CN218274673U - 一种电解水制氢系统中的燃料电池单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电解水制氢系统中的燃料电池单元，包括太阳能板、逆变器、储能电池、电解水制氢装置、固态金属储氢模块、氧气储蓄模块与燃料电池单元；所述太阳能板、逆变器、储能电池、电解水制氢装置依次连接，且所述固态金属储氢模块与氧气储蓄模块均设置于电解水制氢装置的输出端，分别与氢气的输出管道、氧气的输出管道相互连接；所述燃料电池单元的输入端同时与氧气储蓄模块、固态金属储氢模块连接。本申请中的燃料电池单元能够在电解水制氢系统中所制得的氧气储存在氧气储蓄罐内，然后在燃料电池单元再将所储存的氧气供给燃料电池进行加热，从而产生电力与热能；循环利用氧气的方式提高了氧气的利用率，降低了燃料电池中的成本。

Description

一种电解水制氢系统中的燃料电池单元

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种电解水制氢系统中的燃料电池单元。

背景技术

目前，制取氢气的方法主要有各种矿物质燃料制氢、氯碱工业副产物制氢、电解水制氢、生物质制氢以及光化学催化制氢等。其中，各种矿物燃料制氢法由于制氢成本最低，适用规模大，电解水制氢是目前最主要的制氢方法。而在现有的电解水制氢耦合燃料电池热电联产系统中，电解水制氢系统产生的氧气并没有得到充分的利用，都是直接将氧气放置于空气中，而热电联产用的燃料电池空气端的压缩机在工作过程中，又需要消耗氧气以供压缩机工作，如此一放一需求即造成了氧气的浪费，同时也造成了成本的增加。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电解水制氢系统中的燃料电池单元。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种电解水制氢系统中的燃料电池单元，解决了上述背景技术中提出的关于燃料电池在工作中即造成了氧气的浪费，也造成了成本增加的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电解水制氢系统中的燃料电池单元，包括太阳能板、逆变器、储能电池、电解水制氢装置、固态金属储氢模块、氧气储蓄模块与燃料电池单元；所述太阳能板、逆变器、储能电池、电解水制氢装置依次连接，且所述固态金属储氢模块与氧气储蓄模块均设置于电解水制氢装置的输出端，分别与氢气的输出管道、氧气的输出管道相互连接；所述燃料电池单元的输入端同时与氧气储蓄模块、固态金属储氢模块连接；

所述燃料电池单元包括氧气供应单元与燃料电池，所述氧气供应单元与燃料电池之间设置有压力传感器，且所述压力传感器与燃料电池之间设置有空气压缩机；所述燃料电池上还连接有氢气供应单元，且所述氧气供应单元与氢气供应单元均与电解水制氢结构的输出端连接。

进一步的，所述固态金属储氢模块包括若干个储氢子单元与温度控制单元，所述储氢子单元与温度控制单元之间通过管道连接；所述每个储氢子单元相互独立设置。

进一步的，所述储氢子单元包括缓冲单元与若干个储氢单元，且所述若干个储氢单元之间依次连接；所述缓冲单元与电解水制氢装置的氢气输出管道连接；所述所有的储氢单元均与燃料电池单元连接。

进一步的，所述储氢单元与缓冲单元之间、缓冲单元上均设置有压力传感器；所述储氢单元与燃料电池单元之间设置有温度传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本申请中的燃料电池单元能够在电解水制氢系统中所制得的氧气储存在氧气储蓄罐内，然后在燃料电池单元再将所储存的氧气供给燃料电池进行加热，从而产生电力与热能；循环利用氧气的方式提高了氧气的利用率，降低了燃料电池中的成本。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1是本实用新型中的结构示意图；

图2是本实用新型中固态金属储氢模块的结构示意图；

图3是本实用新型中燃料电池单元的结构示意图。

附图中：

1、太阳能板；2、逆变器；3、储能电池；4、电解水制氢装置；5、固态金属储氢模块；6、氧气储蓄模块；7、燃料电池单元；8、用户；9、储氢单元；10、缓冲单元；11、流量计；12、燃料电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供以下技术方案:

