CN218769638U - 一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水解制氢反应装置技术领域，具体来说是一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，包括外壳，外壳内设置有反应机构和分离净化机构：反应机构包括原料进液箱和燃料罐，二者通过第一管体贯通连接，第一管体上设置有蠕动泵；分离净化机构通过第二管体贯通设置于燃料罐与燃料电池之间；分离净化机构与燃料电池之间的第二管体上还设置有背压阀和电磁阀；第二管体上还贯通设置有第三管体，第三管体上设置有安全阀。本实用新型提供了一种产气量易于控制、以及氢能燃料电池内供气速率易于控制的电源设备。

Description

一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备

技术领域

本实用新型涉及水解制氢反应装置技术领域，具体来说是一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备。

背景技术

近年来传统便携式电源产业发展迅猛，在产品的各个方面都做出了许多改进与提升。然而，在面对飞速发展的电子产品时，现有的便携式移动电源却受限于电力续航和轻便稳定等性能问题，难以与其携手共进，面对这些制约行业发展的痛点，传统便携式电源产业暂时未能提出妥善的解决方案。现在市场上的主流是以锂电池为代表的储能电源，虽然它具有较高的能量密度和较好的循环充放电性能，但其安全性较差，有爆炸风险。此外，由于储能电池是一种二次电池，提高其电池容量必须以增加电池组的数量为代价，难以兼顾轻便和持久。而其他种类的应急电源，如太阳能电池受时间、气候和季节等环境因素影响较大，导致其输出电能不稳定，无法保证即时且快速的电力响应；传统燃油发电机则会产生严重的噪音污染与环境污染，且操作复杂，易发生故障，需要较长时间的预热才能达到最大功率，产生较多的资源浪费。

近年来氢能和燃料电池的迅猛发展，为当前便携式移动电源面临的困境，提供了很好的解决思路与方案。氢能是一种热值高，燃烧产物无污染的新型能源；质子交换膜燃料电池作为氢能源的直接利用形式，可以将氢气和氧气从化学能直接转换成电能，具有能量密度高、转化效率高、环境友好等特点。面对当前市场对便携式移动电源轻便安全、电力持久的诉求，氢燃料电池高比能量、高转化效率、工作性能稳定等特点能很好的满足其需要。

然而，现有技术的便携式氢能燃料电池在提供了高比能量、高转化效率、工作性能稳定等优势的同时，依然存在一定的风险，主要在于，由于制氢的产气量、以及氢能燃料电池内供气速率不易控制，继而易于导致因系统超压而造成危险，因此需要一种气体安全可控的、结构简单的制氢装置。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，本实用新型采用模块化的制氢单元设计，构建燃料电池供氢系统，以现场制氢的方式为燃料电池稳定、持久供氢，很好的突破了氢气制储困难，运输成本高的限制；同时本实用新型提供了一种产气量易于控制、以及氢能燃料电池内供气速率易于控制的电源设备。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，包括外壳，所述外壳内设置有反应机构和分离净化机构，所述反应机构用于催化制氢：

所述反应机构包括原料进液箱和燃料罐，二者通过第一管体贯通连接，所述第一管体上设置有蠕动泵；

所述分离净化机构通过第二管体贯通设置于所述燃料罐与燃料电池之间；所述分离净化机构与所述燃料电池之间的所述第二管体上还设置有背压阀和电磁阀，且所述背压阀靠近所述燃料电池；

所述第二管体上还贯通设置有第三管体，所述第三管体上设置有安全阀；

所述燃料电池与所述原料进液箱贯通连接。

优选的，所述燃料罐上设置有液位传感器，所述外壳内壁上还设置有控制器和储能电池，所述外壳外壁上设置有操作面板，所述控制器分别与所述液位传感器、所述操作面板、所述蠕动泵、所述电磁阀以及所述储能电池电性连接，所述储能电池还能够与所述燃料电池电性连接。

优选的，所述分离净化机构包括球形干燥管和填充管，所述填充管设置于所述球形干燥管上。

优选的，所述填充管内填充有吸附内容物，所述吸附内容物包括活性炭、吸附棉。

优选的，所述第二管体上、位于所述分离净化机构与所述电磁阀之间还设置有氢气缓冲储罐。

优选的，所述燃料罐内填充有水解制氢材料和催化剂，所述水解制氢材料包括氢化镁、硼氢化钠，且贯通至所述燃料罐内的所述第一管体端部上设置有雾化喷头。

优选的，所述原料进液箱内填充有原料液，且所述原料进液箱上设置有进料管，所述进料管上设置有开关。

优选的，所述外壳上开设有通风口，且所述外壳侧壁上设置有散热器。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型采用以固体氢化物在线制氢技术耦合质子交换膜燃料电池组成的便携式电源系统设计，采用模块化的制氢单元设计，构建燃料电池供氢系统，以现场制氢的方式为燃料电池稳定、持久供氢，很好的突破了氢气制储困难，运输成本高的限制；

