CN108046212A - 一种应用于燃料电池的水解制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于燃料电池的水解制氢装置，包括反应容器、进水管、第一氢气输出管、第二氢气输出管和储水容器，所述进水管和所述第一氢气输出管均一端与所述反应容器的顶部连通、另一端伸入到所述储水容器内且位于所述储水容器底部，所述进水管位于所述储水容器中的一端还连接有水泵，所述第二氢气输出管一端与所述储水容器连通、另一端与燃料电池的输入口连通，所述反应容器中放置有制氢材料。本发明应用于燃料电池的水解制氢装置集制氢、储氢和用氢于一体，结构简单、安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及氢气制备技术领域，特别是涉及一种应用于燃料电池的水解制 氢装置。
背景技术
能源不仅是人类社会生存和不断向前发展的基础和重要保障，而且也是如 今世界各国政治、经济、外交所关注的焦点。纵观历史，人类社会的每一次进 步都伴随着能源的变化。现阶段世界能源构成还是以煤、石油、天然气三大传 统能源为主。而现如今，我国经济发展步入新常态，能源消费增速放缓，但发 展质量和效率问题突出，供给侧结构性改革刻不容缓。由于三大传统能源的不 可再生性以及其使用时会带来的严重的环境污染，人类社会正面临着一场严重 的能源危机和环境危机。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确指出： 能源是未来15年我国科技发展的重要领域，低成本规模化开发利用清洁能源则是重点研究领域和优先资助课题。
氢是元素周期表中的一号元素，也是已知元素中最小最轻的元素，同时氢 也是宇宙中最丰富的元素，宇宙物质的构成元素中氢超过了90％。氢气和氧气 燃烧生成水，生成物不仅无污染而且反应释放出巨大的能量，这种能量就是氢 能。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。世界各国关于氢能技术的 研究与应用正如火如荼地进行着。美国能源部和来自全美各个与氢能相关行业 的企业、学校等组织机构共同启动了“国家氢能发展前景和指南”项目并签署 未来工作指南。欧洲各发达国家和日本也相继出台了相关政策和鼓励措施。同 样，我国也十分重视氢能的开发和利用。中国国家发改委、能源局发布的《能 源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，已将氢能技术开发利用上升为国家 能源战略。
鉴于氢氧燃料电池技术的迅速发展，现有部分以成功商业化，然而这些产 品都存在同样一个问题就是利用笨重的高压瓶储氢，然后为燃料电池供氢。这 种供氢方式增加了汽车的自重减少了燃料电池汽车的续航里程。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于燃料电池的水解制氢装置，以解决上述现 有技术存在的问题，实现燃料电池所用氢气的即时制备、存储和使用，以减少 汽车的自重，增加燃料电池汽车的续航里程，并保证制氢、储氢整体过程的安 全可靠。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种应用于燃料电 池的水解制氢装置，包括反应容器、进水管、第一氢气输出管、第二氢气输出 管和储水容器，所述进水管和所述第一氢气输出管均一端与所述反应容器的顶 部连通、另一端伸入到所述储水容器内且位于所述储水容器底部，所述进水管 位于所述储水容器中的一端还连接有水泵，所述第二氢气输出管一端与所述储 水容器连通、另一端与燃料电池的输入口连通，所述反应容器中放置有制氢材 料。
优选地，所述反应容器上设置有能够检测所述反应容器内部气压的压力 表。
优选地，所述第二氢气输出管上设置有调压阀。
优选地，所述储水容器外部设置有安全阀，所述安全阀在检测到所述储水 容器中的气体压力值高于设定值时会自动开启泄压。
优选地，所述水泵为宽电压水泵，所述水泵外接有电压调节装置，利用所 述电压调节装置能够调节所述水泵的电压。
优选地，所述制氢材料装在无纺布袋中，所述无纺布袋具有良好的渗水性 和透气性。
优选地，所述制氢材料为高活性铝基复合材料。
优选地，所述进水管、所述第一氢气输出管及所述第二氢气输出管的材料 均为橡胶。
优选地，所述进水管的直径为8mm，所述第一氢气输出管的直径为14mm， 所述第二氢气输出管的直径为6mm。
优选地，所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。
本发明应用于燃料电池的水解制氢装置相对于现有技术取得了以下技术 效果：
