氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统，氢气发生器的气体出口与氢气预热器的吸热侧入口相连通，氢气预热器的吸热侧出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氢气预热器的放热侧入口相连通，氢气预热器的放热侧出口与冷凝器的管侧入口相连通，冷凝器的管侧出口与氢气发生器的液体入口相连通，该系统的质量储氢密度能够达到21wt％以上。

Hydrogen-oxygen Fuel Cell and Solid Alkaline Metal Borohydride Integrated Hydrogen Production and Power Generation System

The invention discloses an integrated hydrogen production and power generation system of hydrogen-oxygen fuel cell and solid alkaline metal borohydride. The gas outlet of the hydrogen generator is connected with the heat absorption side inlet of the hydrogen preheater, the heat absorption side outlet of the hydrogen preheater is connected with the anode gas inlet of the fuel cell, and the anode gas outlet of the fuel cell is connected with the heat release side inlet of the hydrogen preheater. The exothermic side outlet of the hydrogen preheater is connected with the tube side inlet of the condenser, and the tube side outlet of the condenser is connected with the liquid inlet of the hydrogen generator. The mass storage density of the system can reach more than 21wt%.

【技术实现步骤摘要】
氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统
本专利技术属于制氢及燃料电池发电
，涉及一种氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统。
技术介绍
目前燃料电池发电系统一般采用压缩储氢或物理吸附储氢，以上储氢方法目前的技术水平达到的质量储氢密度有限，均远远低于10w％。碱性金属硼氢化物是一种安全、环保的含氢化合物，其理论质量储氢密度高，如硼氢化钠的质量储氢密度达到10.8w％，其作为化学储氢方式具有很大的应用前景。碱性金属硼氢化物一般通过水解反应释放氢气，如常温下硼氢化钠的化学反应式为：NaBH4+6H2O→NaBO2·4H2O+4H2上述水解反应生成的氢气供应给燃料电池进行发电。从上述反应式可以发现，通常情况下，碱性金属硼氢化物水解制氢系统需要大量水作为反应物，如果考虑反应物水，常温下硼氢化钠水解制氢系统的储氢质量密度仅为5.5wt％。而当水解反应温度达到65℃时，硼氢化钠的水解反应为：NaBH4+4H2O→NaBO2·2H2O+4H2则可见，该反应可以相应地得到与反应物水相同摩尔数的氢气，进而氢气供应给氢氧燃料电池发电，获得相同摩尔数的水，再将氢氧燃料电池反应生成物水回收后用于硼氢化钠水解反应，水在整个制氢-发电系统中构成闭式循环。基于此原理，硼氢化钠水解制氢系统的质量储氢密度可达到21wt％。为实现上述目标，关键是要解决以下问题：首先，需要控制金属硼氢化物水解反应过程，确保反应物水可以生成相同摩尔数的氢气；其次，要完全回收氢氧燃料电池生成物水，并供应给碱性金属硼氢化物的水解反应。
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，提供了一种氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统，该系统的质量储氢密度能够达到21wt％以上。为达到上述目的，本专利技术所述的氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统包括氢气发生器、氢气预热器、燃料电池、冷凝器、引风机、空气预热器、电加热器及蓄电池系统；氢气发生器的气体出口与氢气预热器的吸热侧入口相连通，氢气预热器的吸热侧出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氢气预热器的放热侧入口相连通，氢气预热器的放热侧出口与冷凝器的管侧入口相连通，冷凝器的管侧出口与氢气发生器的液体入口相连通；引风机的气体出口与冷凝器的壳侧入口相连通，冷凝器的壳侧出口与空气预热器的吸热侧入口相连通，空气预热器的吸热侧出口与电加热器的气体入口相连通，电加热器的气体出口与燃料电池的阴极气体入口相连通，燃料电池的阴极气体出口与空气预热器的放热侧入口相连通，空气预热器的放热侧出口与外界相连通；燃料电池的正极及负极与蓄电池系统相连接。蓄电池系统包括DC-DC转换器、第一电阻、第二电阻、稳压二极管、三极管及蓄电池；燃料电池的正极及负极与DC-DC转换器的输入端连接，第一电阻的一端与燃料电池的负极相连接，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负极相连接，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，DC-DC转换器的输出端与蓄电池相连接。氢气发生器的气体出口连通有安全阀。还包括PIC微型控制器、用于检测氢气发生器气体出口处氢气温度的第一温度传感器、用于检测氢气发生器气体出口处氢气压力的压力传感器、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、用于检测氢气发生器液体入口处水温的第二温度传感器以及用于检测电加热器空气入口处空气温度的第三温度传感器，PIC微型控制器的输入端与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、压力传感器、电流传感器及电压传感器相连接，PIC微型控制器的输出端与引风机的控制端、安全阀的控制端、电加热器的控制端及DC-DC转换器的电流控制端相连接。燃料电池为固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统在具体工作时，燃料电池生成的高温水蒸汽经空气预热器及冷凝器冷凝后回到氢气发生器中参与氢气的生成，氢气发生器再利用水生成氢气，从而使得水在整个系统中形成闭式循环，无需额外添加，极大的简化了系统结构及操作，同时本专利技术通过水的闭式循环以提高制氢系统的储氢质量密度，经试验，以氢气发生器通过硼氢化钠水解制氢为例，本专利技术中制氢系统的质量储氢密度能够达到21wt％以上。附图说明图1本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中氢气发生器5的结构示意图。其中，1为空气预热器、2为氢氧燃料电池、3为引风机、4为冷凝器、5为氢气发生器、6为第二温度传感器、7为氢气预热器、8为第一温度传感器、9为压力传感器、10为安全阀、11为电压传感器、12为电流传感器、13为电加热器、14为第三温度传感器、15为蓄电池、16为DC-DC转换器、17为稳压二极管、18为第一电阻、19为第二电阻、20为三极管、21为PIC微型控制器、2A为超声波液体雾化器、2B为燃料盒、2C为固体燃料、2D为密封盖板、2E为气体出口、2F为液体入口、201为气液混流腔体。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1所示，本专利技术所述的氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统包括氢气发生器5、氢气预热器7、燃料电池2、冷凝器4、引风机3、空气预热器1、电加热器13及蓄电池系统；氢气发生器5的气体出口2E与氢气预热器7的吸热侧入口相连通，氢气预热器7的吸热侧出口与燃料电池2的阳极气体入口相连通，燃料电池2的阳极气体出口与氢气预热器7的放热侧入口相连通，氢气预热器7的放热侧出口与冷凝器4的管侧入口相连通，冷凝器4的管侧出口与氢气发生器5的液体入口2F相连通；引风机3的气体出口与冷凝器4的壳侧入口相连通，冷凝器4的壳侧出口与空气预热器1的吸热侧入口相连通，空气预热器1的吸热侧出口与电加热器13的气体入口相连通，电加热器13的气体出口与燃料电池2的阴极气体入口相连通，燃料电池2的阴极气体出口与空气预热器1的放热侧入口相连通，空气预热器1的放热侧出口与外界相连通；燃料电池2的正极及负极与蓄电池系统相连接。蓄电池系统包括DC-DC转换器16、第一电阻18、第二电阻19、稳压二极管17、三极管20及蓄电池15；燃料电池2的正极及负极与DC-DC转换器16的输入端连接，第一电阻18的一端与燃料电池2的负极相连接，第一电阻18的另一端与第二电阻19的一端及稳压二极管17的阳极相连接，稳压二极管17的阴极与燃料电池2的负极相连接，第二电阻19的另一端与三极管20的基极相连接，三极管20的集电极与蓄电池15相连接，三极管20的发射极接地，DC-DC转换器16的输出端与蓄电池15相连接。参考图2，氢气发生器5的气体出口2E连通有安全阀10；本专利技术还包括PIC微型控制器21、用于检测氢气发生器5气体出口2E处氢气温度的第一温度传感器8、用于检测氢气发生器5气体出口2E处氢气压力的压力传感器9、用于检测燃料电池2输出电压的电压传感器11、用于检测燃料电池2输出电流的电流传感器12、用于检测氢气发生器5液体入口2F处水温的第二温度传感器6以及用于检测电加热器13空气入口处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统，其特征在于，包括氢气发生器(5)、氢气预热器(7)、燃料电池(2)、冷凝器(4)、引风机(3)、空气预热器(1)、电加热器(13)及蓄电池系统；氢气发生器(5)的气体出口(2E)与氢气预热器(7)的吸热侧入口相连通，氢气预热器(7)的吸热侧出口与燃料电池(2)的阳极气体入口相连通，燃料电池(2)的阳极气体出口与氢气预热器(7)的放热侧入口相连通，氢气预热器(7)的放热侧出口与冷凝器(4)的管侧入口相连通，冷凝器(4)的管侧出口与氢气发生器(5)的液体入口(2F)相连通；引风机(3)的气体出口与冷凝器(4)的壳侧入口相连通，冷凝器(4)的壳侧出口与空气预热器(1)的吸热侧入口相连通，空气预热器(1)的吸热侧出口与电加热器(13)的气体入口相连通，电加热器(13)的气体出口与燃料电池(2)的阴极气体入口相连通，燃料电池(2)的阴极气体出口与空气预热器(1)的放热侧入口相连通，空气预热器(1)的放热侧出口与外界相连通；燃料电池(2)的正极及负极与蓄电池系统相连接。

