專利名稱：一種便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種具有自制氫的燃料電池發(fā)電一體系統(tǒng)，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
某些金屬和化合物可以被用來(lái)制取氫氣。在這些材料中，鋁(Al)是能制取 高純氫氣且地球上原料豐富的一種。理論上，Ig鋁能產(chǎn)生約1.245L氫氣(標(biāo)況0°C，latm)。理論上，鋁在酸性或堿性介質(zhì)中都能產(chǎn)生氫氣。下式是鋁跟堿性溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)方程式，2摩爾鋁能制取3摩爾的氫氣。2A1 (s) +20F (aq) +6H20 (I) — 2 [Al (OH) 4] ^ (aq) +3 (g)...此技術(shù)申請(qǐng)人已取得韓國(guó)專利及IP澳大利亞專利，專利號(hào)分別為KR10-0803074及AU2008227365。申請(qǐng)人在此技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)明出均勻產(chǎn)氣，且時(shí)間持久(4小時(shí)以上)的配方，能定量為燃料電池供應(yīng)高純度氫氣。上述過(guò)程為燃料電池提供了便宜而方便的氫源。氫燃料電池在過(guò)去30年在交通工具，軍事，固定的和移動(dòng)應(yīng)用上非?；钴S。目前來(lái)講，此領(lǐng)域的研究對(duì)于減少燃燒化石能源，排放溫室氣體仍十分重要。燃料電池是一種高效的，高能量密度的裝置，無(wú)需燃燒，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能。當(dāng)通入氫氣，排出的僅有水，對(duì)環(huán)境友好。但是現(xiàn)有技術(shù)中許多燃料電池系統(tǒng)造價(jià)昂貴，不易攜帶，限制了其使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種便于攜帶、可以提供直流/交流電，且性能穩(wěn)定的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，并且使發(fā)電系統(tǒng)具有更好的可靠性，即使系統(tǒng)故障時(shí)仍能正常供電，采用如下技術(shù)方案一種便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，包括反應(yīng)釜、燃料電池，其特征在于包括有依次連接的反應(yīng)釜、水過(guò)濾器、氣體雜質(zhì)過(guò)濾器、氣體緩沖罐、壓力調(diào)節(jié)閥、燃料電池、DC-DC轉(zhuǎn)換器、蓄電池，上述的燃料電池上還連接有一個(gè)燃料電池控制器。進(jìn)一步地，上述的反應(yīng)釜上還連接有一個(gè)安全閥，以防反應(yīng)釜內(nèi)部瞬時(shí)壓力過(guò)大，泄壓確保安全。進(jìn)一步地，上述反應(yīng)釜上還包括有一個(gè)透視窗，可以觀察反應(yīng)釜內(nèi)部情況。上述的水過(guò)濾器的作用是去除氫氣中攜帶的水蒸汽，由于本發(fā)明中生成的氫氣供給燃料電池時(shí)，會(huì)攜帶有少量水蒸氣，為了使燃料電池接收到干燥的氫氣，氫氣在進(jìn)入燃料電池前需要去除其中帶有的水分。水過(guò)濾器可以采用常規(guī)的氣體脫水方法，例如通過(guò)干燥齊U、冷凝收集水蒸氣等方法。上述的水過(guò)濾器上還可以安裝放水閥，用于將吸收的水排出。上述的水過(guò)濾器上還可以安裝一個(gè)可視窗口，用于觀察過(guò)濾器內(nèi)部的情況。上述的氣體雜質(zhì)過(guò)濾器的作用是用于除去微量雜質(zhì)氣體，如0)2為、50)(等，提高氫氣純度。氣體雜質(zhì)過(guò)濾器可以采用分子篩，變壓吸附氫氣中的微量雜質(zhì)氣體；也采用其它的常規(guī)物理或者化學(xué)方法也可以達(dá)到去除氫氣中微量雜質(zhì)氣體的目的。系統(tǒng)中還可以安裝氣體緩沖罐，其作用是讓反應(yīng)釜中產(chǎn)生的氣體緩沖后進(jìn)入到燃料電池中。