一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统技术方案

一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，包括水解释氢单元、控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水解释氢单元的氢气输出口与控制单元的气路氢气输入口相连通，燃料电池单元的进气口与控制单元气路输出口相连通，用氢单元与燃料电池单元电输出相接，用氢单元负载应与燃料电池单元功率相匹配；本发明专利技术有多路供氢，可单独使用，也可同时使用增大供氢量，也可作为储气罐，增加了整套系统的可靠性；本发明专利技术随时随地可控制供氢系统的停启(即反应的进行和停止)、用氢系统燃料电池的停启。

An Integrated Hydrogen Supply System for Controllable Hydrolysis and Hydrogen Release of Fuel Cells

【技术实现步骤摘要】
一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统
本专利技术属于供气
，特别涉及一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统。
技术介绍
“氢”由于其丰富、无污染且可再生，兼具有高的能量密度，很早就被人们认为是理想的二次能源。然而，氢能在制氢、储氢和运氢方面受到限制。实现用供氢一体化就可避免上述问题。氢燃料电池被誉为继水力、火力、核电之后的第四代发电技术，可将氢能实时转化为电能且其发电不受卡诺循环限制，发电效率可达85～90％，能量转化效率比国内内燃机高2～3倍；其属于低温型燃料电池，启动快、保温问题小、结构简单模块单元化可靠性高且发电过程无污染。氢燃料电池中的质子交换膜在电堆工作时需要一定湿度，以免电极“干死”。相比于气态、液态的储氢方法，固态储氢在操作安全性、能源效率及体积密度方面具有显著优势，被公认为最具前景的储氢方式。但多年研究表明：可逆储氢材料均无法满足车载储氢系统在重量/体积储氢密度、操作温度、吸/放氢速率、循环性能等方面的综合性能要求，因此水解释氢的固态储氢材料如金属氢化物和铝氢化物成为储氢材料领域新兴研究方向。水解固态储氢材料释氢在不需外来能耗的前提下解决实时实地制取氢气问题的同时还可对燃料电池质子交换膜进行自增湿。现有技术提供一种燃料电池用供氢系统，可多路供氢，但高压气瓶储氢只涵盖了气路控制，高压储氢本身涵盖的风险较大，且气瓶在低温下释氢需要加热；现有技术提供一种适用于移动氢源的化学氢化物催化水解制氢的装置和方法，但其为单路供氢，燃料液NaBH4等加入需燃料泵抽送，同时其催化反应室放置的催化剂成本较高，且催化剂在长期使用会出现中毒现象不可避免。气路控制安全性低，制氢速率通过燃料液流速控制，并无气体流量计精准控制燃料电池进气流量，燃料电池长期流量不稳情况下会损坏。反应体系单独另设氢气缓冲罐额外增加体系体积。现有技术提供一种高分子氢燃料电池的制氢装置及控制系统，其设有氢气提纯装置和干燥装置，控制系统包括交流/直流变换器、蓄电池、第一直流/直流变换器等，结构复杂，使用不便。现有的针对燃料电池的供氢装置，有的功能单一，不具备自控性能，使用不便，有的结构复杂，不方便操作，因此，随时随地控制供氢系统的停启(即反应的进行和停止)、用氢系统燃料电池的停启和氢源之间接替是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，包括水解释氢单元、控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水解释氢单元的氢气输出口与控制单元的气路氢气输入口相连通，燃料电池单元的进气口与控制单元气路输出口相连通，用氢单元与燃料电池单元电输出相接，用氢单元负载应与燃料电池单元功率相匹配；水解释氢单元包括若干反应罐体，每个反应罐体的顶部均开设有水路进口、气路出口和进料口；反应罐体内部设置有储氢材料；控制单元包括热控制单元、水路控制单元和气路控制单元；热控制单元为气路冷凝器，气路出口与气路冷凝器的一端连接，气路冷凝器的另一端依次连接气路控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水路控制单元为储液罐，储液罐的一端通过管道连接每个反应罐体的水路进口；气路控制单元为若干控制器件，若干控制器件均设置在螺旋管道和燃料电池单元之间的管路上。进一步的，燃料电池单元为质子交换膜氢燃料电池，用氢单元为负载。进一步的，气路冷凝器包括壳体和螺旋管道，螺旋管道设置在壳体内；气路出口与螺旋管道的一端连接，螺旋管道的另一端连接气路控制单元；壳体的一端设置有进液口，另一端设置有出液口。进一步的，控制器件包括泄压阀、减压阀、单向阀、流量计和燃料电池供氢球阀，泄压阀、减压阀、单向阀、流量计和燃料电池供氢球阀依次设置在气路冷凝器和燃料电池单元之间的管路上。进一步的，控制器件之间还包括正压压强计和正负压压强计；泄压阀和气路冷凝器之间设置有正压压强计，减压阀和单向阀之间设置有正负压压强计。进一步的，储液罐的出口处设置有计量阀；每个反应罐体上的气路出口上均设置有路控制球阀，每个反应罐体上的水路进口上均设置有水路控制球阀。进一步的，储液罐的另一端设置有进液口；气路出口和气路冷凝器之间的管路上连接有支管路，支管路与储液罐管路连接，支管路上设置有恒压球阀。进一步的，所有反应罐体均设置在反应罐体冷凝水箱内，反应罐体冷凝水箱为上端开口的箱体，反应罐体冷凝水箱的侧面下端设置有进液口，侧面上端设置有出液口。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：本专利技术有多路供氢，可单独使用，也可同时使用增大供氢量，也可作为储气罐，增加了整套系统的可靠性；本专利技术随时随地可控制供氢系统的停启(即反应的进行和停止)、用氢系统燃料电池的停启；本装置气体增湿可调，氢气会水解时携带部分水蒸气，有益于燃料电池质子交换膜；本装置留有抽真空接口，可外联对整套系统进行抽真空和保压，检查整套系统的气密性；储水罐可随时加水并抽真空，不需要设置大的储水罐，可减小整个体系体积，可集成做成小的整体用于移动设备上；本专利技术在减压阀前设有正压压强计，减压阀后设有正负压压强计，可清楚直观的看到减压阀前后系统内部的压强大小，达到输出端氢气压强可控，配有流量计进一步精准控制；本专利技术可实现不需任何外来能耗，可实施将化学能转化为电能，对环境要求低；本专利技术方案合理，结构简单，容易实现，能充分发挥制氢、用氢一体化的优势。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术反应罐体的结构示意图。图3是气路冷凝部分水内部管路示意图。其中：1、反应罐；2、气路冷凝；3、正压压强计；4、泄压阀；5、减压阀；6、正负压压强计；7、单向阀；8、流量计；9、燃料电池供氢球阀；10、氢燃料电池；11、负载；12、储液罐；13、反应罐体冷凝水箱；14、计量阀；15、抽真空口；16、进液口；17、恒压球阀；18为水路进口；19为气路出口；20为进料口；21为水路控制球阀；22为气路控制球阀；23为气路进气管；24为气路出气管；25为进液口；26为出液口。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步说明：请参阅图1至图3，一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，包括水解释氢单元、控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水解释氢单元的氢气输出口与控制单元的气路氢气输入口相连通，燃料电池单元的进气口与控制单元气路输出口相连通，用氢单元与燃料电池单元电输出相接，用氢单元负载应与燃料电池单元功率相匹配；水解释氢单元包括若干反应罐体1，每个反应罐体1的顶部均开设有水路进口18、气路出口19和进料口20；反应罐体1内部设置有储氢材料；控制单元包括热控制单元、水路控制单元和气路控制单元；热控制单元为气路冷凝器2，气路出口19与气路冷凝器2的一端连接，气路冷凝器2的另一端依次连接气路控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水路控制单元为储液罐12，储液罐12的一端通过管道连接每个反应罐体1的水路进口18；气路控制单元为若干控制器件，若干控制器件均设置在螺旋管道和燃料电池单元之间的管路上。燃料电池单元为质子交换膜氢燃料电池，用氢单元为负载。气路冷凝器2包括壳体和螺旋管道，螺旋管道设置在壳体内；气路出口19与螺旋管道的一端连接，螺旋管道的另一端连接气路控制单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，其特征在于，包括水解释氢单元、控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水解释氢单元的氢气输出口与控制单元的气路氢气输入口相连通，燃料电池单元的进气口与控制单元气路输出口相连通，用氢单元与燃料电池单元电输出相接，用氢单元负载应与燃料电池单元功率相匹配；水解释氢单元包括若干反应罐体(1)，每个反应罐体(1)的顶部均开设有水路进口(18)、气路出口(19)和进料口(20)；反应罐体(1)内部设置有储氢材料；控制单元包括热控制单元、水路控制单元和气路控制单元；热控制单元为气路冷凝器(2)，气路出口(19)与气路冷凝器(2)的一端连接，气路冷凝器(2)的另一端依次连接气路控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水路控制单元为储液罐(12)，储液罐(12)的一端通过管道连接每个反应罐体(1)的水路进口(18)；气路控制单元为若干控制器件，若干控制器件均设置在螺旋管道和燃料电池单元之间的管路上。