【技术特征摘要】
1.一种氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统，其特征在于，包括氢气发生器(5)、氢气预热器(7)、燃料电池(2)、冷凝器(4)、引风机(3)、空气预热器(1)、电加热器(13)及蓄电池系统；氢气发生器(5)的气体出口(2E)与氢气预热器(7)的吸热侧入口相连通，氢气预热器(7)的吸热侧出口与燃料电池(2)的阳极气体入口相连通，燃料电池(2)的阳极气体出口与氢气预热器(7)的放热侧入口相连通，氢气预热器(7)的放热侧出口与冷凝器(4)的管侧入口相连通，冷凝器(4)的管侧出口与氢气发生器(5)的液体入口(2F)相连通；引风机(3)的气体出口与冷凝器(4)的壳侧入口相连通，冷凝器(4)的壳侧出口与空气预热器(1)的吸热侧入口相连通，空气预热器(1)的吸热侧出口与电加热器(13)的气体入口相连通，电加热器(13)的气体出口与燃料电池(2)的阴极气体入口相连通，燃料电池(2)的阴极气体出口与空气预热器(1)的放热侧入口相连通，空气预热器(1)的放热侧出口与外界相连通；燃料电池(2)的正极及负极与蓄电池系统相连接。2.根据权利要求1所述的氢氧燃料电池与固态碱性金属硼氢化物一体化制氢及发电系统，其特征在于，蓄电池系统包括DC-DC转换器(16)、第一电阻(18)、第二电阻(19)、稳压二极管(17)、三极管(20)及蓄电池(15)；燃料电池(2)的正极及负极与DC-DC转换器(16)的输入端连接，第一电阻(18)的一端与燃料电池(2)的负极相连接，第一电阻(18)的另一端与第二电阻(19)的一端及稳压二极管(17)的阳极相连接，稳压二极管...

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