CN108033428B - 便携式制氢供氢装置及氢燃料电池*** - Google Patents

便携式制氢供氢装置及氢燃料电池*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种便携式制氢供氢装置，包括储水容器和反应容器，所述储水容器用于储存水；所述反应容器用于放置水解制氢材料，所述反应容器放置于所述储水容器内，所述反应容器上连接有输水管，所述输水管上设有水泵以将所述储水容器内储存的水经输水管输送至所述反应容器内，所述反应容器上设有第一出气口，所述储水容器上设有第二出气口。还公开了一种包括该便携式制氢供氢装置的氢燃料电池***，该便携式制氢供氢装置及氢燃料电池***结构简单、安全可控、便于携带的。

Description

便携式制氢供氢装置及氢燃料电池***
技术领域
本发明涉及制氢装置技术领域，特别是涉及一种便携式制氢供氢装置和氢燃料电池***。
背景技术
氢是已知元素中最小最轻的元素，同时在宇宙中的含量也最丰富。氢气的燃烧生成水，生成物不仅无污染而且还可以释放出巨大的能量。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。
然而，氢能在应用过程中受到了制氢、储氢和运氢等三方面技术的限制。为化解上述问题，实现氢能的有效安全使用的途径之一就是实现实时制氢和用氢。现有的制氢供氢装置，有的功能单一，不具备即时自控性能，使用不便；有的结构复杂，不方便操作。因此，采用廉价可控的方式随时随地制氢，实时用氢，是急待解决的一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、安全可控、便于携带的便携式制氢供氢装置及氢燃料电池***，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种便携式制氢供氢装置，包括储水容器和反应容器，所述储水容器用于储存水；所述反应容器用于放置水解制氢材料，所述反应容器放置于所述储水容器内，所述反应容器上连接有输水管，所述输水管上设有水泵以将所述储水容器内储存的水经输水管输送至所述反应容器内，所述反应容器上设有第一出气口，所述储水容器上设有第二出气口。
优选的，所述第一出气口连接有第一输气管，所述第一输气管用于将所述反应容器内产生的气体输送至所述储水容器内储存的水中以净化所述反应容器内产生的气体。
优选的，所述反应容器内设有过滤部以对所述反应容器内产生的气体进行过滤。
优选的，所述过滤部用于覆盖于所述反应容器内放置的水解制氢材料上以对所述反应容器内产生的气体进行过滤。
优选的，所述过滤部用于包覆住所述反应容器内放置的水解制氢材料以对所述反应容器内产生的气体进行过滤。
优选的，所述过滤部悬置于所述反应容器内放置的水解制氢材料上方并在周向上与所述反应容器的侧壁可拆卸连接。
优选的，所述过滤部为无纺布袋。
优选的，所述反应容器的上端盖上设有用于保证所述反应容器压力安全的安全阀和测量所述反应容器内部压力的压力表，所述第二出气口设置于所述反应容器的上端盖上。
优选的，所述第二出气口处设有调压阀，所述调压阀上连接有第二输气管。
本发明还提供一种氢燃料电池***，包括氢燃料电池和如权利要求1～9中任一项所述的便携式制氢供氢装置，所述便携式制氢供氢装置经所述第二出气口为所述氢燃料电池供应氢气。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
使用本发明提供的便携式制氢供氢装置时，开启水泵后，储水容器内的水在水泵的作用下进入至反应容器内与置于反应容器中的水解制氢材料发生水解反应产生氢气，反应容器内产生的氢气通过第二出气口输出进行利用。通过调整水泵的电压，能够控制进入到反应容器中水的流速和流量，进而控制产氢速率和产氢量。
本发明提供的便携式制氢供氢装置和氢燃料电池***结构简单、安全可控、便于携带。
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为本发明提供的便携式制氢供氢装置的结构示意图；
图2为图1中的便携式制氢供氢装置的俯视图；
