CN207441872U - 一种微型燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微型燃料电池装置，属于新能源技术领域。它解决了现有的微型燃料电池装置氢气产量和流速控制不够灵敏的问题。本微型燃料电池装置，包括燃料电池、蓄水槽和反应器，反应器内具有反应腔，蓄水槽与反应腔之间通过单向水通阀相连通，反应器与燃料电池连接，反应器上还设有调节器，调节器内设有活塞且活塞将调节器分隔形成工作气室和储存有定量空气的参比气室，工作气室与反应器相连通，活塞上连接有限流板，限流板穿出调节器与单向水通阀的进水口相对且通过滑动能够改变单向水通阀的进水流量。本装置通过气压差驱动活塞移动来实现实时在线控制流入反应器的水量，最终达到及时控制氢气的产量和流速，灵敏度较高。

Description

一种微型燃料电池装置

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，涉及一种微型燃料电池装置。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种使用燃料进行化学反应产生电力的供电装置，最常见的是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池。氢燃料是一种无污染、零排放的清洁新能源，可有效缓解当下全球面临的能源和环境污染危机。另外，氢燃料电池的能量转化率很高，可以达到70％～80％，故其在能源领域具有极大的应用前景。

在高能量密度的微型燃料电池的研发中，高能量密度燃料源和受控制的燃料传输是两个重要的课题。氢供给的已知方式包括将H₂存储于压缩的储气罐中，这使得氢气的储存和运输成本显著提高且极易发生爆炸等危险，在微型燃料电池中不适用；或者也可以将氢燃料储存于碳纳米管或金属有机框架中，氢存储的量都是有限的并且能量密度低，使其在特定应用中不具备竞争性。铝基、镁基、硼氢化物等高能活化材料极易在水中发生水解反应并放出氢气，现已有技术将其作为制氢剂为燃料电池提供氢源。但是，利用高能活化材料水解释放氢气需要严格控制氢气产生和流动速率，氢气生产过剩引起泄露将降低电池能量密度，而生产不足会降低燃料电池的输出功率。

发明专利(ZL 00124379.9)公开了一种集制氢、蓄氢、供氢功能为一体的燃料电池制氢装置，包括水室、产气盒和水流控制板。其中，水流控制板由三片不锈钢板叠加而成，其在水室和产气盒之间形成通水管道，根据反应室和水室之间的压差，控制从水室进入反应室的水量，从而控制产生氢气量。上述的燃料电池制氢装置具有以下缺陷：由于反应室和水室之间的压差的反馈到控制产生氢气量的完成存在时间差，相对来说，氢气发生的产量和流速控制不够灵敏。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种微型燃料电池装置，本实用新型所要解决的技术问题是：如何实现灵敏的控制氢气和产量和流速。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种微型燃料电池装置，包括燃料电池、蓄水槽和反应器，所述反应器内具有用于盛装固体氢化物且能够供产生的氢气流出的反应腔，所述蓄水槽与反应腔之间通过单向水通阀相连通，所述反应器与燃料电池连接，其特征在于，所述反应器上还设有调节器，所述调节器内设有活塞且所述活塞将调节器分隔形成工作气室和储存有定量空气的参比气室，所述工作气室与反应器相连通，所述活塞上连接有限流板，所述限流板穿出调节器与单向水通阀的进水口相对且通过滑动能够改变单向水通阀的进水流量。

本微型燃料电池装置中，蓄水槽用于向反应器提供水源，反应器是固体氢化物燃料发生水解反应产生氢气的场所，固体氢化物燃料盛装于反应腔中，水通过单向水通阀进入反应腔发生反应释放氢气。本电池装置通过在反应器上设置调节器，调节器的工作气室与反应器相通且气压与反应器保持一致，参比气室储存有一定量的空气形成气压，用于与工作气室的气压保持平衡。当工作气室的气压升高或降低时，通过两者气压差的作用能够推动活塞向左或相右移动，使参比气室与工作气室的气压保持平衡，从而能够带动限流板的共同移动实现调节单向水通阀的进水口的流通面积，实现实时在线控制流入反应器的水量，最终达到及时控制氢气的产量和流速，灵敏度较高。另外，本电池装置还可通过调节参比气室中的气体量来控制活塞滑动的临界条件，以此来改变气体发生产量控制的临界点，从而实现给不同功率的燃料电池连续稳定地提供氢源。

在上述的微型燃料电池装置中，所述限流板上设有通水孔，所述通水孔的直径与单向水通阀进水口的口径相匹配，所述限流板穿出调节器且通过滑动所述通水孔能够与单向水通阀的进水口相对或错开。工作气室与参比气室产生气压差后，活塞滑动带动限流板移动，从而能够使得通水孔能够与单向水通阀的进水口相对或错开的量，以此来调节进水口的连通面积，实现实时在线控制流入反应器的水量，最终达到及时控制氢气的产量和流速，灵敏度较高。

