一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术属于燃料电池和制氢领域，提供了一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置、系统及方法，它解决了系统内水的利用率下降，启动速率缓慢，制氢速率得不到精确控制的问题，其技术方案为：储水罐与制氢罐连接方式为泵或管内填充吸液芯，液态水或水气通过活性物填充罐孔缓慢进入系统，过程保持与活性物质良好接触速率，释放氢气；水回收罐表面镂空设计控制水的流出速率，间接控制与活性物质的接触时间；制氢装置内各部分空间可预先填充一种或一种以上吸水材料，提高反应过程速率的稳定性。提高反应过程速率的稳定性。提高反应过程速率的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置及系统


[0001]本专利技术属于燃料电池和制氢领域，尤其涉及一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置、系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]寻找安全、高效可靠的储氢方式为燃料电池提供氢气是目前亟需解决的一个重要问题。
[0004]目前常用的储氢方式为物理储氢和化学储氢。物理储氢主要是将氢气压缩，放氢容易但高压不安全，且还存在质量或体积储氢密度较小、储氢罐质量重等问题；不同的是，化学储氢可利用活性物质水解反应制氢，具有储氢量高、使用安全、氢气纯度高等优点。但无论何种储氢物质，一方面无法控制活性物质与水接触或反应的速度，另一方面，无法将原料液与废液及时分离，导致二者在反应过程长时间混合，导致系统内水的利用率下降，启动速率缓慢，制氢速率得不到精确控制。
[0005]现有的水解制氢方案，已进行了多方面的研究与探索，包括从化学组成角度进行设计，如设计新型催化剂(专利号：CN108862191)、改良(专利号：CN111634884A)或包覆活性物质(专利号：CN109273702)，以降低活性物质与水接触或反应的速率；从水形态的角度进行出发，如提供结合水(专利号：CN106495095)、水蒸汽(专利号：CN110713170)等，使其接触时减缓反应的剧烈性；从制氢装置结构上控制与水接触的速度，如吸水材料(专利号：CN106495096)、压差结构(专利号：CN201217634)等，利用反应装置实现控制速率效果。上述专利，成本高及工艺复杂使系统可靠性与稳定性降低，或后期原料液与废液的混合使得反应速率难以得到精确控制，在相关应用场景上受到一定的局限。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术的第一个方面提供一种用于燃料电池制氢速率可控的装置，储水罐与制氢罐连接方式为泵或管内填充吸液芯，液态水或水气通过活性物填充罐孔缓慢进入系统，过程保持与活性物质良好接触速率，释放氢气；水回收罐表面镂空设计控制水的流出速率，间接控制与活性物质的接触时间；制氢装置内各部分空间可预先填充一种或一种以上吸水材料，提高反应过程速率的稳定性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置，所述装置包括两个重叠的罐体，上部为制氢罐，下部为废水罐；
[0009]所述制氢罐内设置套筒组件，所述套筒组件的外壁和制氢罐内壁之间形成第一中空腔体，所述套筒组件包括活性物填充罐和水回收罐，所述水回收罐位于活性物填充罐内部，所述活性物填充罐内壁和水回收罐外壁之间形成第二中空腔体，所述水回收罐贯穿制
氢罐和废水罐，所述水回收罐内壁之间形成第三中空腔体；
[0010]所述活性物填充罐表面设置第一镂空结构，水回收罐表面设置第二镂空结构，所述第一中空腔体通过第一镂空结构和第二中空腔体连通，所述第二中空腔体通过第二镂空结构和第三中空腔体连通。
[0011]为了解决上述问题，本专利技术的第二个方面提供一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢系统，基于第一方面的制氢装置，严格控制反应过程中水或水汽的进入流量及速率。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢系统，包括：储水罐、水供给系统、制氢装置、燃料电池电堆、水循环系统和氢气供给系统，所述水供给系统一端连接储水罐，另一端连接制氢罐的第一进料口，所述燃料电池电堆包括氢气进口和氢气出口，所述氢气进口连接制氢装置的出气口，所述水循环系统一端和废水出口连接，另一端和第一进料口连接。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术通过设置活性物填充罐和水回收罐表面镂空设计保证了活性物质与水接触的均匀性，又能控制水与活性物质的接触时间，提高反应过程速率的稳定性。
[0016]2、本专利技术活性物填充罐和水回收罐镂空的设计能够使系统减重，携带与应用更加灵活，该装置结构紧凑、简单，能够有效地控制活性物质与水接触速率，系统较为灵活，安全、可靠性较高，适用于各种燃料电池的场合。
[0017]3、本专利技术通过设置活性物填充罐镂空的形状和开度大小，根据活性物质的特点灵活选择单一或叠加罐外壳，从而精确控制活性物质与水接触的速率，进而控制产气速率。
[0018]4、本专利技术水回收罐可根据实际活性物质特点及所需氢气流量，不同高度选择拼接两种或两种以上的镂空形状和大小回收罐表面，以保证反应过程中制氢速率及废水的排放速率。