图中：1-压力表；2-储水容器；3-反应容器；4-输水管；5-水泵；6-水解制氢材料；7-第一出气口；8-第一输气管；9-第二出气口；10-安全阀；11-第二输气管；12-调压阀。
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结构简单、安全可控、便于携带的便携式制氢供氢装置及氢燃料电池***，以解决上述现有技术存在的问题。
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
本实施例提供一种便携式制氢供氢装置，如图1～2所示，包括储水容器2和反应容器3，储水容器2用于储存水；反应容器3用于放置水解制氢材料6，反应容器3放置于储水容器2内，反应容器3上连接有输水管4，输水管4上设有水泵5以将储水容器2内储存的水经输水管4输送至反应容器3内，反应容器3上设有第一出气口7，储水容器2上设有第二出气口9。
使用本实施例提供的便携式制氢供氢装置时，开启水泵5后，储水容器2内的水在水泵5的作用下进入至反应容器3内与置于反应容器3中的水解制氢材料6发生水解反应产生氢气，反应容器3内产生的氢气通过第二出气口9输出进行利用。
本实施例中的便携式制氢供氢装置，制氢过程中的水解制氢材料6为一种铝基水解制氢材料，具体为使用以如下质量含量的组分为原料：Al70～98wt％，Ga0.5～10wt％，In0.5～10wt％，Bi2O30.5～10wt％，SnCl20.5～10wt％，进行球磨得到的水解制氢铝合金。
水泵5外接水泵电压调节装置，可以根据本实施例提供的便携式制氢供氢装置应用场合的特点调整水泵5的电压，从而控制进入到反应容器3中水的流速和流量，进而控制产氢速率和产氢量。
第一出气口7连接有第一输气管8，第一输气管8用于将反应容器3内产生的气体输送至储水容器2内储存的水中以净化反应容器3内产生的气体。
由于水解制氢材料6在与水反应生成的氢气会携带有水蒸气和反应过程中产生的除氢气外的其他反应产物，将反应容器3内产生的气体输送至储水容器2内储存的水中，反应产物被水截留住并沉积于储水容器2底部，能够获得干净的氢气，净化氢气。
反应容器3内放置有过滤部，过滤部能够对反应容器3内产生的气体进行过滤。使用本实施例中的便携式制氢供氢装置时，水解制氢材料6用过滤部包覆后放入至反应容器3内，过滤部能够使氢气通过，除氢气外的其他固态反应产物不能通过过滤部。
本实施例中的便携式制氢供氢装置，过滤部为无纺布袋，直接将水解制氢材料6装入至无纺布袋，并将无纺布袋的袋口封闭，然后将无纺布袋放入至反应容器3中，制氢过程中，无纺布袋能够有效过滤掉氢气中携带的固态反应产物，净化氢气。当水解制氢材料6反应完毕后，将无纺布袋和无纺布袋里面的反应产物一同取出，再取用制氢材料6并放入至新的无纺布袋，将新的无纺布袋及制氢材料6放入至反应容器3内开始新的制氢反应。
过滤部也可覆盖于反应容器3内放置的水解制氢材料上，从而对反应容器内产生的气体进行过滤。
反应容器3的上端盖上设有用于保证反应容器3压力安全的安全阀10和测量反应容器3内部压力的压力表1，第二出气口9设置于反应容器3的上端盖上。
本实施例提供的便携式制氢供氢装置，利用压力表1观测反应容器3内部压力变化，依据本实施例中的便携式制氢供氢装置的应用场合，设置安全阀10的开启压力。例如，将本实施例提供的便携式制氢供氢装置应用于燃料电池时，可以根据燃料电池的工作压力设置安全阀10的开启压力，当反应容器3内的压力高于安全阀10预先设定的开启压力时，安全阀10自动开启泄压，排出部分氢气，以保证便携式制氢供氢装置和燃料电池的使用安全。
第二出气口9处设有调压阀12，调压阀12上连接有第二输气管11，通过第二输气管11将氢气输出利用。本实施例提供的便携式制氢供氢装置可以根据不同其应用场合的不同来调节调压阀12开启压力，例如，当便携式制氢供氢装置用于为燃料电池供氢时，根据不同燃料电池供氢压力来调节调压阀开启压力，从而可以使便携式制氢供氢装置能为不同型号的燃料电池供氢，增加便携式制氢供氢装置的适应能力。