在上述的微型燃料电池装置中，所述反应器内具有若干个反应腔，每个反应腔与蓄水槽之间均通过一个单向水通阀连通，所述限流板上的通水孔的数量与单向水通阀的数量相同，所述限流板穿出调节器且通过滑动每个通水孔能够与对应单向水通阀的进水口相对或错开。反应腔的数量可以设置为多个也可以设置为一个，可以根据实际氢气发生需求量和流速要求改变。

在上述的微型燃料电池装置中，相邻的通水孔之间的间距大于通水孔的直径。相邻通水孔之间的间距大于通水孔的直径，以保证停止反应时，限流隔板能够完全覆盖单向水通阀的进水口，使水无法通过。

在上述的微型燃料电池装置中，所述工作气室通过气室导通阀与所述反应器相连通。

在上述的微型燃料电池装置中，本微型燃料电池装置还包括氢气储存槽，所述反应器通过气体流通阀与所述氢气储存槽相连通，所述氢气储存槽与所述燃料电池相连通。氢气储存槽可作为

燃料电池的主流道，用于将反应器内水解反应产生的氢气集中收集，再均匀分配至燃料电极上进行反应。

在上述的微型燃料电池装置中，所述气体流通阀与反应器的连通处还设有防水透气膜。防水透气膜采用疏水性材料制备而成，能够阻止反应器一侧的水汽进入氢气储存槽中。

在上述的微型燃料电池装置中，所述气体流通阀上还设有气体流量计。气体流量计用于检测氢气流量，为了进一步保证氢气流量的稳定性。

在上述的微型燃料电池装置中，所述燃料电池包括若干串联的电池单体，每个电池单体均包括阴极流道板和阳极流道板，每个电池单体上的阳极流道板均与所述氢气储存槽相连通。阴极流道板和阳极流道板之间还具有阴极膜电极、质子交换膜电解质和阳极膜电极三层结构，阴极流道板为单面结构，并且为多孔结构，用于被动式氧化剂供给。阳极流道板为双面结构，且可以设置为蛇形或者主副流道交叉形，用于将氢气燃料的均匀分配至膜电极上进行反应。电池单体间的串联方式为层叠式，且相邻单体之间留有空隙用于空气的扩散，所有的单体通过两端的固定板固定。

在上述的微型燃料电池装置中，所述阴极流道板通过管道与所述蓄水槽相连通。阴极流道板可外接管道收集阴极反应生成的水，并且收集的水可输送回蓄水槽中循环利用。

与现有技术相比，本微型燃料电池装置具有以下优点：

1、通过工作气室和参比气室的气压差驱动活塞移动，使参比从而能够带动限流板的共同移动实现调节单向水通阀的进水口的流通面积，实现实时在线控制流入反应器的水量，最终达到及时控制氢气的产量和流速，灵敏度较高。

2、通过调节参比气室中的气体量来控制活塞滑动的临界条件，以此来改变气体发生产量控制的临界点，从而实现给不同功率的燃料电池连续稳定地提供氢源。

附图说明

图1是本微型燃料电池装置的结构示意图。

图2是限流板的结构示意图。

图3是电池单体的结构示意图。

图中，1、燃料电池；1a、阴极流道；1b、阳极流道；2、蓄水槽；3、反应器；3a、反应腔；4、单向水通阀；5、调节器；5a、活塞；5b、工作气室；5c、参比气室；5d、限流板；5d1、通水孔；5e、气室导通阀；6、氢气储存槽；7、气体流通阀；8、防水透气膜。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本微型燃料电池装置，包括燃料电池1、蓄水槽2、反应器3和氢气储存槽6。

反应器3内具有用于盛装固体氢化物且能够供产生的氢气流出的反应腔3a，蓄水槽2与反应腔3a之间通过单向水通阀4相连通。反应器3上还设有调节器5，调节器5内设有活塞5a且活塞5a将调节器5分隔形成工作气室5b和储存有定量空气的参比气室5c，工作气室5b通过气室导通阀5e与反应器3相连通。