本发明应用于燃料电池的水解制氢装置集制氢、储氢和用氢于一体，结构 简单、安全可靠；储水容器不仅能够存储水，还能够存储在反应容器中水解生 成的氢气，第一氢气输出管在储水容器中的一端位于水面以下并位于储水容器 底部，反应容器中生成的氢气通过第一氢气输出管到达水体中，并通过水体飘 升至储水容器中水面之上的空间，此过程中水体对氢气起到净化和初步干燥的 作用，反应容器中生成的氢气中夹杂有一定量的水蒸气，氢气和水蒸气进入储 水容器中后与储水容器中的水体充分接触，其中水蒸气液化，故而氢气被干燥； 在制氢过程中可以根据燃料电池的用氢特点通过电压调节装置调节水泵的电 压来控制储水容器中水流入到反应容器流速和流量，从而控制反应容器中氢气的生成速率和生成量；反应容器外部设置有压力表，能够实时显示出反应容器 内部的气体压力；调节第二氢气输出管道上的调压阀能够使该装置能够为不同 型号的、供氢压力不同的燃料电池供氢，增加该装置的适用范围；储水容器外 部的安全阀，在检测到储水容器中的气体压力值高于设定值时会自动开启泄 压，以保证安全。
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为本发明应用于燃料电池的制氢装置的工作流程图；
图2为本发明应用于燃料电池的制氢装置的结构示意图；
其中，1-反应容器，2-储水容器，3-进水管，4-第一氢气输出管，5-第二 氢气输出管，6-无纺布袋，7-高活性铝基复合材料，8-压力表，9-调压阀，10- 安全阀，11-水泵。
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。
本发明的目的是提供一种应用于燃料电池的水解制氢装置，以解决现有技 术存在的问题，实现燃料电池所用氢气的即时制备、存储和使用，以减少汽车 的自重，增加燃料电池汽车的续航里程，并保证制氢、储氢整体过程的安全可 靠。
本发明提供一种应用于燃料电池的水解制氢装置，包括反应容器、进水管、 第一氢气输出管、第二氢气输出管和储水容器，所述进水管和所述第一氢气输 出管均一端与所述反应容器的顶部连通、另一端伸入到所述储水容器内且位于 所述储水容器底部，所述进水管位于所述储水容器中的一端还连接有水泵，所 述第二氢气输出管一端与所述储水容器连通、另一端与燃料电池的输入口连 通，所述反应容器中放置有制氢材料。
本发明应用于燃料电池的水解制氢装置集制氢、储氢和用氢于一体，结构 简单、安全可靠。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图2所示，本实施例应用于燃料电池的水解制氢装置包括反应容器1、 进水管3、第一氢气输出管4、第二氢气输出管5和储水容器2，进水管3和 第一氢气输出管4均一端与反应容器1的顶部连通、另一端伸入到储水容器2 内且位于储水容器2底部，进水管3与反应容器1的连通口即为反应容器1 的进水口，第一氢气输出管4与反应容器1的连通口即为反应容器1的出气口； 第二氢气输出管5一端与储水容器2连通、另一端与燃料电池的输入口连通， 第二氢气输出管5与储水容器2的连通口即为储水容器2的出气口。
进水管3位于储水容器2中的一端还连接有水泵11，水泵11为宽电压水 泵，水泵11外接有电压调节装置，利用电压调节装置能够调节水泵11的电压。
反应容器1中放置有制氢材料，在本实施例中制氢材料为高活性铝基复合 材料7，高活性铝基复合材料7是利用机械合金化的方式制备的具有高水解活 性的水解制氢材料，该材料可以在常温或者低温下与水反应产生氢气；在本实 施例中高活性铝基复合材料7装在具有良好的渗水性和透气性无纺布袋6中。
反应容器1上设置有能够检测反应容器1内部气压的压力表8，压力表8 能够实时显示出反应容器1内部的气体压力。
第二氢气输出管5上设置有调压阀9，调节第二氢气输出管5道上的调压 阀9能够使该装置能够为不同型号的、供氢压力不同的燃料电池供氢，增加该 装置的适用范围。
储水容器2外部设置有安全阀10，安全阀10在检测到储水容器2中的气 体压力值高于设定值时会自动开启泄压，以防止压力过大而造成储水容器2 爆裂等意外，保证安全，安全阀10的设定值由工作人员根据燃料电池工作压 力和调压阀9的开启压力确定。
在本实施例中进水管3、第一氢气输出管4及第二氢气输出管5的材料均 采用橡胶管，进水管3的直径为8mm，第一氢气输出管4的直径为14mm，第 二氢气输出管5的直径为6mm。
