CN202094218U - 一种制氢系统装置及其燃料电池系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种制氢系统装置，还涉及一种包括该制氢系统装置的燃料电池系统装置。本实用新型提供的制氢系统装置包括外壳，而所述外壳内设有流体罐和反应罐，所述流体罐的出口与所述反应罐的入口相连接，所述制氢系统装置还包括连接所述流体罐和反应罐的微型泵和压力开关。本实用新型在制氢系统装置中设置微型泵与压力开关，可以利用压力开关来控制微型泵并进而控制流体从流体罐到反应罐的流速，从而使产生的氢气量更稳定；燃料电池系统装置中使用该制氢系统装置作为供氢装置供燃料电池发电时，燃料电池产生的功率和电压较稳定，燃料电池寿命长。

Description

一种制氢系统装置及其燃料电池系统装置

技术领域

本实用新型涉及一种制氢系统装置，还涉及一种包括该制氢系统装置的燃料电池系统装置。 

背景技术

目前石化能源在人类生活中扮演着主要角色，但是，一方面石化能源的存储有限；另一方面，化石能源造成生态环境的污染日益严重。氢能被认为是未来最有希望的能源之一，而它又是燃料电池的燃料之一。 

在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或质子)。质子交换膜帮助氢正离子(或质子)从阳极区迁移到阴极区，与氧气反应。电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。 

电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)。膜电极由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。 

固态的配位氢化物制氢装置的技术鲜有报道。专利号CN1845873A(2006-10-11)公开了一种氢气发生器，然而该装置至少有三个缺陷：一是装置内的反应速度较难控制，导致氢气产生量不稳定， 使得燃料电池发电的功率不稳定；二是反应速度过快会发生爆炸式反应，使得压力过大而影响燃料电池的寿命；三是制氢启动较慢，使得初期产生的氢气量不足而不能满足需要。 

实用新型内容

本实用新型的目的之一是提供一种能够稳定输出氢气的制氢系统装置。 

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种制氢系统装置，包括外壳，而所述外壳内设有流体罐和反应罐，所述流体罐的出口与所述反应罐的入口相连接，所述制氢系统装置还包括连接所述流体罐和反应罐的微型泵和压力开关。 

实用新型人经过长期试验，在制氢系统装置中的流体罐和反应罐之间设置微型泵与压力开关，将流体罐内的流体从流体罐中吸出打入装有固体配位氢化物的反应罐，通过使用微型泵和压力开关控制流体流速，使流体与固体配位氢化物发生的水解反应更均匀，从而使产生的氢气量更稳定。如果流体进入反应罐的流速过快，容易使水解速度过快、产生爆炸式反应而变得不可控。引入微型泵和压力开关，可以利用压力开关来控制微型泵并进而控制流体从流体罐到反应罐的流速。当压力达到额定最高值时，压力开关会切断微型泵的电源，流速为零；但压力低于额定最低值时，压力开关启动微型泵的电源恢复流体的流动。在微型泵开启状态下，当反应剧烈，氢气产生量加大时，反应罐压力也增大，这时所述压力开关控制所述微型泵减小流体吸出量，从而使反应罐压力降低；反之，当反应趋弱，氢气产生量变小时，反应罐压力也变小，这时所述压力开关控制所述微型泵以增大流体吸出量，从而使反应罐压力增高，最终控制氢气产生量稳定。 

作为本实用新型技术方案的一种优选，所述制氢系统装置还包括 缓冲罐，所述缓冲罐的入口与所述反应罐的出口连接。 

本实用新型在制氢系统装置中独立设置一个缓冲罐，使反应罐反应产生的氢气压力得到缓冲，使流出制氢系统装置出口的氢气流量更稳定。 

作为本实用新型技术方案的一种优选，所述的缓冲罐内加有氢气过滤试剂。所述的氢气过滤试剂主要起两个作用：一是对氢气进一步起到缓冲作用；二是对产生的氢气起过滤作用，以除去氢气中的杂质，得到纯净的氢气。 

更优选地，所述的氢气过滤试剂为酸或碱。 

作为本实用新型技术方案的进一步优选，所述制氢系统装置还包括一个电磁阀，所述电磁阀的两端分别与所述反应罐的出口和缓冲罐的入口相连接。 

在反应罐和缓冲罐之间安装电磁阀，通过设定一定的压力值，使氢气在设定的压力下流出反应罐，进入缓冲罐，进而增加缓冲罐内的氢气缓冲效果。 

作为本实用新型技术方案的进一步优选，所述制氢系统装置还包括第二个电磁阀，所述第二个电磁阀的一端与缓冲罐的出口相连接。 

本实用新型制氢系统装置中的缓冲罐和电磁阀的安装布置的优点主要有两个：一是在缓冲罐的出口安装电磁阀，通过设定一定的压力值，使氢气在设定的压力下放出并供应给燃料电池，从而使燃料电池的氢气供应较稳定，防止氢气产生量不稳定而使得燃料电池发电的功率不稳定；二是当关闭制氢系统装置总开关后，缓冲罐出口和入口的电磁阀均关闭，剩余在缓冲罐中的一部分氢气得以保存下来，使该制氢系统装置在重新启动时、反应初期氢气不够时提供氢气的来源，供燃料电池使用，从而缩短制氢系统装置的启动时间。 

