一种氢气发生器以及基于该氢气发生器的氢发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢气发生器以及基于该氢气发生器的氢发电系统，气液隔离板覆盖于气液混流腔体的顶部出口处，其中，气液隔离板上密封设置有气体盖板，气体盖板上设置有气体接口，气液隔离板上设置有透气阀，气液混流腔体经透气阀与气体接口相连通，气液混流腔体的底部设置有圆柱形开口、进液接口及排液接口，其中，底面密封盖板上设置有中空结构的集液槽，所述集液槽插入于圆柱形开口内，进液接口经毛细纤维导管与超声波液体雾化器的入口相连通，该氢气发生器及氢发电系统能够有效的提高固体燃料内部硼氢化钠的利用率，氢气速率及固体燃料利用率较好。

A hydrogen generator and hydrogen generating system based on the hydrogen generator

The invention discloses a hydrogen generator and a hydrogen power generation system based on the hydrogen generator. The gas-liquid isolation plate covers the top outlet of the gas-liquid mixed flow chamber. The gas-liquid isolation plate is sealed with a gas cover plate, the gas cover plate is provided with a gas interface, the gas-liquid isolation plate is provided with a gas permeability valve and the gas-liquid mixture. The flow chamber is connected with the gas interface through the gas permeability valve, and a cylindrical opening, a liquid inlet interface and a liquid discharge interface are arranged at the bottom of the gas-liquid mixed flow chamber. A liquid collecting trough with a hollow structure is arranged on the bottom sealing cover plate. The liquid collecting trough is inserted into the cylindrical opening, and the liquid inlet interface is connected with the ultrasonic liquid mist through a capillary fiber duct. The hydrogen generator and hydrogen power generation system can effectively improve the utilization rate of sodium borohydride in solid fuel, and the hydrogen rate and solid fuel utilization rate are better.

【技术实现步骤摘要】
一种氢气发生器以及基于该氢气发生器的氢发电系统
本专利技术属于制氢及氢燃料电池发电
，涉及一种氢气发生器以及基于该氢气发生器的氢发电系统。
技术介绍
燃料电池是一种将氢能高效转化为电能的先进发电装置，无污染排放，但目前基于氢气燃料电池发电尚未大规模商业化应用，其主要问题是制氢和储氢问题。碱性金属硼氢化物在催化剂作用下与水产生水解反应释放氢气，通过控制水解反应速度，可以达到即时制氢，制备产生的氢气通入燃料电池即可发电。传统碱性金属硼氢化物水解反应是将金属硼氢化物的水溶液流过催化剂的催化床，从而实现制氢。该方法有很多缺点，首先，碱性金属硼氢化物水溶液储存需要在强碱性环境，否则碱性金属硼氢化物会快速水解，强碱溶液携带、泄露存在安全问题；其次，碱性金属硼氢化物溶液的浓度不能太高，譬如常温下硼氢化钠的水溶液一般不能超过15％，因为硼氢化钠水解后生成偏硼酸钠，偏硼酸钠结晶水合物粘性高，粘稠流体很容易堵塞催化剂表面，造成催化剂催化效果下降，硼氢化钠不能完全反应。由于硼氢化钠溶液浓度受到限制，因此其能量密度比较低；第三，随着时间推移，催化剂性能逐渐下降并渐渐失效；第四，碱性金属硼氢化物水溶液存在泄漏问题。国际PCT专利的第WO2015/065289公布了一种产氢系统，该专利提出一种利用固体燃料制备氢气的系统，其提出的固体燃料是通过用粘合剂将装载有催化剂的纤维构成纤维支架，然后在纤维支架内填充硼氢化钠固体，固体燃料放置在一反应器中，反应器中设计了水分配器将进入反应器的水分配喷洒到固体燃料上产生水解反应，并产生氢气。