参照图1和2，在使用时，首先将储水容器2打开并注入四分之三容积的 水，然后将储水容器2密闭，开启水泵11，储水容器2中的水被水泵11泵入 到反应容器1中，在反应容器1中高活性铝基复合材料7与水反应生成氢气， 氢气通过第一氢气输出管4进入到储水容器2的水体中，并通过水体飘升至储 水容器2中水面之上的空间，此过程中水体对氢气起到净化和初步干燥的作 用，之后就可以开启调压阀9使氢气进入到燃料电池中，燃料电池为质子交换 膜燃料电池，燃料电池利用移动式制氢供氢系统为其供给氢气，燃料电池阴极 通入氧气或者空气，阳极通入氢气，氢气进入到燃料电池的气体扩散层在催化 剂的作用下分解成带正电的氢离子和带负电的电子，负电的电子经由外电路到 达电池阴极并驱动负载工作，带正电的氢离子通过质子交换膜来到燃料电池阴 极与的氧气或空气以及经由外电路到达的电子反应生成水；另外，需要注意的 是，在使用过程中需保证反应容器1和储水容器2的密闭性。
实施例二
本实施例提供一种应用于燃料电池的水解制氢装置，在实施例一的基础 上，本实施例的应用于燃料电池的水解制氢装置还具有以下特点：第一氢气输 出管4与储水容器2连通的一端未伸入到储水容器2内，而是在储水容器2 的氢气输入口内部接入了一根导气管，该导管浸入到储水容器2的水面以下， 并延伸到储水容器2底部，这样可以对氢气进行净化和初步干燥；另，在本实 施例中，调压阀9设置在储水容器2的氢气输出口处，调压阀9一端与储水通 气的氢气输出口连通，另一端与第二氢气输出管5连通，氢气先经过调压阀9再进入到第二氢气输出管5中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“顶”、“底”、“内”、“外” 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存特定的方 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。此外，术语 “第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域 的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改 变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：包括反应容器、进水管、第一氢气输出管、第二氢气输出管和储水容器，所述进水管和所述第一氢气输出管均一端与所述反应容器的顶部连通、另一端伸入到所述储水容器内且位于所述储水容器底部，所述进水管位于所述储水容器中的一端还连接有水泵，所述第二氢气输出管一端与所述储水容器连通、另一端与燃料电池的输入口连通，所述反应容器中放置有制氢材料。
2.根据权利要求1所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述反应容器上设置有能够检测所述反应容器内部气压的压力表。
3.根据权利要求2所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述第二氢气输出管上设置有调压阀。
4.根据权利要求3所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述储水容器外部设置有安全阀，所述安全阀在检测到所述储水容器中的气体压力值高于设定值时会自动开启泄压。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述水泵为宽电压水泵，所述水泵外接有电压调节装置，利用所述电压调节装置能够调节所述水泵的电压。
6.根据权利要求5所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述制氢材料装在无纺布袋中，所述无纺布袋具有良好的渗水性和透气性。
7.根据权利要求6所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述制氢材料为高活性铝基复合材料。
8.根据权利要求5所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述进水管、所述第一氢气输出管及所述第二氢气输出管的材料均为橡胶。
9.根据权利要求8所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述进水管的直径为8mm，所述第一氢气输出管的直径为14mm，所述第二氢气输出管的直径为6mm。
10.根据权利要求5所述的应用于燃料电池的水解制氢装置，其特征在于：所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。
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Application publication date: 20180518 |
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