本实用新型具有较高的系统储氢容量，本实用新型的装置设计最大程度上发挥了制氢材料的水解制氢能力，即以加入反应液的速率来控制产氢速率，避免了过量反应液对系统储氢容量的影响，且燃料电池工作副产物水可回收至原料进液箱内，用于进一步水解反应；

2、本实用新型提供的是一种氢燃料电池便携式电源系统，由水解制氢材料与水反应在线制氢，氢气供给质子交换膜燃料电池进行发电，具有即开即用、能量密度高、长时供电、无噪声或环境污染等特点，使得起停方便，燃料电池发电功率可调，通过控制反应液输送装置即可控制产氢量与速率，进而控制发电功率。

3、本实用新型提供的燃料电池安全可控，燃料电池电源设备集成了压力检测器件，如背压阀、安全阀、电磁阀，本实用新型还设置了液位传感器、蠕动泵、控制器、操作面板和储能电池，为了安全本实用新型还设置了散热器和通风口，使得电源设备无安全隐患，设备运行不产生噪声或其他污染，绿色环保。

附图说明

图1为本实用新型一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备的内部结构示意图。

附图标记说明：

1、原料进液箱；2、蠕动泵；3、氢气缓冲储罐；4、散热器；5、燃料罐；6、水解制氢材料和催化剂；8、安全阀；9、球形干燥管；10、雾化喷头；11、燃料电池；12、液位传感器；13、背压阀；19、填充管；20、通风口；21、外壳；22、第一管体；24、第二管体；26、进料管；27、第三管体；30、储能电池；32、电磁阀；33、操作面板。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。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的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。本实用新型各实施例中实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，如图1所示，包括外壳21，通过外壳21实现整个燃料电池的便携，所述外壳21内设置有反应机构和分离净化机构，所述反应机构用于催化制氢，分离净化机构用于氢气的净化和使用：

所述反应机构包括原料进液箱1和燃料罐5，二者通过第一管体22贯通连接，所述第一管体22上设置有蠕动泵2，蠕动泵2将原料进液箱1中的原料液输送至燃料罐5内，原料液与水解制氢材料和催化剂接触后发生反应开始制氢；

所述分离净化机构通过第二管体24贯通设置于所述燃料罐5与燃料电池11之间；所述分离净化机构与所述燃料电池11之间的所述第二管体24上还设置有背压阀13和电磁阀32，且所述背压阀13靠近所述燃料电池11；背压阀13用于控制输入燃料电池11内的氢气压力；

所述第二管体24上还贯通设置有第三管体27，所述第三管体27上设置有安全阀8，燃料电池内压力超出阈值后，通过安全阀8进行氢气量的调控；

所述燃料电池11与所述原料进液箱1贯通连接，燃料电池11反应后产生的水回流至原料进液箱1内。

进一步的，所述燃料罐5上设置有液位传感器12，所述外壳21内壁上还设置有控制器和储能电池30，所述外壳21外壁上设置有操作面板33，所述控制器分别与所述液位传感器12、所述操作面板33、所述蠕动泵2、所述电磁阀32以及所述储能电池30电性连接，液位传感器12感应到燃料罐5内达到最大液位高度时，通过控制器迫使蠕动泵2停止工作，进而调控氢气产量，所述储能电池30还与所述燃料电池11电性连接，此时通过燃料电池11还能够向储能电池30供电；

电磁阀32通过储能电池30供电，并通过操作面板33上的开关实现控制，即蠕动泵2开关、电磁阀32开关串联后与操作面板33电性连接，打开操作面板33上的开关后，蠕动泵2将原料进液箱1内的水排入燃料罐5产氢，电磁阀32联通，氢气进入燃料电池11开始发电；关闭操作面板33上的开关后，蠕动泵2停止工作，电磁阀32关闭，氢气停止进入燃料电池11，期间产生的氢气进入氢气缓冲储罐3中。

进一步的，所述干燥冷凝机构包括球形干燥管9和填充管19，所述填充管19设置于所述球形干燥管9上，且所述填充管19内填充有疏松多孔的吸附内容物，所述吸附内容物包括但不限于活性碳、吸附棉等，反应产生的氢气先进入球形干燥管9进行干燥处理，再经由填充管19内的吸附内容物过滤掉颗粒状物质，实现进一步除杂。

进一步的，所述第二管体24上、位于所述分离净化机构与所述电磁阀32之间还设置有氢气缓冲储罐3，氢气缓冲储罐3为缓冲罐或气囊，用于进行氢气的短暂性存储。

进一步的，所述燃料罐5内填充有常规的水解制氢材料和催化剂，所述水解制氢材料包括但不限于氢化镁、硼氢化钠，且贯通至所述燃料罐5内的所述第一管体22端部上设置有雾化喷头10，雾化喷头10增大原料液与水解制氢材料和催化剂的接触面积，使反应更加高效和充分，所述原料进液箱1内填充有原料液，所述原料液为去离子水或含有催化剂的水溶液，且所述原料进液箱1上设置有进料管26，所述进料管26上设置有开关，原料液经由进料管26加入至燃料罐5中，并采用开关将进料管26封闭，避免引入其他杂质；所述燃料电池11的出水口与所述原料进液箱1贯通连接。

