一种便携式燃料电池制氢供氢系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式燃料电池制氢供氢系统及其使用方法，包括供水单元、供氢单元和若干个制氢单元；制氢单元内部放有水解制氢铝合金，制氢单元的进水口分别通过一进水管与供水单元的水泵连通，制氢单元通过氢气输出管与供氢单元连通；供氢单元包括罐体、调压阀和压力传感器，罐体用于盛装水，且水面高于氢气输出管和抽水管的末端，压力传感器设置于罐体内侧上部，压力传感器与供水控制系统电连接，罐体的上部设有氢气输出口，调压阀的输入端与氢气输出口连接，调压阀的输出端用于与燃料电池单元连通。使用方法为依次给制氢单元供水。本发明专利技术集制氢和用氢为一体，可实现即时制氢并为燃料电池供氢。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式燃料电池制氢供氢系统及其使用方法
本专利技术涉及氢气的制备和应用
，特别是涉及一种便携式燃料电池制氢供氢系统及其使用方法。
技术介绍
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。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过程会释放出巨大的能量，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。北京奥运会期间，氢燃料电池公交汽车已经驶上北京街头，体现“科技奥运，绿色奥运”。上海世博会期间，共有196辆氢燃料电池汽车参加运行，其中燃料电池轿车90辆、燃料电池公交车6辆、燃料电池观光车100辆，历时6个月，是当前世界上规模最大的燃料车示范项目之一。2016年9月17日，全球首台常温常压储氢氢能工程样车“泰歌号”在武汉诞生。这些项目的启动与发展都将推动“氢经济”的快速发展，预示着人们将逐步走向“氢能时代”。鉴于氢氧燃料电池技术的迅速发展，现已有部分成功商业化，例如，丰田公司的Mirai和本田公司的Clarity等燃料电池汽车。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。鉴于铝合金水解制氢技术是利用化学反应产生氢气，而燃料电池是一种良好的将氢能转化为电能的工具。因此，我们可以利用铝合金水解制氢系统实时制氢、实时为燃料电池供氢，减少用氢过程中高压瓶储氢环节。现已有相关专利将燃料电池和供氢系统相结合的系统，如申请号为CN201520244776.8和申请号为CN201510012793.3等专利。但这些系统普遍存在着结构复杂，体积庞大，制造成本高，能量利用率低的缺陷，其商业化难度较大。为此，需开发一种集氢气制备和氢气应用为一体，结构简单，安全可靠，可以实现即时制氢和用氢的系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种便携式燃料电池制氢供氢系统及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，使其集制氢和用氢为一体，以替换传统的用氢过程中的高压储氢瓶。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种便携式燃料电池制氢供氢系统，包括供水单元、供氢单元和若干个制氢单元；所述制氢单元内部放有水解制氢铝合金，所述制氢单元的进水口分别通过一进水管与所述供水单元的水泵连通，所述制氢单元通过氢气输出管与所述供氢单元连通；所述供水单元包括供水控制系统、抽水管和所述水泵，所述水泵通过所述抽水管与所述供氢单元连通，所述水泵与所述供水控制系统电连接，所述供水控制系统能够控制所述水泵依次给所述制氢单元供水；所述供氢单元包括罐体、调压阀和压力传感器，所述供水单元和所述制氢单元均设置在所述罐体内部，所述罐体用于盛装水，且水面高于所述氢气输出管和所述抽水管的末端，所述压力传感器设置于所述罐体内侧上部，所述压力传感器与所述供水控制系统电连接，所述罐体的上部设有氢气输出口，所述调压阀的输入端与所述氢气输出口连接，所述调压阀的输出端用于与燃料电池单元连通。优选地，所述制氢单元包括可拆卸密封连接的反应容器和顶盖，所述顶盖上设有用于通过所述进水管和所述氢气输出管的通孔，所述水解制氢铝合金通过透水透气的无纺布袋包裹起来后放置在所述反应容器内。优选地，所述罐体包括可拆卸密封连接的罐身和罐盖，所述罐盖上设有安全阀和压力表。优选地，所述氢气输出管延伸至所述罐体的底部。优选地，所述燃料电池单元为质子交换膜燃料电池。优选地，所述水泵的泵出口连通一供水总管，所述供水总管连通有与所述制氢单元数量相等的所述进水管，每个所述进水管上均设有一电磁阀，所述电磁阀与所述供水控制系统电连接。优选地，所述氢气输出管上设有仅能够从所述制氢单元向所述供氢单元开启的单向阀。优选地，所述罐体呈圆柱体形，所述制氢单元围绕所述罐体中心呈圆周阵列分布。本专利技术还提供了一种上述技术方案中任一项所述的便携式燃料电池制氢供氢系统的使用方法，根据燃料电池的供氢流量和使用时间，将一定质量的水解制氢铝合金均分为与制氢单元数相等的质量份分别装入无纺布袋中，然后将无纺布袋通过换料口放入到各个制氢单元中后安装好顶盖和罐盖；开启供水控制系统，压力传感器将罐体中的实时压力传输给供水控制系统，供水控制系统需根据燃料电池的供氢压力和安全阀的开启压力预设一参比压力，且供氢压力≤参比压力＜开启压力；供水控制系统将实时压力与参比压力进行比较，若实时压力＜参比压力，供水控制系统则为制氢单元中的一个供水；若实时压力≥参比压力，供水控制系统则停止为当前制氢单元供水；根据燃料电池的供氢流量、使用时间和每个制氢单元中水解制氢铝合金的质量计算获得每个制氢单元的最大供水量；根据燃料电池的使用要求，设供氢流量为Q，使用时间为t，使用过程中需要的氢气体积V：V＝Qt标况下，氢气的物质的量n：根据氢气质量计算反应所需的水解制氢铝合金的质量：2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2根据化学计量数之比，产生nmol的氢气，需要2/3nmol纯Al，换算成质量后，即得所需纯Al的质量为18n。