在燃料電池上帶可以安裝一個(gè)氫氣出口，用于將燃料電池中的氫氣排出。燃料電池控制器的作用是對(duì)燃料電池的啟動(dòng)、關(guān)閉、運(yùn)行、輸出進(jìn)行控制，其對(duì)燃料電池的輸出電壓，輸出電流，運(yùn)行溫度進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)的功能，確保燃料電池安全的運(yùn)行。在上述的燃料電池控制器上還可以連接有一個(gè)DC電源供應(yīng)器，用于向燃料電池控制器供電。上述的DC-DC轉(zhuǎn)換器是將燃料電池產(chǎn)生的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化后輸送至蓄電池。進(jìn)一步地，在上述的蓄電池上還連接有一個(gè)AC-DC充電器，用于通過(guò)外部電源向蓄電池充電，防止制氫系統(tǒng)及燃料電池出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍能供電。 本系統(tǒng)中還包括有一個(gè)電池管理系統(tǒng)(BMS)，連接于蓄電池上，其作用是管理、保護(hù)和均衡電池，可以采用常規(guī)的電池管理系統(tǒng)部件，對(duì)蓄電池進(jìn)行健康狀態(tài)測(cè)定、充放電時(shí)的電流、電壓、電量等進(jìn)行管理。在蓄電池上還可以安裝DC-AC轉(zhuǎn)換器，用于將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)為交流電后，供用電設(shè)備使用。在上述的DC-AC轉(zhuǎn)換器上，還可以安裝接觸器，在接觸器上還連接有時(shí)間繼電器。用于對(duì)供電電路進(jìn)行開(kāi)閉控制。為了防止在反應(yīng)釜無(wú)法正常工作而不能產(chǎn)生足夠的氫氣時(shí)系統(tǒng)仍可以安全運(yùn)行，本系統(tǒng)還可以安裝有一個(gè)外接氫入口，用于外接氫氣源，上述的外接氫入口通過(guò)一個(gè)回火器和單向閥連接于燃料電池的氫氣入口。回火器的作用是防止氫氣出現(xiàn)燃燒時(shí)向外蔓延，單向閥的作用是使外接氫氣只能單向住燃料電池組件處流動(dòng)。為了使本發(fā)電一體系統(tǒng)更易攜帶，進(jìn)一步地，本系統(tǒng)還可以安裝在一個(gè)帶有把手的箱體的，上述的箱體上還安裝有散熱裝置，用于使系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明提供的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)的有益效果是(I)制氫便捷，發(fā)電迅速，攜帶方便，無(wú)噪音和污染，特別是在無(wú)電網(wǎng)地域，作為照明，小型充電設(shè)備是非常好的選擇。(2)此系統(tǒng)無(wú)需任何外接能源，使用一包粉劑可持續(xù)發(fā)電4小時(shí)以上。(3)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)外接氫氣源對(duì)系統(tǒng)提供氫氣以維持燃料電池工作。(4)當(dāng)燃料電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可使用外接電源向蓄電池充電，并向用電設(shè)備供電。


圖I是本發(fā)明提供的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I是反應(yīng)釜；2是水過(guò)濾器；3是氣體雜質(zhì)過(guò)濾器；4是氣體緩沖罐；5是壓力調(diào)節(jié)閥；6是燃料電池；7是DC-DC轉(zhuǎn)換器；8是蓄電池；9是DC-AC轉(zhuǎn)換器；10是燃料電池控制器；11是AC-DC充電器；12是外部氫氣入口 ； 13是回火器；14是單向閥；15是水過(guò)濾器放水閥；16是單向閥；17是單向閥；18是排水口 ；19是透視窗；20是氫氣出口 ；21是壓力表；22是安全閥；23是接觸器；24是時(shí)間繼電器；25是電池管理系統(tǒng)；26是DC電源供應(yīng)器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本發(fā)明提供的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式是如圖I所示，一種便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，包括有依次連接的反應(yīng)釜I、水過(guò)濾器2、氣體雜質(zhì)過(guò)濾器3、氣體緩沖罐4、壓力調(diào)節(jié)閥5、燃料電池6、DC-DC轉(zhuǎn)換器7、蓄電池8，在燃料電池6上還有安裝有燃料電池控制器10。在反應(yīng)釜I上還安裝有一個(gè)排水口 18和一個(gè)透視窗19。反應(yīng)釜I上還連接有一個(gè)安全閥22和壓力表21，以防反應(yīng)釜I內(nèi)部瞬時(shí)壓力過(guò)大，泄壓確保安全。反應(yīng)釜I與水過(guò)濾器2之間通過(guò)單向閥16連接。
水過(guò)濾器2上還連接有水過(guò)濾器放水閥15。氣體緩沖罐4與壓力調(diào)節(jié)閥5通過(guò)單向閥17連接。燃料電池6上還連接有一個(gè)氫氣出口 20，燃料電池控制器10上連接有DC電源供應(yīng)器26。在蓄電池8上連接有一個(gè)DC-AC轉(zhuǎn)換器9，可以使其向交流電用電設(shè)備供電，在DC-AC轉(zhuǎn)換器9上帶依次連接有接觸器23和時(shí)間繼電器24。蓄電池8上還包括有一個(gè)AC-DC充電器11，用于燃料電池6工作故障或者電壓過(guò)低時(shí),通過(guò)外接電源向蓄電池8供電。蓄電池8上還連接有一個(gè)電池管理系統(tǒng)25。電池管理系統(tǒng)25可以采用常規(guī)的電池管理系統(tǒng)部件的作用，用以管理、保護(hù)和均衡電池，本實(shí)施例中，電池管理系統(tǒng)25對(duì)蓄電池8進(jìn)行健康狀態(tài)測(cè)定、充放電時(shí)的電流、電壓、電量等進(jìn)行管理。電池管理系統(tǒng)25上連接有顯示屏，可以更方便地進(jìn)行操作。為了防止反應(yīng)釜I工作出現(xiàn)異常而無(wú)法制備足夠的氫氣時(shí)，燃料電池6還能正常工作，本系統(tǒng)中還包括有一個(gè)外部氫氣入口 12，通過(guò)相互連接的回火器13和單向閥14連接于燃料電池6上?；鼗鹌?3的作用防止氫氣出現(xiàn)燃燒時(shí)向外蔓延，屬于安全保護(hù)裝置；單向閥14的作用是使氫氣單向住燃料電池6方向流動(dòng)。為了使本發(fā)電一體系統(tǒng)更易攜帶，本系統(tǒng)還安裝在一個(gè)帶有把手的箱體的，上述的箱體上還安裝有散熱裝置，用于使系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在附圖中未標(biāo)明。本實(shí)施例中燃料電池6為質(zhì)子交換膜燃料電池；制氫劑包括鋁、生石灰、氫氧化鈉等組分，其制備方法可見(jiàn)韓國(guó)專利和澳大利亞專利，專利號(hào)為 KR10-0803074 和 AU2008227365 ；水過(guò)濾器2采用冷凝裝置，通過(guò)冷凝收集水蒸氣的方法去除氫氣中的水分。氣體雜質(zhì)過(guò)濾3器采用分子篩，對(duì)氣體進(jìn)行變壓吸附以去除氫氣中的雜質(zhì)。下面結(jié)合具體的操作步驟對(duì)本實(shí)施例作進(jìn)一步地說(shuō)明。首先，在反應(yīng)釜I中加入制氫劑170g以及IlOml水，制備氫氣過(guò)程中，注意使制氫劑浸沒(méi)于水中，待反應(yīng)釜I上的壓力表21顯示釜內(nèi)壓力達(dá)到O. 2MPa后，打開(kāi)壓力調(diào)節(jié)閥5，反應(yīng)釜I中產(chǎn)生的氫氣通過(guò)水過(guò)濾器2和氣體雜質(zhì)過(guò)濾器3后，再由氣體緩沖罐4進(jìn)入到燃料電池6中，通過(guò)燃料電池控制器10讓燃料電池6開(kāi)始工作，產(chǎn)生電流，再通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器7后，存儲(chǔ)于蓄電池8。