如图所示，现有专利号为：CN113074095B，专利名称为：一种太阳能和热声发电联合制氢系统，该专利中包括太阳能集热装置、热声发电装置和电解水制氢装置，所述太阳能集热装置的输出端通过输热总管道分别与所述热声发电装置和所述电解水制氢装置连接，所述热声发电装置通过电能转换装置与所述电解水制氢装置连接；所述电解水制氢装置为采用固体氧化制氢方式制氢的电解水制氢装置。

本申请中的整个系统分为太阳能板、逆变器、储能电池、电解水制氢装置、固态金属储氢、燃料电池单元与储氢罐用户构成，相比于现有技术，本实施例中利用固态金属储蓄模块来存储氢气，提高了氢气在存储中的安全性。

太阳能板获取太阳能，经过逆变器将电力输送给用户使用，多余的电力分配给储能电池，用于储能和电解水制氢装置，储能电池的电力也可以输送给电解水制氢装置。电解水制氢装置工作时会产生氢气和氧气，氢气进入固态金属储蓄模块，氧气进入氧气储蓄模块。固态金属储蓄模块存储的氢气可以输送给燃料电池单元发电，氧气储蓄模块存储的氧气在燃料电池单元工作时，将氧气输送给燃料电池工作。

固态金属储氢模块在进行氢气储蓄反应时，将释放的热量输送给用户使用。燃料电池单元工作时，所释放的部分热量供给固态金属储氢模块，用于固态金属储氢模块进行氢气释放。当释放氢气的反应热量不足时，燃料电池单元也可以供给部分电能用于固态金属储氢模块进行加热。

燃料电池单元工作时产生的热量，一部分用来供给固态金属储氢模块，另一部分供给用户使用。燃料电池单元工作时所产生的电力，一部分供给用户使用，另一部分供给固态金属储氢模块放氢反应使用。

固态金属储氢模块包括储氢单元、缓冲单元、氢气管道与各部分之家连接的管道。固态金属储氢模块由若干个储氢子单元与温度控制单元构成，储氢子单元与温度控制单元之间通过管道连接，每个储氢子单元为并列设置，相互之间可以独立工作。温度控制单元为现有技术，该温度控制单元既能够给固态金属储氢模块冷却，也能够给固态金属储氢模块提供热量，本实施例中的温度控制单元是利用水流来进行升温与降温操作。每个储氢子单元由独立的储氢单元与缓冲单元组成，且缓冲单元通过管道与固态金属储氢模块的氢气输出管道相互连接，储氢单元通过水管与燃料电池单元、用户相互连接。固态金属储蓄模块中的储氢子单元设置，能够在每个储氢子单元内独立存储氢气、释放氢气，有助于吸氢反应与放氢反应的独立控制，也有利于控制氢气的释放速度。

固态金属储氢控制模块的水管上设置有电磁阀与温度传感器，缓冲单元与储氢单元之间设置有电磁阀与压力传感器。

固态金属储氢模块进行氢气存储反应时，氢气由总管进入各个储氢子单元，氢气先进入储氢子单元中的缓冲单元，缓冲单元上设置压力传感器，缓冲单元与储氢单元之间也设置有压力传感器，两个地方的压力传感器分别记录不同地方的氢气进入量，当进入量超过设置的压力值时，关闭相应的电磁阀。存储氢气的过程中，氢气逐渐由缓冲单元进入储氢单元，随着固态金属储氢模块的吸氢反应进行，吸氢反应逐渐饱和，压力传感器的压强会逐渐上升，当压强达到设定值时，证明吸氢反应结束，关闭对应的电磁阀。同时，吸氢反应进行时，固态金属储氢模块会逐渐放热，储氢单元与燃料电池单元之间管道内进入冷水，冷水逐渐流过每个储氢单元，将吸氢反应时产生的热量带走，由出水管道流出。水管上有温度传感器，会监测水温，当水温达到或者超过设定的温度时，会加水管内部的水流量，从而将储氢单元内的温度降低至设定的温度内。氧气储蓄模块与固态金属储蓄模块的连接，提高了电解水制氢装置释放的氧气的利用利用率，同时将氧气储蓄模块与燃料电池单元的连接，提高了燃料电池阴极中的氧气浓度，使阴极的空气压缩机不需要很大的功耗便可以为燃料电池提供充足的氧气，提高系统的工作效率。

