的，且此时再次进入反应腔内的氢气中的部分水蒸气改善了反应环境，使得该反应腔内的反应保持高效进行。

以第二预设功率进行发电时，其中两个供给管140处于导通状态，其中一个供给管140上的分离外筒220能够伸缩设置，且此分离外筒220分为上段222和下段223，上段222与下段223滑动连接，上段222的下端设置有开口向下的导向槽，下段223的上端固定设置有导向杆，导向杆能够沿导向槽滑动设置，且此分离外筒220的下段223外周壁与调节筒150的第二段152固定连接，在调节筒150伸长时，此分离外筒220同步伸长，则调节孔153与分离绞龙230发生相对位移，使得进入安装腔154内的氢气与水蒸气混合物沿分离绞龙230流动的时间发生改变，改变了氢气中的含水量。

两个调节筒150之间设置有立杆310，立杆310处于两个调节筒150中部，立杆310竖直设置。立杆310的上端设置有杠杆320，杠杆320的中部与立杆310的上端转动连接，杠杆320的两端均能够伸缩设置，杠杆320的两端分别转动连接于两个调节筒150，初始状态时，杠杆320处于水平状态，在单位时间内，两个调节筒150的重量增加的量能够改变杠杆320的倾斜状态。

在本实施例中，封堵块为电磁阀160，每个调节筒150上均设置有控制板，控制板能够控制电磁阀160的导通状态，在调节筒150内的水量达到第一设预设值时，第一预设值为调节筒150内的水达的深度，控制板控制电磁阀160导通，将调节筒150内的水排出调节筒150。在两个供给管140同时导通之前，控制板控制两个电磁阀160导通，将调节筒150内的水完全排空，便于在两个供给管140导通时对比调节筒150的重量，在两个反应腔内发生反应时，控制板控制两个电磁阀160封堵排水口。在单位时间内进入安装腔154内的水量增加时，则证明反应腔内反应剧烈，反应生成的水导致反应腔内的湿度高，此时能够伸长的分离外筒220伸长，则反应腔反应生成的水和多余的氢气沿分离绞龙230流动的距离增加，使得再次进入反应腔内的氢气含水量降低，从而缓和反应腔内的反应效率，确保反应腔内的反应稳定运行。

在本实施例中，挡板240呈开口向下的喇叭状，挡板240上设置有多个穿气孔241，沿分离绞龙230流动时，氢气沿分离内筒210外周壁上从上至下流动，挡板240能够对氢气进行引导，直至氢气经过穿气孔241进入分离内筒210内部。

在本实施例中，可伸缩的分离外筒220上设置有第一复位件，可伸缩的调节筒150上设置有第二复位件，具体地，第一复位件为第一复位弹簧，第一复位弹簧竖直设置，第一复位弹簧设置于导向槽内，第一复位弹簧能够驱动导向杆上端处于导向槽中部。第二复位件为第二复位弹簧，第二复位弹簧竖直设置，第二复位弹簧设置于滑槽内，第二复位弹簧能够驱动滑杆上端处于滑槽中部。

结合上述实施例，本发明实施例一提供一种氢燃料电池发电装置的工作过程如下：

工作时，根据发电效率的需求设定供给管140的导通数量，初始运行时，首先以第一预设功率发电进行运行，则两个供给管140中只有一个处于导通状态，导通的供给管140上连接的分离外筒220不能伸缩，在运行过程中，储气罐120内的氢气沿供给管140逐渐进入反应腔内，反应箱130上连接的供氧管持续向反应腔内供给氧气，氢气在反应腔内反应时，反应腔内发生电解水的逆反应，从而产生电能。

反应腔内反应产生的水蒸气和多余的氢气经过排气口进入导气管内，由于导气管与调节筒150的调节孔153连接，使得多余的氢气以及反应生成的水蒸气进入安装腔154内。根据分离内筒210、分离外筒220和分离绞龙230的设置，则进入安装腔154内的水蒸气与氢气的混合物沿分离绞龙230螺旋流动，在流动过程中，水蒸气和氢气所受到的离心力不一致，水蒸气逐渐集结在分离外筒220上，并且水蒸气逐渐在分离外筒220上凝结成小水珠。氢气逐渐靠近分离内筒210外周壁，由于分离内筒210开口处于下端，且分离内筒210的下端设置有挡板240，氢气经过挡板240上的穿气孔241后进入分离内筒210内部，此时的氢气中携带部分水蒸气，氢气及部分水蒸气经过分离内筒210的引导再次进入导气管内部，此时反应腔内的潮湿度刚好达到适宜反应的最佳状态。凝结成小水珠的水蒸气逐渐滴落在安装腔154内，此时调节筒150在重力的作用下逐渐伸长，在安装腔154内积累至第一预设值时，调节筒150内的控制板控制电磁阀160导通，使得安装腔154内的水排出安装腔154，随后在第二复位弹簧的作用下恢复至初始状态。

在以第二预设功率发电进行运行时，此时两个供给管140处于完全导通的状态，在两个供给管140导通之前，两个调节筒150内的控制板控制两个电磁阀160处于导通状态，使得两个调节筒150内均处于无水状态，此时杠杆320处于水平状态。随后在反应腔内发生反应时，控制板控制两个电磁阀160封堵排水口，随着两个反应腔内均发生反应，若两个反应腔内的反应效率保持一致，则在单位时间内进入两个调节筒150内的水保持一致，此时控制板同样控制两个发电磁阀160处于导通状态，进入安装腔154内的水直接排出安装腔154，则两个调节筒150均不伸长。