本实施例提供的便携式制氢供氢装置，输水管4为直径为8mm的橡胶管，第一输气管8为直径为14mm的橡胶管，第二输气管11为直径为6mm的橡胶管。制氢时，反应容器3产生的氢气通过第一输气管8通入到储水容器2内的水面以下进行净化，净化后的氢气通过第二输气管11输入至相应的用氢装置。
实施例二
本实施例为对实施例一进一步改进的实施例，其包括实施例一的全部内容，即本实施例提供的便携式制氢供氢装置包含实施例一便携式制氢供氢装置的全部结构特征，改进之处在于：
本实施例提供的便携式制氢供氢装置，过滤部悬置于反应容器3内放置的水解制氢材料6上方并在周向上与反应容器3的侧壁可拆卸连接。使用时，先将水解制氢材料6放置于反应容器3内，再于反应容器3的侧壁上安装过滤部，水解制氢材料6于过滤部与过滤部下方的反应容器3形成的闭合空间内反应，实现对反应过程中所产生的氢气的全面过滤净化。
实施例三
本实施例提供一种氢燃料电池***，包括氢燃料电池和实施例一或实施例二中的便携式制氢供氢装置，便携式制氢供氢装置经第二出气口9为氢燃料电池供应氢气。
本实施例中的氢燃料电池***，氢燃料电池为质子交换膜燃料电池，燃料电池利用便携式制氢供氢装置为其供给氢气，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，带负电的电子经由外电路到达电池阴极并驱动负载工作，带正电的氢离子穿过质子交换膜来到燃料电池阴极并与氧气或空气以及经由外电路到达的电子反应生成水。
需要说明的是，在使用本发明中的便携式制氢供氢装置制取氢气时，置于反应容器中的水解制氢材料并不限于铝基水解制氢材料，也可为镁基水解制氢材料，只要该水解制氢材料能够与水在常温、常压下反应生成氢气即可。
过滤部在应用时，并不限制其应用形式，只要过滤部能够实现允许氢气通过，除氢气外的其他固态反应产物不能通过，能够有效过滤掉氢气中携带的固态反应产物，净化氢气即可。
本发明提供的便携式制氢供氢装置及氢燃料电池***，将制氢与供氢相结合，集氢气制备和氢气应用为一体，结构简单，安全可靠，可以实现及时制氢和为氢燃料电池供氢，驱动负载工作。
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 (8)

1.一种便携式制氢供氢装置，其特征在于：包括：
储水容器，所述储水容器用于储存水；以及
反应容器，所述反应容器用于放置水解制氢材料，所述反应容器放置于所述储水容器内，所述反应容器上连接有输水管，所述输水管上设有水泵以将所述储水容器内储存的水经输水管输送至所述反应容器内，所述反应容器上设有第一出气口，所述第一出气口连接有第一输气管，所述第一输气管用于将所述反应容器内产生的气体输送至所述储水容器内储存的水中以净化所述反应容器内产生的气体，所述储水容器上设有第二出气口，所述反应容器内设有过滤部以对所述反应容器内产生的气体进行过滤。
2.根据权利要求1所述的便携式制氢供氢装置，其特征在于：所述过滤部用于覆盖于所述反应容器内放置的水解制氢材料上以对所述反应容器内产生的气体进行过滤。
3.根据权利要求1所述的便携式制氢供氢装置，其特征在于：所述过滤部用于包覆住所述反应容器内放置的水解制氢材料以对所述反应容器内产生的气体进行过滤。
4.根据权利要求1所述的便携式制氢供氢装置，其特征在于：所述过滤部悬置于所述反应容器内放置的水解制氢材料上方并在周向上与所述反应容器的侧壁可拆卸连接。
5.根据权利要求3所述的便携式制氢供氢装置，其特征在于：所述过滤部为无纺布袋。
6.根据权利要求1所述的便携式制氢供氢装置，其特征在于：所述反应容器的上端盖上设有用于保证所述反应容器压力安全的安全阀和测量所述反应容器内部压力的压力表，所述第二出气口设置于所述反应容器的上端盖上。
7.根据权利要求6所述的便携式制氢供氢装置，其特征在于：所述第二出气口处设有调压阀，所述调压阀上连接有第二输气管。
8.一种氢燃料电池***，其特征在于：包括氢燃料电池和如权利要求1~7中任一项所述的便携式制氢供氢装置，所述便携式制氢供氢装置经所述第二出气口为所述氢燃料电池供应氢气。
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