而当固态金属储氢单元进行放氢反应时，水管入口会进入热水，当水温不足时，水温会通过三通阀进入加热模块，对水温加热，热水进入储氢单元给单个单元进行加热，从而达到固态金属储氢单元需要的温度，固态金属储氢单元工作释放出氢气。缓冲单元与储氢单元之间的压力传感器和缓冲单元上的压力传感器压强不在上升时，说明该储氢子单元内部的氢气释放结束。吸氢反应时，多个储氢单元同时进行吸氢工作；放氢反应时，单个储氢子单元独立进行，用于控制整个系统的放氢速度。本实施例中充分利用了固态金属储氢模块在吸氢过程中释放的热量，为用户提供热水；同时也可以利用燃料电池产生的余热促进固态金属储氢模块的放氢反应。

燃料电池单元由依次设置的氧气储蓄罐、减压阀、压力传感器、比例调节阀、流量计、空气压缩机与燃料电池，且燃料电池还与固态金属储氢单元连接。氧气储蓄罐用于存储电解水制氢时产生的副产物氧气，减压阀用于调节固态金属储蓄单元出来的氢气压强，压力传感器用于监测内部气体的压强，比例调节阀和流量计用于调节氧气储蓄罐中出来的氧气流量。空气压缩机用于为燃料电池反应提供所需要的空气。燃料电池在工作的过程汇总消耗氧气，同时在工作中空气和氢气产生电力和热能，电力和热能分别供给用户与固态金属储蓄单元使用。在燃料电池的工作过程中，氧气的纯度大于99％，空气中的氧含量为21％，当氧气储蓄罐释放氧气时，会提高燃料电池阴极中的氧气浓度，提高燃料电池的工作效率。此外，阴极中的氧气浓度提高的同时，可以降低空气压缩机的转速，降低空气压缩机的电耗，从而提高整个系统发电效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电解水制氢系统中的燃料电池单元，其特征在于：包括太阳能板(1)、逆变器(2)、储能电池(3)、电解水制氢装置(4)、固态金属储氢模块(5)、氧气储蓄模块(6)与燃料电池单元(7)；所述太阳能板(1)、逆变器(2)、储能电池(3)、电解水制氢装置(4)依次连接，且所述固态金属储氢模块(5)与氧气储蓄模块(6)均设置于电解水制氢装置(4)的输出端，分别与氢气的输出管道、氧气的输出管道相互连接；所述燃料电池单元(7)的输入端同时与氧气储蓄模块(6)、固态金属储氢模块(5)连接；

所述燃料电池单元(7)包括氧气供应单元与燃料电池(12)，所述氧气供应单元与燃料电池(12)之间设置有压力传感器，且所述压力传感器与燃料电池(12)之间设置有空气压缩机；所述燃料电池(12)上还连接有氢气供应单元，且所述氧气供应单元与氢气供应单元均与电解水制氢结构的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢系统中的燃料电池单元，其特征在于：所述固态金属储氢模块(5)包括若干个储氢子单元与温度控制单元，所述储氢子单元与温度控制单元之间通过管道连接；所述每个储氢子单元相互独立设置。

3.根据权利要求2所述的一种电解水制氢系统中的燃料电池单元，其特征在于：所述储氢子单元包括缓冲单元(10)与若干个储氢单元(9)，且所述若干个储氢单元(9)之间依次连接；所述缓冲单元(10)与电解水制氢装置(4)的氢气输出管道连接；所述所有的储氢单元(9)均与燃料电池单元(7)连接。

4.根据权利要求3所述的一种电解水制氢系统中的燃料电池单元，其特征在于：所述储氢单元(9)与缓冲单元(10)之间、缓冲单元(10)上均设置有压力传感器；所述储氢单元(9)与燃料电池单元(7)之间设置有温度传感器。

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