若后来导通的供给管140上连接的反应腔内反应剧烈，在单位时间内反应腔内产生大量的水蒸气，导致反应腔内的湿度增加，此时反应腔内产生大量的水蒸气进入调节筒150内部后，使得在单位时间内进入两个调节筒150内的水分不一致，在杠杆320的作用下，能够伸缩的分离外筒220所在的调节筒150伸长，不能够伸缩的分离外筒220所在的调节筒150缩短，在调节筒150伸长时，分离外筒220同步伸长，此时调节孔153与分离绞龙230的相对位置发生改变，则水蒸气与氢气在分离绞龙230内运动的时间增加，则进入分离内筒210的氢气中水蒸气的含量降低，在含水量降低的氢气再次进入供给管140内部时，含水量低的氢气能够降低反应腔内的湿度，确保反应腔内的反应能够稳定进行。

若后来导通的供给管140上连接的反应腔内反应缓慢时，在单位时间内反应腔内产生少量的水蒸气，导致反应腔内的湿度降低，此时反应腔内产生的水蒸气进入调节筒150内部后，使得在单位时间内进入两个调节筒150内的水分不一致，在杠杆320的作用下，能够伸缩的分离外筒220所在的调节筒150缩短，不能够伸缩的分离外筒220所在的调节筒150伸长，在调节筒150缩短时，分离外筒220同步缩短，此时调节孔153与分离绞龙230的相对位置发生改变，则水蒸气与氢气在分离绞龙230内运动的时间减少，则进入分离内筒210的氢气中水蒸气的含量增加，在含水量增加的氢气再次进入供给管140内部时，含水量增加的氢气能够增加反应腔内的湿度，确保反应腔内的反应能够稳定进行。

本发明实施例二中提供的一种氢燃料电池发电装置，与上述实施例不同的是：分离外筒220均不可伸缩设置，且分离外筒220与调节筒150间隔设置，其中一个调节筒150上的调节孔153处于伸缩段的下方，在调节筒150的长度发生改变时，调节孔153与分离绞龙230的相对位置发生改变，使得水蒸气与氢气的混合物沿分离绞龙230移动的距离发生改变。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种氢燃料电池发电装置，其特征在于：包括：

支架，支架包括水平的支撑板；

储气罐，储气罐固定设置于支撑板上端面，储气罐周侧壁上设置有两个放气口；

反应箱，反应箱内部具有相互隔绝的两个反应腔，每个放气口与一个反应腔之间均设置有供给管，以第一预设功率进行发电时，其中一个供给管导通，以第二预设功率进行发电时，两个供给管同时导通；

调节筒，调节筒竖直设置有两个，每个调节筒的上端连接于一个供给管，调节筒能够沿轴线方向伸缩设置，调节筒包括第一段和第二段，第一段处于第二段的上方，第一段的下端设置有开口向下的滑槽，第二段的上端设置有滑杆，滑杆能够沿滑槽滑动设置；调节筒侧壁设置有调节孔，调节孔与反应腔之间通过导气管连通，反应腔内的氢气与水蒸气能够进入导气管内；

分离组件，分离组件用于将进入调节筒内的氢气与水蒸气分离，且能够将氢气再次输送至供给管；分离组件包括分离内筒和分离外筒，分离外筒与分离内筒均同轴设置于调节筒内部，且分离内筒处于分离外筒内部，分离内筒与供给管连通；分离外筒外周设置有多个透气孔，分离内筒与分离外筒之间设置有分离绞龙，分离内筒下端设置有挡板；

杠杆，杠杆中部转动连接于支撑板，杠杆的两端分别转动连接于两个调节筒；

调节筒的第一段与第二段的连接处为伸缩段，在两个调节筒同时伸长时，其中一个调节筒上的调节孔与分离绞龙的相对位置可调设置；

其中一个分离外筒能够伸缩设置，且能够伸缩的分离外筒与调节筒固定连接，调节孔处于调节筒伸缩段的上方；或每个分离外筒均不可伸缩设置，且分离外筒与调节筒间隔设置，其中一个调节筒上的调节孔处于伸缩段的下方；

每个调节筒下端设置有排水口，调节筒内设置有封堵块，封堵块能够封堵排水口；

封堵块为电磁阀，每个调节筒上均设置有控制板，控制板能够控制电磁阀的导通状态，在调节筒内的水量达到第一设预设值时，控制板控制电磁阀导通；

在两个供给管同时导通之前，控制板控制两个电磁阀将调节筒内的水完全排空；

两个调节筒之间设置有立杆，立杆处于两个调节筒中部，立杆竖直设置；立杆的上端设置有杠杆，杠杆的中部与立杆的上端转动连接，杠杆的两端均能够伸缩设置，杠杆的两端分别转动连接于两个调节筒，初始状态时，杠杆处于水平状态，在单位时间内，两个调节筒的重量增加的量能够改变杠杆的倾斜状态；

其中第一预设功率的数值小于第二预设功率的数值。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电装置，其特征在于：挡板呈开口向下的喇叭状，挡板上设置有多个穿气孔。

3.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电装置，其特征在于：可伸缩的分离外筒上设置有第一复位件，可伸缩的调节筒上设置有第二复位件。