设水解制氢铝合金中Al的质量百分比为ω％。则需要水解制氢铝合金的总质量为将质量为的水解制氢铝合金分别放入到a个制氢单元中，则单个制氢单元水解制氢铝合金的质量为根据化学反应方程式计算单个制氢单元的最大供水量：2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H254108由于反应是放热反应，反应过程中部分水会蒸发并随氢气进入到供氢单元中，因此，最大供水量根据试验实测值取若当前制氢单元的供水量达到最大供水量，则停止为当前制氢单元供水，且需根据实时压力来控制是否为下一制氢单元供水，若实时压力＜参比压力，则立即为下一制氢单元供水，若实时压力≥参比压力，则暂不为下一制氢单元供水，待到实时压力＜参比压力时，再为下一制氢单元供水；如此依次为所有制氢单元供水，直到所有制氢单元的供水量均达到最大供水量为止；制氢单元中的水解制氢铝合金遇水反应生成氢气，氢气通过氢气输出管输送进入罐体中，并从水底向上浮起，去除掉反应产生的杂质和水蒸气，净化后的氢气经氢气输出口和调压阀进入燃料电池中并发电，以供后续的负载设备使用。优选地，根据不同燃料电池的供氢压力来调节调压阀的输出压力，使燃料电池的供氢压力与调压阀的输出压力相等；参比压力为供氢压力的1～1.3倍，安全阀的开启压力为供氢压力的1.5～2倍；所有制氢单元的供水量均达到最大供水量后及时回收无纺布袋中的反应产物，并更换新的水解制氢铝合金。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术的便携式燃料电池制氢供氢系统结构简单，均是集成在罐体中，体积小巧便于携带运输。且反应过程安全可控，通过控制供水的速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：包括供水单元、供氢单元和若干个制氢单元；所述制氢单元内部放有水解制氢铝合金，所述制氢单元的进水口分别通过一进水管与所述供水单元的水泵连通，所述制氢单元通过氢气输出管与所述供氢单元连通；所述供水单元包括供水控制系统、抽水管和所述水泵，所述水泵通过所述抽水管与所述供氢单元连通，所述水泵与所述供水控制系统电连接，所述供水控制系统能够控制所述水泵依次给所述制氢单元供水；所述供氢单元包括罐体、调压阀和压力传感器，所述供水单元和所述制氢单元均设置在所述罐体内部，所述罐体用于盛装水，且水面高于所述氢气输出管和所述抽水管的末端，所述压力传感器设置于所述罐体内侧上部，所述压力传感器与所述供水控制系统电连接，所述罐体的上部设有氢气输出口，所述调压阀的输入端与所述氢气输出口连接，所述调压阀的输出端用于与燃料电池单元连通。

【技术特征摘要】
1.一种便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：包括供水单元、供氢单元和若干个制氢单元；所述制氢单元内部放有水解制氢铝合金，所述制氢单元的进水口分别通过一进水管与所述供水单元的水泵连通，所述制氢单元通过氢气输出管与所述供氢单元连通；所述供水单元包括供水控制系统、抽水管和所述水泵，所述水泵通过所述抽水管与所述供氢单元连通，所述水泵与所述供水控制系统电连接，所述供水控制系统能够控制所述水泵依次给所述制氢单元供水；所述供氢单元包括罐体、调压阀和压力传感器，所述供水单元和所述制氢单元均设置在所述罐体内部，所述罐体用于盛装水，且水面高于所述氢气输出管和所述抽水管的末端，所述压力传感器设置于所述罐体内侧上部，所述压力传感器与所述供水控制系统电连接，所述罐体的上部设有氢气输出口，所述调压阀的输入端与所述氢气输出口连接，所述调压阀的输出端用于与燃料电池单元连通。2.根据权利要求1所述的便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：所述制氢单元包括可拆卸密封连接的反应容器和顶盖，所述顶盖上设有用于通过所述进水管和所述氢气输出管的通孔，所述水解制氢铝合金通过透水透气的无纺布袋包裹起来后放置在所述反应容器内。3.根据权利要求1所述的便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：所述罐体包括可拆卸密封连接的罐身和罐盖，所述罐盖上设有安全阀和压力表。4.根据权利要求1所述的便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：所述氢气输出管延伸至所述罐体的底部。5.根据权利要求1所述的便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：所述燃料电池单元为质子交换膜燃料电池。6.根据权利要求1所述的便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：所述水泵的泵出口连通一供水总管，所述供水总管连通有与所述制氢单元数量相等的所述进水管，每个所述进水管上均设有一电磁阀，所述电磁阀与所述供水控制系统电连接。7.根据权利要求1所述的便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：所述氢气输出管上设有仅能够从所述制氢单元向所述供氢单元开启的单向阀。8.根据权利要求1所述的便携式燃料电池制氢供氢系统，其特征在于：所述罐体呈圆柱体形，所述制氢单元围绕所述罐体中心呈圆周阵列分布。9.一种如权利要求1-8中任一项所述的便携式燃料电池制氢供氢系统的使用方法，其特征在于：根据燃料电池的供氢流量和使用时间，将一定质量的水解制氢铝合金均分为与制氢单元数相等的质量份分别装入无纺布袋中，然后将无纺布袋通过换料口放入到各个制氢单元中后安装好顶盖和罐盖；开启供水控制系统，压力传感器将罐体中的实时压力传输给供水...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗平，董仕节，官旭，刘康，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42