作为本实用新型技术方案的一种优选，所述的微型泵和压力开关位于所述外壳内。 

作为本实用新型技术方案的一种优选，所述的两个电磁阀位于所述外壳内。 

更优选地，所述电磁阀为先导式电磁阀。 

作为本实用新型技术方案的一种优选，所述的微型泵是蠕动泵、压力陶瓷泵或隔膜泵。 

本实用新型的目的之二是提供一种燃料电池系统装置，包括所述的制氢系统装置和与所述的制氢系统装置相连接的燃料电池。 

综上所述，本实用新型具有以下有益效果： 

1.在制氢系统装置中设置微型泵与压力开关，可以利用压力开关来控制微型泵并进而控制流体从流体罐到反应罐的流速，从而使产生的氢气量更稳定； 

2.燃料电池系统装置中使用该制氢系统装置作为供氢装置供燃料电池发电时，燃料电池产生的功率和电压较稳定，燃料电池寿命长。 

附图说明

图1是本实用新型的第一个实施例的制氢系统装置示意图。 

图2是本实用新型的第二个实施例的制氢系统装置示意图。 

图3是本实用新型的第三个实施例的制氢系统装置示意图。 

图4是本实用新型的第四个实施例的制氢系统装置及燃料电池系统装置示意图。 

图5是包括本实用新型第四个实施例的制氢系统装置的燃料电池系统装置的燃料电池的电流-时间曲线。 

图中，1-微型泵；2-压力开关；3-第一电磁阀；4-第二电磁阀；5-外壳；6-流体罐；7-反应罐；8-缓冲罐；9-燃料电池。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。 

实施例一 

如图1所示，制氢系统装置包括微型蠕动泵1、压力开关2、外壳5，微型蠕动泵1和压力开关2位于外壳5之外，外壳5内设有流体罐6和反应罐7，流体罐6的出口同时通过微型蠕动泵1和压力开关2与反应罐7的入口连接。 

制氢系统装置供氢稳定试验： 

保证燃料电池的氧气供应稳定。制氢系统装置供氢给燃料电池，制氢系统装置中的反应罐7的出口与燃料电池的氢气入口相连接。将燃料电池外接灯泡，对燃料电池的功率和电压进行测试。发现其功率和电压稳定，证明制氢系统装置供氢稳定。 

燃料电池寿命试验：24小时连续供氢给燃料电池9工作，然后进行损耗检测，使用本实用新型制氢系统装置的燃料电池使用寿命可达3500小时以上。而市场上现有的燃料电池寿命为3000小时左右。 

实施例二 

如图2所示，制氢系统装置包括微型隔膜泵1、压力开关2、外壳5，微型隔膜泵1和压力开关2位于外壳5之内，外壳5内还设有流体罐6、反应罐7、缓冲罐8和第一电磁阀3，流体罐6的出口与微型蠕动泵1的入口连接，微型蠕动泵1的出口与压力开关2的入口连接，反应罐7的入口与压力开关2的出口连接，缓冲罐8的入口与反应罐7的出口连接，第一电磁阀3的入口和出口分别与反应罐7的出口和缓冲罐8的入口相连接。 

制氢系统装置供氢稳定试验同实施例一： 

制氢系统装置供氢给燃料电池，制氢系统装置中的缓冲罐8的出口与燃料电池的氢气入口相连接。将燃料电池外接电脑，对燃料电池的功率和电压进行测试。发现其功率和电压稳定，证明制氢系统装置供氢稳定。 

燃料电池寿命试验：24小时连续供氢给燃料电池9工作，然后进行损耗检测，使用本实用新型制氢系统装置的燃料电池使用寿命可达3600小时以上。 

实施例三 

如图3所示，制氢系统装置包括外壳5，外壳5内依次设置有流体罐6、反应罐7和缓冲罐8，外壳5之内还设有微型隔膜泵1、压力开关2和第二电磁阀4，微型蠕动泵1的入口和出口分别与流体罐6的出口和压力开关2的入口连接，反应罐7的入口与压力开关2的出口连接，缓冲罐8的入口和出口分别与反应罐7的出口和第二电磁阀4的一端相连接。 

