具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統的製作方法
2023-04-24 11:23:16 2
具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，包括燃料電池，還包括空氣溼度控制裝置及空氣泵，所述空氣溼度控制裝置具有一容置空間，該容置空間中的空氣溼度為75%～90%，該容置空間中安裝有空氣溼度調節管道，該空氣溼度調節管道包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵的驅動下，經空氣溼度調節管道進入至燃料電池。本發明能將進入燃料電池的空氣調節至75%～90%的溼度，使燃料電池能在短時間內使啟動效能達到基準效能，並能使燃料電池工作效能達到最高。
【專利說明】具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氫氣發電系統，特別涉及一種具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統。
【背景技術】
[0002]氫，是一種21世紀最理想的能源之一，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產生的能量最多，而且它燃燒的產物是水，沒有灰渣和廢氣，不會汙染環境；而煤和石油燃燒生成的主要是0)2和SO2，可分別產生溫室效應和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存於水中，燃燒後唯一的產物也是水，可源源不斷地產生氫氣，永遠不會用完。氫的分布很廣泛，水就是氫的大「倉庫」，其中含有11%的氫。泥土裡約有1.5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是「取之不盡、用之不竭」的能源。如果能用合適的方法從製取氫，那麼氫也將是一種價格相當便宜的能源。
[0003]氫的用途很廣，適用性強，其中，先進的氫-氧燃料電池發電系統還可以把氫能直接轉化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種氫氣發電系統已在移動通信基站等領域得到使用。在燃料電池的陽極:2? — 4Η++4Θ—，H2分裂成兩個質子和兩個電子，質子穿過質子交換膜(PEM)，電子通過陽極板，通過外部負載，並進入陰極雙極板；在燃料電池的陰極:02+4e_+4H+ — 2H20,質子、電子和O2重新結合以形成H20。在現有技術中，上述H2來源於制氫設備或氫氣儲存裝置，而上述O2則直接來源於外界空氣。
[0004]經實驗證明，在指定的空氣進氣口氣溫(例如40° C)下，空氣溼度在0%至90%之間的情況下，進行操作演示後，發現電池組效能隨著空氣溼度增加而上升。此外，當燃料電池啟動時的空氣溼度過低，則啟動效能會遠差於基準效能，造成相當長的啟動時間才能達至最大額定功率(正常啟動10至20秒便可達到最大功率相比，電池組最長可能需要3分鐘才能達至最大功率)。然而，在現有技術中，由於外界空氣是直接進入燃料電池，而外界空氣溼度差別非常大，若是陰雨天，外界空氣溼度可以達到60%以上，但若是晴朗的天氣，或者北方的冬天，則空氣溼度非常低，甚至不足10%的溼度，這樣，會嚴重影響到燃料電池的效能，進而影響負載(例如移動通信基站)工作。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術中的不足，提供一種具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，該氫氣發電系統能將進入燃料電池的空氣調節至75%?90%的溼度，使燃料電池能在短時間內使啟動效能達到基準效能，並能使燃料電池工作效能達到最聞。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:
一種具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，包括燃料電池，還包括空氣溼度控制裝置及空氣泵，所述空氣溼度控制裝置具有一容置空間，該容置空間中的空氣溼度為75%?90%，該容置空間中安裝有空氣溼度調節管道，該空氣溼度調節管道包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵的驅動下，經空氣溼度調節管道進入至燃料電池。
[0007]所述容置空間中的空氣溼度為80%。
[0008]所述燃料電池包括水氣排放通道，所述空氣溼度控制裝置設有水氣輸入通道，水氣排放通道與水氣輸入通道相連通；在燃料電池內，氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，生成水，該生成的水及餘下的空氣從水氣排放通道排出後，經水氣輸入通道進入空氣溼度控制裝置，該空氣溼度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣後，可控制容置空間中的空氣溼度為75%?90%，多餘空氣和水排出。
[0009]所述氫氣發電系統還包括空氣過濾器，該空氣過濾器設置於空氣泵前端，用於過濾外界空氣中的灰塵雜質。
[0010]所述燃料電池還包括空氣輸入通道及氫氣輸入通道，所述空氣輸入通道與空氣溼度調節管道相連通，所述氫氣輸入通道用於輸入氫氣。
[0011]所述氫氣發電系統還包括制氫裝置，該制氫裝置與燃料電池的氫氣輸入通道相連通。