【技术特征摘要】
1.一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，其特征在于，包括水解释氢单元、控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水解释氢单元的氢气输出口与控制单元的气路氢气输入口相连通，燃料电池单元的进气口与控制单元气路输出口相连通，用氢单元与燃料电池单元电输出相接，用氢单元负载应与燃料电池单元功率相匹配；水解释氢单元包括若干反应罐体(1)，每个反应罐体(1)的顶部均开设有水路进口(18)、气路出口(19)和进料口(20)；反应罐体(1)内部设置有储氢材料；控制单元包括热控制单元、水路控制单元和气路控制单元；热控制单元为气路冷凝器(2)，气路出口(19)与气路冷凝器(2)的一端连接，气路冷凝器(2)的另一端依次连接气路控制单元、燃料电池单元和用氢单元；水路控制单元为储液罐(12)，储液罐(12)的一端通过管道连接每个反应罐体(1)的水路进口(18)；气路控制单元为若干控制器件，若干控制器件均设置在螺旋管道和燃料电池单元之间的管路上。2.根据权利要求1所述的一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，其特征在于，燃料电池单元为质子交换膜氢燃料电池，用氢单元为负载。3.根据权利要求1所述的一种适用于燃料电池的可控水解释氢用供氢一体化系统，其特征在于，气路冷凝器(2)包括壳体和螺旋管道，螺旋管道设置在壳体内；气路出口(19)与螺旋管道的一端连接，螺旋管道的另一端连接气路控制单元；壳体的一端设置有进液口(25)，另一端设置有出液口(26)。4.根据权利要求1所述的一种适用于燃料电池的可控水解释...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦英，傅成程，杨娜，卜繁琦，成永红，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61