该专利提出的固体燃料方案中，采用的纤维的目的是用于装载催化剂，并采用粘合剂将纤维粘合成型为支架，该方案中纤维支架导水性能低，因此其固体燃料如果很密实，则会降低固体燃料内部的碱性硼氢化物利用率，同时该专利提出的固体燃料制备过程复杂；其次，该方案中进入反应器的水是依靠分配器将水喷洒到固体燃料表面，分配器喷出的液滴大，喷洒不均匀，影响氢气速率和固体燃料的利用率，大液滴可能会导致固体燃料溶解在液滴中并随液体流动；另外，该专利方案中进入反应器的水量如果过量，这些过量的水会留置在反应器中，导致反应器内部固体燃料中的硼氢化钠水解反应不可控。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种氢气发生器以及基于该氢气发生器的氢发电系统，该氢气发生器及氢发电系统能够有效的提高固体燃料内部硼氢化钠的利用率，氢气速率及固体燃料利用率较好，另外，固体燃料中碱性硼氢化物水解反应可控。为达到上述目的，本专利技术所述的氢气发生器包括气液混流腔体、底面密封盖板及气液隔离板；气液隔离板覆盖于气液混流腔体的顶部出口处，其中，气液隔离板上密封设置有气体盖板，气体盖板上设置有气体接口，气液隔离板上设置有透气阀，气液混流腔体经透气阀与气体接口相连通，气液混流腔体的底部设置有圆柱形开口、进液接口及排液接口，其中，底面密封盖板上设置有中空结构的集液槽，所述集液槽插入于圆柱形开口内，气液混流腔体内设置有超声波液体雾化器、毛细纤维导管及燃料盒，其中，进液接口经毛细纤维导管与超声波液体雾化器的入口相连通，集液槽的侧面设置有出液口，燃料盒位于集液槽的上方；燃料盒的侧面开设有若干孔隙，燃料盒内填充有固体燃料，固体燃料内有毛细纤维，毛细纤维的端部伸出固体燃料外，其中，伸出到固体燃料下表面外的毛细纤维触及到集液槽的底部。气液混流腔体上端的侧面套接有气液分离盖板紧固法兰，气液隔离板与所述气液分离盖板紧固法兰相连接，其中，气液分离盖板紧固法兰与气液隔离板之间设置有第一密封圈；气液隔离板上设置有气体盖板紧固法兰，其中，气体盖板固定于所述气体盖板紧固法兰上，其中，气体盖板与气体盖板紧固法兰之间设置有第二密封圈；圆柱形开口与集液槽之间通过螺纹连接，圆柱形开口的下端面与底面密封盖板的上表面之间设置有第三密封圈；燃料盒的下端插入于集液槽内并与集液槽之间通过螺纹连接，其中，燃料盒与集液槽之间设置有第四密封圈。固体燃料为淀粉系高吸水材料与碱金属硼氢化物的混合物；或者固体燃料为淀粉系高吸水材料、碱性金属硼氢化物、碱性金属硼氢化物水解催化剂的混合物；其中，碱性金属硼氢化物为LiBH4、NaBH4、KBH4、Ca(BH4)2或Mg(BH4)2；碱性金属硼氢化物水解催化剂为Co-B粉体、Ni-Co催化剂、Ru/Ni泡沫催化剂、CoCl2催化剂、苹果酸或柠檬酸；淀粉高吸水性材料为淀粉酯接枝苯乙烯高吸水材料、支链淀粉酶制水凝胶、甲醛改性淀粉接枝丙稀腈共聚物、环氧氯丙烷改性淀粉接枝丙烯腈共聚物及缩水甘油醚交联淀粉接枝丙烯腈共聚物中的一种或几种的混合物；毛细纤维为纤维素系高吸水性材料，其中，纤维素高吸水性材料为天然纤维棉、麻、丝和毛，羟乙基纤维素高吸水性材料、羧甲基纤维素高吸水性材料、纤维素黄原酸盐高吸水性材料、纤维素接枝共聚高吸水性材料、纤维素接枝丙烯腈高吸水性材料及纤维素接枝丙烯酸高吸水性材料中的一种或几种的混合物。本专利技术所述的氢发电系统包括蓄电池、储液罐、三通混流阀、燃料电池及氢气发生器；储液罐的液体出口与三通混流阀的第一个开口相连通，三通混流阀的第二个开口与氢气发生器的进液接口相连通，氢气发生器的气体接口与燃料电池的阳极气体入口相连通，燃料电池的阳极气体出口与三通混流阀的第三个开口相连通，氢气发生器的排液接口与储液罐的入口相连通，燃料电池的正极及负极与蓄电池相连接。储液罐的液体出口经液体增压泵及第一单向阀与三通混流阀的第一个开口相连通；氢气发生器的气体接口经氢气供应控制阀与燃料电池的阳极气体入口相连通；燃料电池的阳极气体出口经氢气回流泵及第二单向阀与三通混流阀的第二个开口相连通；氢气发生器的排液接口经液体回流控制阀与储液罐的入口相连通。还包括DC-DC转换器、第一电阻、第二电阻、稳压二极管及三极管；燃料电池的正极及负极经DC-DC转换器与蓄电池相连接，第一电阻的一端与燃料电池的阴极相连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端及稳压二极管的阳极相连接，稳压二极管的阴极与燃料电池的阳极相连接，第二电阻的另一端与三极管的基极相连接，三极管的集电极与蓄电池相连接，三极管的发射极接地。还包括PIC控制器、用于检测燃料电池输出电压的电压传感器、用于检测燃料电池输出电流的电流传感器以及用于检测氢气发生器气体接口处气体压强的压力传感器，其中，PIC控制器的输入端与压力传感器、电压传感器及电流传感器相连接，PIC控制器的输出端与液体增压泵、氢气回流泵、氢气供应控制阀及液体回流控制阀相连接。