进一步的，所述外壳21上开设有通风口20，泄放压力的氢气经由通风口20排出，且所述外壳21侧壁上还设置有散热器4，散热器4实现整个燃料电池电源设备的散热降温。

使用方法：本实用新型在使用时，准备工作：首先向燃料罐5中加入高性能水解制氢材料，如合金(氢化物)、硼氢化物和催化剂等，再向原料液储箱1中添加原料液至合适水位；

开始工作：打开操作面板33上的开关，通过控制器使蠕动泵2开始运行，调节蠕动泵2的流速，蠕动泵2将原料液储箱1中的原料液输送至燃料罐5中，原料液与催化剂接触后发生反应开始制氢；反应产生的氢气先进入至球形干燥管9内进行干燥处理，再通过填充管19内的吸附内容物二次过滤掉颗粒状物质，得到净化的氢气，经过净化后的氢气先储存于氢气缓冲储罐3内，再供燃料电池使用；

内部水循环：燃料电池11工作副产物水进入原料液储箱1再次参与制氢，提高体系的储氢密度和材料使用率；

压力控制：电磁阀32通过储能电池30供电，并通过操作面板33上的开关实现控制，也即蠕动泵2开关、电磁阀32开关串联后与操作面板33电性连接，打开操作面板33上的开关后，蠕动泵2将原料进液箱1内的水排入燃料罐5产氢，电磁阀32联通，氢气进入燃料电池11开始发电；关闭操作面板33上的开关后，蠕动泵2停止工作，原料液停止向燃料罐5中输送液体，反应停止即燃料电池停止工作；同时电磁阀32关闭，氢气停止进入燃料电池11，这期间产生的氢气进入氢气缓冲储罐3中；

压力安全阀：背压阀13用于控制输入燃料电池11内的氢气压力，当管路内气体压力达到安全设定值时，背压阀13自动打开，向燃料电池11输出氢气；

当安全阀8探测到整个电源设备内压力达到高限时，安全阀8自动打开泄放压力，防止系统超压造成危险。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，包括外壳(21)，其特征在于，所述外壳(21)内设置有反应机构和分离净化机构，所述反应机构用于催化制氢：

所述反应机构包括原料进液箱(1)和燃料罐(5)，二者通过第一管体(22)贯通连接，所述第一管体(22)上设置有蠕动泵(2)；

所述分离净化机构通过第二管体(24)贯通设置于所述燃料罐(5)与燃料电池(11)之间；所述分离净化机构与所述燃料电池(11)之间的所述第二管体(24)上还设置有背压阀(13)和电磁阀(32)，且所述背压阀(13)靠近所述燃料电池(11)；

所述第二管体(24)上还贯通设置有第三管体(27)，所述第三管体(27)上设置有安全阀(8)；

所述燃料电池(11)与所述原料进液箱(1)贯通连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，其特征在于，所述燃料罐(5)上设置有液位传感器(12)，所述外壳(21)内壁上还设置有控制器和储能电池(30)，所述外壳(21)外壁上设置有操作面板(33)，所述控制器分别与所述液位传感器(12)、所述操作面板(33)、所述蠕动泵(2)、所述电磁阀(32)以及所述储能电池(30)电性连接，所述储能电池(30)还能够与所述燃料电池(11)电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，其特征在于，所述分离净化机构包括球形干燥管(9)和填充管(19)，所述填充管(19)设置于所述球形干燥管(9)上。

4.根据权利要求3所述的一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，其特征在于，所述填充管(19)内填充有吸附内容物，所述吸附内容物包括活性炭、吸附棉。

5.根据权利要求1所述的一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，其特征在于，所述第二管体(24)上、位于所述分离净化机构与所述电磁阀(32)之间还设置有氢气缓冲储罐(3)。

6.根据权利要求1所述的一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，其特征在于，所述燃料罐(5)内填充有水解制氢材料和催化剂，所述水解制氢材料包括氢化镁或硼氢化钠，且贯通至所述燃料罐(5)内的所述第一管体(22)端部上设置有雾化喷头(10)。

7.根据权利要求1所述的一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，其特征在于，所述原料进液箱(1)内填充有原料液，且所述原料进液箱(1)上设置有进料管(26)，所述进料管(26)上设置有开关。

8.根据权利要求1所述的一种基于水解制氢单元的燃料电池电源设备，其特征在于，所述外壳(21)上开设有通风口(20)，且所述外壳(21)侧壁上设置有散热器(4)。

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