[0019]5、本专利技术制氢装置内可根据实际活性物质特点及所需氢气流量，灵活选择吸水材料填充位置和种类，进一步提高活性物质与水接触的均匀性，保证反应过程速率的稳定性。
[0020]6、本专利技术进水口可采用多种进水方式，储水罐与制氢罐连接方式为泵或管内填充吸液芯，直接进液态水或增加超声雾化装置使水雾化成水气，提高与活性物质接触的均匀性与反应速率的稳定性，反应一段时间后，废水可通过水回收罐表面镂空流入废水罐，保证原料液与废液的分离。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1是本专利技术实施例一燃料电池制氢速率可控的制氢罐整体结构示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例一活性物填充罐结构示意图；
[0024]图3是本专利技术实施例一水回收罐的结构示意图；
[0025]图4是本专利技术实施例一吸水材料的结构示意图；
[0026]图5是本专利技术实施例一活性物质的结构示意图；
[0027]图6是本专利技术实施例一活性物质和吸水材料填充结构示意图；
[0028]图7是本专利技术实施例二燃料电池制氢速率可控的装置结构系统图。
[0029]图中，1
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制氢罐，2
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下部为废水罐，201
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废水出口，3
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套筒组件，301
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活性物填充罐，3011
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第一镂空结构，3011a
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外层镂空孔,3011b
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内层镂空孔,302
‑
水回收罐，3021
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第二镂空结构，3021a
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上部镂空孔,3021b
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下部镂空孔,3022
‑
过滤口，4
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第一中空腔体，5
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第二中空腔体，6
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第三中空腔体，7
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第一进料口，701
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超声雾化装置,8
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第二进料口，9
‑
出气口。
具体实施方式
[0030]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置，其特征在于，所述装置包括两个重叠的罐体，上部为制氢罐，下部为废水罐；所述制氢罐内设置套筒组件，所述套筒组件的外壁和制氢罐内壁之间形成第一中空腔体，所述套筒组件包括活性物填充罐和水回收罐，所述水回收罐位于活性物填充罐内部，所述活性物填充罐内壁和水回收罐外壁之间形成第二中空腔体，所述水回收罐贯穿制氢罐和废水罐，所述水回收罐内壁之间形成第三中空腔体；所述活性物填充罐表面设置第一镂空结构，水回收罐表面设置第二镂空结构，所述第一中空腔体通过第一镂空结构和第二中空腔体连通，所述第二中空腔体通过第二镂空结构和第三中空腔体连通。2.如权利要求1所述的一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置，其特征在于，所述第一镂空结构为单层镂空孔；或，所述第一镂空结构为孔径渐变的多层镂空孔组合而成，层与层之间形成中空腔体。3.如权利要求2所述的一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置，其特征在于，所述第一镂空结构的多层镂空孔孔径渐变的规律为自外向内逐渐变小。4.如权利要求1所述的一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢装置，其特征在于，所述第二镂空结构为单一的镂空孔；或，所述第二镂空结构为孔径由上至下渐变的镂空孔组合而成。5.如权利要求4所述的一种用于燃料电池制氢速率可控的制氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文荣，郭振，张丽，刘阳，夏中峰，梁琦，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：