待蓄電池8存入足夠電能時(shí)，通過(guò)DC-AC轉(zhuǎn)換器9，將電能輸出為交流電(220V，50Hz)供用電設(shè)備使用。用電設(shè)備消耗功率為50W，可正常工作4小時(shí)以上。必要時(shí)，通過(guò)時(shí)間繼電器24和接觸器23對(duì)交流電的輸出進(jìn)行控制。反應(yīng)釜I中的反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉用電設(shè)備，打開(kāi)排水口 18和水過(guò)濾器放水閥15，將體系中的水排出。實(shí)施例2為了說(shuō)明本系統(tǒng)可以在制氫裝置出故障時(shí)仍可以正常工作，現(xiàn)不使用反應(yīng)釜1，采用外部氫源，各部件及裝置同實(shí)施例I。 在外部氫氣入口 12處連接高純氫(99. 999%純度)，打開(kāi)壓力調(diào)節(jié)閥5，氫氣通過(guò)回火器13和單向閥14后，進(jìn)入燃料電池6，氣體壓力為O. 5Mpa，燃料電池6產(chǎn)生電流，通過(guò)DC-DC充電器7后，存儲(chǔ)于蓄電池8，待蓄電池8存入足夠電能時(shí)，通過(guò)DC-AC轉(zhuǎn)換器9，將電能輸出為交流電(220V，50Hz)供用電設(shè)備使用，用電設(shè)備消耗功率為100W，可正常平穩(wěn)工作。
權(quán)利要求
1.一種便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，其特征在于包括有依次連接的反應(yīng)釜(I)、水過(guò)濾器(2)、氣體雜質(zhì)過(guò)濾器(3)、氣體緩沖罐(4)、壓力調(diào)節(jié)閥(5)、燃料電池(6)、DC-DC轉(zhuǎn)換器(7)、蓄電池(8)，所述的燃料電池(6)上還連接有一個(gè)燃料電池控制器(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，其特征在于所述的燃料電池控制器(10)上還連接有DC電源供應(yīng)器(26)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，其特征在于在反應(yīng)釜(I)上安裝有安全閥(22)、設(shè)置有透視窗(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，其特征在于在蓄電池上⑶還連接有DC-AC轉(zhuǎn)換器(9)、AC-DC充電器(11)、電池管理系統(tǒng)(25)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，其特征在于在所述的DC-AC轉(zhuǎn)換器(9)上還連接有接觸器(23)，接觸器上連接有時(shí)間繼電器(24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，其特征在于外部氫氣入口(12)通過(guò)相互連接的回火器(13)和單向閥(14)連接于壓力調(diào)節(jié)閥(5)上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種便攜式高分子燃料電池及制氫發(fā)電一體系統(tǒng)，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。包括有依次連接的反應(yīng)釜、水過(guò)濾器、氣體雜質(zhì)過(guò)濾器、氣體緩沖罐、壓力調(diào)節(jié)閥、燃料電池、DC-DC轉(zhuǎn)換器、蓄電池，上述的燃料電池上還連接有一個(gè)燃料電池控制器。此設(shè)備作為應(yīng)急備用電源，在無(wú)電網(wǎng)情況下，使得照明、為手機(jī)，相機(jī)等電子產(chǎn)品隨時(shí)隨地充電等成為可能，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠。
文檔編號(hào)H01M8/22GK102800875SQ20121029328
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者王紀(jì)忠, 王靖, 樸廷泰 申請(qǐng)人:江蘇中靖新能源科技有限公司