[0012]所述制氫裝置為甲醇水制氫裝置，該甲醇水制氫裝置包括甲醇水儲存容器、原料輸送裝置、重整器及膜分離裝置，所述原料輸送裝置將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料輸送至重整器後，在重整器內發生甲醇水重整反應，製得氫氣；製得的氫氣送至膜分離裝置，該膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質量百分比鈀佔75%?78%，銀佔22%?25% ;經過膜分離裝置後的高純氫氣送至燃料電池的氫氣輸入通道。
[0013]所述空氣溼度調節管道包括進氣管、出氣管及若干根並列的空氣溼度交換管，夕卜界空氣依次經進氣管、若干根並列的空氣溼度交換管及出氣管後，進入至燃料電池，所述空氣溼度交換管為透水不透氣的管道。
[0014]所述空氣溼度交換管的管壁，從內至外包括多孔支撐管及全氟磺酸膜層。
[0015]所述多孔支撐管為多孔金屬支撐管，或多孔高分子支撐管，或多孔陶瓷支撐管。
[0016]本發明的有益效果是:由於空氣溼度控制裝置可控制容置空間中的空氣溼度為75%?90%，而空氣溼度調節管道具有透水不透氣的管道，這樣，當外界空氣經空氣溼度調節管道進入燃料電池時，容置空間空氣中的水可滲透進空氣溼度調節管道中的空氣中，從而使空氣溼度調節管道中的空氣溼度也達到75%?90%，使燃料電池能在短時間內使啟動效能達到基準效能，並能使燃料電池工作效能達到最高。此外，在本發明優選方式中，由於燃料電池的水氣排放通道與空氣溼度控制裝置的水氣輸入通道相連通，該空氣溼度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣後，可控制容置空間中的空氣溼度為75%?90%，多餘空氣和水排出，因此，空氣溼度控制裝置無需定時加入水源，利用燃料電池產生的水及空氣即可控制容置空間中的空氣溼度達到75%?90%，節省了人力，避免了因未及時加水而造成空氣溼度控制裝置無法正常工作的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明氫氣發電系統的整體結構方框圖。
[0018]圖2為圖1中空氣溼度控制裝置的結構示意圖。
[0019]圖3為空氣溼度交換管的橫截面結構示意圖。
[0020]圖4為制氫裝置的結構方框圖。
[0021]圖中:1.燃料電池；11.水氣排放通道；12.空氣輸入通道；13.氫氣輸入通道；2.空氣溼度控制裝置；21.容置空間；22.空氣溼度調節管道；221.進氣管；222.出氣管；223.空氣溼度交換管；2231.多孔支撐管；2232.全氟磺酸膜層；23.水氣輸入通道；3.空氣泵；4.空氣過濾器；5.制氫裝置；51.甲醇水儲存容器；52.原料輸送裝置；53.重整器；54.膜分離裝置。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
[0023]如圖1所示，本發明為一種具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，包括燃料電池1，還包括空氣溼度控制裝置2及空氣泵3，所述空氣溼度控制裝置2具有一容置空間21，該容置空間21中的空氣溼度為75%?90%，優選為80%，該容置空間21中安裝有空氣溼度調節管道22，該空氣溼度調節管道22包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵3的驅動下，經空氣溼度調節管道22進入至燃料電池I。當外界空氣經空氣溼度調節管道22進入燃料電池I時，容置空間21空氣中的水可滲透進空氣溼度調節管道22中的空氣中，而氮氣等氣體則被阻擋，不能進入至空氣溼度調節管道22中，這樣使空氣溼度調節管道22中的空氣溼度也達到75%?90%，使燃料電池I能在短時間(通常為10-20秒)內使啟動效能達到基準效能，並能使燃料電池I工作效能達到最高。
[0024]如圖1所示，所述燃料電池I包括水氣排放通道11，所述空氣溼度控制裝置2設有水氣輸入通道23，水氣排放通道11與水氣輸入通道23相連通；在燃料電池I內，氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，生成水。該電化學反應包括:在燃料電池的陽極:2? — 4H++4e_，H2分裂成兩個質子和兩個電子，質子穿過質子交換膜(PEM)，電子通過陽極板,通過外部負載,並進入陰極雙極板；在燃料電池的陰極:02+4el4H+—2H20，質子、電子和O2重新結合以形成H20。該電化學反應生成的水及餘下的空氣從水氣排放通道11排出後，經水氣輸入通道23進入空氣溼度控制裝置2，該空氣溼度控制裝置2接收來自燃料電池I的水及空氣後，可控制容置空間21中的空氣溼度為75%?90%，多餘空氣和水排出。由於空氣溼度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣後，可控制容置空間中的空氣溼度為75%?90%，多餘空氣和水排出，因此，空氣溼度控制裝置無需定時加入水源，利用燃料電池產生的水及空氣即可控制容置空間中的空氣溼度達到75%?90%，節省了人力，避免了因未及時加水而造成空氣溼度控制裝置無法正常工作的問題。
[0025]如圖1所示，所述氫氣發電系統還包括空氣過濾器4，該空氣過濾器4設置於空氣泵3前端，用於過濾外界空氣中的灰塵雜質，這樣可防止空氣溼度調節管道22及燃料電池I內部粘滿灰塵而影響效能。
[0026]如圖1所示，所述燃料電池I還包括空氣輸入通道12及氫氣輸入通道13，所述空氣輸入通道12與空氣溼度調節管道22相連通，所述氫氣輸入通道13用於輸入氫氣。進一步，所述氫氣發電系統還包括制氫裝置5，該制氫裝置5與燃料電池I的氫氣輸入通道13相連通。如圖4所示，所述制氫裝置5為甲醇水制氫裝置5，該甲醇水制氫裝置5包括甲醇水儲存容器51、原料輸送裝置52、重整器53及膜分離裝置54，所述原料輸送裝置52將甲醇水儲存容器51中的甲醇水原料輸送至重整器53後，在重整器53內發生甲醇水重整反應，製得氫氣；製得的氫氣送至膜分離裝置54，該膜分離裝置54為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質量百分比鈀佔75%?78%，銀佔22%?25% ;經過膜分離裝置54後的高純氫氣送至燃料電池I的氫氣輸入通道13。所述重整器53的甲醇水重整反應包括:重整器啟動後,在重整器內，甲醇與水蒸氣在350-409 °C溫度下