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的氢气发生器以及基于该氢气发生器的氢发电系统在具体操作时，储液罐中的液体进入到氢气发生器中后经毛细纤维导管及超声波液体雾化器雾化成为雾化液体，所述雾化液体经燃料盒侧面的孔隙进入到燃料盒中，再在毛细纤维的导引下进入到固体燃料内部，然后与固体燃料中的碱性硼氢化物直接水解产生氢气，避免直接向固体燃料表面喷洒水带来的液滴大、喷洒不均匀的问题，以提高氢气的速度及固体燃料的利用率，另外，没有进入到燃料盒中的雾化液滴在集液槽中收集，从固体燃料底部伸出的毛细纤维吸收集液槽中的液体，再经毛细纤维导入到固体燃料内部，使固体燃料中的碱性硼氢化物发生水解反应生产氢气，若集液槽内部液体过多，则液体经气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢气发生器，其特征在于，包括气液混流腔体(2A)、底面密封盖板(2H)及气液隔离板(2B)；气液隔离板(2B)覆盖于气液混流腔体(2A)的顶部出口处，其中，气液隔离板(2B)上密封设置有气体盖板(2C)，气体盖板(2C)上设置有气体接口(2E)，气液隔离板(2B)上设置有透气阀(2D)，气液混流腔体(2A)经透气阀(2D)与气体接口(2E)相连通，气液混流腔体(2A)的底部设置有圆柱形开口、进液接口(2K)及排液接口(2I)，其中，底面密封盖板(2H)上设置有中空结构的集液槽(208)，所述集液槽(208)插入于圆柱形开口内，气液混流腔体(2A)内设置有超声波液体雾化器(2F)、毛细纤维导管(2G)及燃料盒(2J)，其中，进液接口(2K)经毛细纤维导管(2G)与超声波液体雾化器(2F)的入口相连通，集液槽(208)的侧面设置有出液口，燃料盒(2J)位于集液槽(208)的上方；燃料盒(2J)的侧面开设有若干孔隙，燃料盒(2J)内填充有固体燃料(3B)以及位于固体燃料(3B)内的毛细纤维(3A)，燃料盒(2J)中固体燃料(3B)底部的毛细纤维(3A)伸入到集液槽(208)内。

【技术特征摘要】
1.一种氢气发生器，其特征在于，包括气液混流腔体(2A)、底面密封盖板(2H)及气液隔离板(2B)；气液隔离板(2B)覆盖于气液混流腔体(2A)的顶部出口处，其中，气液隔离板(2B)上密封设置有气体盖板(2C)，气体盖板(2C)上设置有气体接口(2E)，气液隔离板(2B)上设置有透气阀(2D)，气液混流腔体(2A)经透气阀(2D)与气体接口(2E)相连通，气液混流腔体(2A)的底部设置有圆柱形开口、进液接口(2K)及排液接口(2I)，其中，底面密封盖板(2H)上设置有中空结构的集液槽(208)，所述集液槽(208)插入于圆柱形开口内，气液混流腔体(2A)内设置有超声波液体雾化器(2F)、毛细纤维导管(2G)及燃料盒(2J)，其中，进液接口(2K)经毛细纤维导管(2G)与超声波液体雾化器(2F)的入口相连通，集液槽(208)的侧面设置有出液口，燃料盒(2J)位于集液槽(208)的上方；燃料盒(2J)的侧面开设有若干孔隙，燃料盒(2J)内填充有固体燃料(3B)以及位于固体燃料(3B)内的毛细纤维(3A)，燃料盒(2J)中固体燃料(3B)底部的毛细纤维(3A)伸入到集液槽(208)内。2.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，气液混流腔体(2A)上端的侧面套接有气液分离盖板紧固法兰(205)，气液隔离板(2B)与所述气液分离盖板紧固法兰(205)相连接，其中，气液分离盖板紧固法兰(205)与气液隔离板(2B)之间设置有第一密封圈(201)。3.根据权利要求2所述的氢气发生器，其特征在于，气液隔离板(2B)上设置有气体盖板紧固法兰(206)，其中，气体盖板(2C)固定于所述气体盖板紧固法兰(206)上，其中，气体盖板(2C)与气体盖板紧固法兰(206)之间设置有第二密封圈(202)。4.根据权利要求3所述的氢气发生器，其特征在于，圆柱形开口与集液槽(208)之间通过螺纹连接，圆柱形开口的下端面与底面密封盖板(2H)的上表面之间设置有第三密封圈(203)；燃料盒(2J)的下端插入于集液槽(208)内并与集液槽(208)之间通过螺纹连接，其中，燃料盒(2J)与集液槽(208)之间设置有第四密封圈(204)。5.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，固体燃料(3B)为淀粉系高吸水材料与碱金属硼氢化物的混合物；或者固体燃料(3B)为定粉系高吸水材料、碱性金属硼氢化物以及碱性金属硼氢化物水解催化剂的混合物；其中，碱性金属硼氢化物为LiBH4、NaBH4、KBH4、Ca(BH4)2或Mg(BH4)2；碱性金属硼氢化物水解催化剂为Co-B粉体、Ni-Co催化剂、Ru/Ni泡沫催化剂、CoCl2催化剂、苹果酸或柠檬酸；淀粉高吸水性材料为淀粉酯接枝苯乙烯高吸水材料、支链淀粉酶制水凝胶、甲醛改性淀粉接枝丙稀腈共聚物、环氧氯丙烷改性淀粉接枝丙烯腈共聚物及缩水甘油醚交联淀粉接枝丙烯腈共聚物中的一种或几种的混合物；毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兄文，高山，柴丹，王雅倩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61