制氢系统装置供氢给燃料电池9，制氢系统装置中的缓冲罐8的出口通过所述第二电磁阀4与燃料电池9的氢气入口相连接。 

制氢供氢稳定试验同实施例二：发现使用该制氢系统装置的燃料电池发电稳定。 

燃料电池寿命试验：24小时连续供氢给燃料电池9工作，然后进行损耗检测，使用本实用新型制氢系统装置的燃料电池使用寿命可达3800小时以上。 

实施例四 

如图4所示，制氢系统装置包括微型压力陶瓷泵1、压力开关2、外壳5，外壳5内设有流体罐6、反应罐7和缓冲罐8，微型压力陶瓷泵1、压力开关2、第一电磁阀3和第二电磁阀4也位于所述外壳5内，所述流体罐6的出口与所述微型压力陶瓷泵1的入口连接，所述微型压力陶瓷泵1的出口与所述压力开关2的入口连接，所述反应罐7的入口与所述压力开关2的出口连接。制氢系统装置还包括第一电磁阀3和第二电磁阀4，第一电磁阀3的两端分别与反应罐7的出口和缓冲罐8的入口相连接，第二电磁阀4的一端与缓冲罐8的出口相连接，第二电磁阀4的另一端外接燃料电池9的氢气入口。 

配制质量浓度为20％的柠檬酸，加入流体罐6内；反应罐7内加入30g固体硼氢化钠、5g吸水填料和4g作为碱性稳定剂的NaOH，然后装入反应罐7；缓冲罐内加入固体磷酸10g。 

微型压力陶瓷泵1以60ml/h的流速将20％的柠檬酸溶液打入到反应罐7中，压力开关2的额定压力为0.5个大气压，通过压力开关2控制微型压力陶瓷泵1的开启和关闭，以控制反应罐7中的反应速率。当反应罐7内的压力超过0.5个大气压时，微型压力陶瓷泵1的电源被自动切断，微型压力陶瓷泵1停止工作；当反应罐7内的压力超过0.5个大气压时，微型压力陶瓷泵1恢复工作。 

对于先导式第一电磁阀3，设定其开启压力为0.3个大气压；对于先导式第二电磁阀4，设定其开启压力为0.2个大气压。反应罐7产生的压力经过电磁阀的控制后，稳定进入缓冲罐；缓冲罐内的氢气经过缓冲罐和磷酸的二级缓冲后，又经第二电磁阀4控制，可以更稳定地进入燃料电池9的氢气入口。 

制氢系统装置中的氢气产量稳定保持在0.2m³/min，供给燃料电池。将燃料电池外接灯泡进行测试。 

燃料电池的电流-时间曲线见图5。由图5可知，制氢系统装置启动时，制氢系统装置能够迅速供应氢气供燃料电池使用，制氢系统装置的启动时间约为1min，电流在小于5min内得到稳定；检测时间为60min，在5-60min内电流保持基本恒定，证明制氢系统装置供氢稳定。 

而现有制氢系统装置的启动时间至少大于15min，且制氢过程的氢气产量波动较大。 

燃料电池寿命试验：24小时连续使用本实施例的制氢系统装置供氢给燃料电池9工作，然后进行损耗检测，使用该制氢系统装置的燃料电池使用寿命可达4000小时以上。 

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。 

Claims (10)

1.一种制氢系统装置，包括外壳(5)，其特征在于：所述外壳(5)内依次设有流体罐(6)和反应罐(7)，所述流体罐(6)的出口与所述反应罐(7)的入口相连接，所述制氢系统装置还包括连接所述流体罐(6)和反应罐(7)的微型泵(1)和压力开关(2)。

2.根据权利要求1所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述的制氢系统装置还包括缓冲罐(8)，所述缓冲罐(8)的入口与所述反应罐(7)的出口连接。

3.根据权利要求2所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述的制氢系统装置还包括第一电磁阀(3)，所述第一电磁阀(3)的两端分别与反应罐(7)的出口和缓冲罐(8)的入口相连接。

4.根据权利要求3所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述的制氢系统装置还包括第二电磁阀(4)，第二电磁阀(4)的一端与缓冲罐(8)的出口相连接。

5.根据权利要求4所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述第一电磁阀(3)和第二电磁阀(4)为先导式电磁阀。

6.根据权利要求1所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述的微型泵(1)是蠕动泵、压力陶瓷泵或隔膜泵。

7.根据权利要求1所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述的微型泵(1)和压力开关(2)位于所述外壳(5)内。

8.根据权利要求3所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述的第一电磁阀(3)位于所述外壳(5)内。 

9.根据权利要求4所述的一种制氢系统装置，其特征在于：所述的第二电磁阀(4)位于所述外壳(5)内。

10.一种燃料电池系统装置，包括权利要求1或9任一项权利要求所述的制氢系统装置和与所述制氢系统装置相连接的燃料电池(9)。 

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