1-5M Pa的壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫氣和二氧化碳，這是一個多組份、多反應的氣固催化反應系統；反應方程為:
(I)CH3OH — C0+2H2 ； (2) H2CHCO — C02+H2 ； (3) CH30H+H20 — C02+3H2 ;經重整反應後，氫氣、二氧化碳、未反應的水蒸氣及雜質氣體組成的混合氣體輸送至膜分離裝置54。
[0027]如圖2所示，所述空氣溼度調節管道22包括進氣管221、出氣管222及若干根並列的空氣溼度交換管223，外界空氣依次經進氣管221、若干根並列的空氣溼度交換管223及出氣管222後，進入至燃料電池1，所述空氣溼度交換管223為透水不透氣的管道。由於空氣溼度交換管223設置了多根，這樣，空氣溼度調節管道22與容置空間21中的空氣具有較大的溼度交換面積，使溼度交換效率更高。進一步，如圖3所示，所述空氣溼度交換管223的管壁，從內至外包括多孔支撐管2231及全氟磺酸膜層2232，形成Naf1n管。再進一步，多孔支撐管2231優選為多孔金屬支撐管，或多孔高分子支撐管，或多孔陶瓷支撐管。
[0028]以上所述，僅是本發明較佳實施方式，凡是依據本發明的技術方案對以上的實施方式所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，包括燃料電池，其特徵在於:還包括空氣溼度控制裝置及空氣泵，所述空氣溼度控制裝置具有一容置空間，該容置空間中的空氣溼度為75%?90%，該容置空間中安裝有空氣溼度調節管道，該空氣溼度調節管道包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵的驅動下，經空氣溼度調節管道進入至燃料電池。
2.根據權利要求1所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述容置空間中的空氣溼度為80%。
3.根據權利要求1所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述燃料電池包括水氣排放通道，所述空氣溼度控制裝置設有水氣輸入通道，水氣排放通道與水氣輸入通道相連通；在燃料電池內，氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，生成水，該生成的水及餘下的空氣從水氣排放通道排出後，經水氣輸入通道進入空氣溼度控制裝置，該空氣溼度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣後，可控制容置空間中的空氣溼度為75%?90%，多餘空氣和水排出。
4.根據權利要求1所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述氫氣發電系統還包括空氣過濾器，該空氣過濾器設置於空氣泵前端，用於過濾外界空氣中的灰塵雜質。
5.根據權利要求1所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述燃料電池還包括空氣輸入通道及氫氣輸入通道，所述空氣輸入通道與空氣溼度調節管道相連通，所述氫氣輸入通道用於輸入氫氣。
6.根據權利要求5所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述氫氣發電系統還包括制氫裝置，該制氫裝置與燃料電池的氫氣輸入通道相連通。
7.根據權利要求6所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述制氫裝置為甲醇水制氫裝置，該甲醇水制氫裝置包括甲醇水儲存容器、原料輸送裝置、重整器及膜分離裝置，所述原料輸送裝置將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料輸送至重整器後，在重整器內發生甲醇水重整反應，製得氫氣；製得的氫氣送至膜分離裝置，該膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質量百分比鈀佔75%?78%，銀佔22%?25% ;經過膜分離裝置後的高純氫氣送至燃料電池的氫氣輸入通道。
8.根據權利要求1-7中任意一項所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述空氣溼度調節管道包括進氣管、出氣管及若干根並列的空氣溼度交換管，外界空氣依次經進氣管、若干根並列的空氣溼度交換管及出氣管後，進入至燃料電池，所述空氣溼度交換管為透水不透氣的管道。
9.根據權利要求8所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述空氣溼度交換管的管壁，從內至外包括多孔支撐管及全氟磺酸膜層。
10.根據權利要求9所述的具有空氣溼度調節功能的氫氣發電系統，其特徵在於:所述多孔支撐管為多孔金屬支撐管，或多孔高分子支撐管，或多孔陶瓷支撐管。
【文檔編號】H01M8/04GK104332644SQ201410621889
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】向華 申請人:廣東合即得能源科技有限公司