如图1和2所示，活塞5a上连接有限流板5d，限流板5d上设有通水孔5d1，通水孔5d1的直径与单向水通阀4进水口的口径相匹配。反应器3内具有若干个反应腔3a，每个反应腔3a与蓄水槽2之间均通过一个单向水通阀4连通，所限流板5d上的通水孔5d1的数量与单向水通阀4的数量相同，相邻的通水孔5d1之间的间距大于通水孔5d1的直径，限流板5d穿出调节器5且通过滑动每个通水孔5d1能够与对应单向水通阀4的进水口相对或错开。工作气室5b与参比气室5c产生气压差后，活塞5a滑动带动限流板5d移动，从而能够使得通水孔5d1能够与单向水通阀4的进水口相对或错开的量，以此来调节进水口的连通面积，实现实时在线控制流入反应器3的水量，最终达到及时控制氢气的产量和流速，灵敏度较高。另外，还可通过调节参比气室5c中的气体量来控制活塞5a滑动的临界条件，以此来改变气体发生产量控制的临界点，从而实现给不同功率的燃料电池1连续稳定地提供氢源。当然，反应腔3a的数量可以设置为多个也可以设置为一个，可以根据实际氢气发生需求量和流速要求改变。

反应器3通过气体流通阀7与氢气储存槽6相连通，气体流通阀7与反应器3的连通处还设有防水透气膜8，防水透气膜8采用疏水性材料制备而成，能够阻止反应器3一侧的水汽进入氢气储存槽6中。气体流通阀7上还设有气体流量计，用于检测氢气流量，为了进一步保证氢气流量的稳定性。

如图1和3所示，燃料电池1包括若干串联的电池单体，每个电池单体均包括阴极流道板1a和阳极流道板1b，阴极流道板1a和阳极流道板1b之间还具有阴极膜电极、质子交换膜电解质和阳极膜电极三层结构。每个电池单体上的阳极流道板1b均与氢气储存槽6相连通，阳极流道板1b为双面结构，且可以设置为蛇形或者主副流道交叉形，用于将氢气燃料的均匀分配至膜电极上进行反应。阴极流道板1a为单面结构，并且为多孔结构，用于被动式氧化剂供给，阴极流道板1a还通过管道与蓄水槽2相连通，能够收集阴极反应生成的水，并且收集的水可输送回蓄水槽2中循环利用。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种微型燃料电池装置，包括燃料电池(1)、蓄水槽(2)和反应器(3)，所述反应器(3)内具有用于盛装固体氢化物且能够供产生的氢气流出的反应腔(3a)，所述蓄水槽(2)与反应腔(3a)之间通过单向水通阀(4)相连通，所述反应器(3)与燃料电池(1)连接，其特征在于，所述反应器(3)上还设有调节器(5)，所述调节器(5)内设有活塞(5a)且所述活塞(5a)将调节器(5)分隔形成工作气室(5b)和储存有定量空气的参比气室(5c)，所述工作气室(5b)与反应器(3)相连通，所述活塞(5a)上连接有限流板(5d)，所述限流板(5d)穿出调节器(5)与单向水通阀(4)的进水口相对且通过滑动能够改变单向水通阀(4)的进水流量。

2.根据权利要求1所述的微型燃料电池装置，其特征在于，所述限流板(5d)上设有通水孔(5d1)，所述通水孔(5d1)的直径与单向水通阀(4)进水口的口径相匹配，所述限流板(5d)穿出调节器(5)且通过滑动所述通水孔(5d1)能够与单向水通阀(4)的进水口相对或错开。

3.根据权利要求2所述的微型燃料电池装置，其特征在于，所述反应器(3)内具有若干个反应腔(3a)，每个反应腔(3a)与蓄水槽(2)之间均通过一个单向水通阀(4)连通，所述限流板(5d)上的通水孔(5d1)的数量与单向水通阀(4)的数量相同，所述限流板(5d)穿出调节器(5)且通过滑动每个通水孔(5d1)能够与对应单向水通阀(4)的进水口相对或错开。

4.根据权利要求3所述的微型燃料电池装置，其特征在于，相邻的通水孔(5d1)之间的间距大于通水孔(5d1)的直径。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的微型燃料电池装置，其特征在于，所述工作气室(5b)通过气室导通阀(5e)与所述反应器(3)相连通。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的微型燃料电池装置，其特征在于，本微型燃料电池装置还包括氢气储存槽(6)，所述反应器(3)通过气体流通阀(7)与所述氢气储存槽(6)相连通，所述氢气储存槽(6)与所述燃料电池(1)相连通。

7.根据权利要求6所述的微型燃料电池装置，其特征在于，所述气体流通阀(7)与反应器(3)的连通处还设有防水透气膜(8)。

8.根据权利要求6所述的微型燃料电池装置，其特征在于，所述气体流通阀(7)上还设有气体流量计。

9.根据权利要求6所述的微型燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池(1)包括若干串联的电池单体，每个电池单体均包括阴极流道板(1a)和阳极流道板(1b)，每个电池单体上的阳极流道板(1b)均与所述氢气储存槽(6)相连通。

10.根据权利要求9所述的微型燃料电池装置，其特征在于，所述阴极流道板(1a)通过管道与所述蓄水槽(2)相连通。