小型pemfc用簡易氫氣發生裝置的製作方法

2023-10-11 12:21:34 2

專利名稱：小型pemfc用簡易氫氣發生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氫氣發生裝置。
背景技術：
燃料電池是一種高效、無汙染的發電裝置，它直接將貯存在燃料和氧化 劑中的化學能轉化為電能。在當今世界環境汙染與能源短缺成為阻礙經濟發 展和人類社會進步的首要問題時，燃料電池的開發研究越來越受到各國政府 和科技人員的重視。而在諸多種類的燃料電池中，質子交換膜燃料電池 (PEMFC)除具有一般燃料電池能量轉化效率高和環境友好等優點之外，同 時還具有可在室溫快速啟動、無電解液流失、水易排出、壽命長、比功率和 比能量高等突出特點，是很有發展潛力的清潔電源。
PEMFC以氫氣作為燃料，小型的PEMFC要求體積小、重量輕、攜帶方 便、安全係數高、無汙染，為其提供氫源的裝置除滿足上述要求外，還要具 有產氫速度快、產量易於控制、成本低等特點。對於小型PEMFC來說，為了 簡化設備、減小體積、降低成本， 一般沒有外部的加溼系統，只能依靠自身 產生的水來進行自增溼，而電池本身生成的水顯然無法滿足陽極加溼的要求， 從而降低了 PEMFC的性能；另外小型PEMFC也普遍沒有氫氣產量控制部件， 專利號為02104279.9的發明提供了一種使用鋁作為反應原料與氫氧化鈉水溶 液反應製備氫氣的方法和裝置，該方法比較簡單，但該裝置的氫氣產量控制 部件需要使用液位計、壓力控制器、液體泵、壓力傳感器等多種元器件，大 大增加了裝置的製造成本和結構的複雜性。

發明內容
本發明為解決現有小型PEMFC存在的缺少外部加溼系統、氫氣產量控制 部件比較複雜的問題，提供一種小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置。本發明包 含注水管l、存水室2、存料室3、第一檔板7、反應室8、導氣管9、第二擋 板11、出氣管12、彈性膜13、下水U形軟管14、滴水管15和滴液直管16， 存料室3的底部外壁與反應室8的頂部外壁固定連接，存料室3的頂部外壁
與存水室2的底部外壁固定連接，注水管1設置在存水室2的頂部外壁上，
注水管1兩個埠分別與外界和存水室2相連通，設置在存料室3中的第一 檔板7和彈性膜B將存料室3分成存料腔4、導氣腔5和壓縮腔6三個封閉 的區域，存料腔4位於存料室3的左側內壁和第一檔板7之間，導氣腔5位 於存料室3的右側內壁和彈性膜13之間，壓縮腔6位於第一檔板7和彈性膜 13之間，滴液直管16從存料腔4和反應室8的連接處穿過，滴液直管16的 進水口位於存料腔4內，滴液直管16的出水口位於反應室8內，出氣管12 設置在導氣腔5的外部側壁上，出氣管12的兩端分別與外界和導氣腔5相連 通，第二擋板11設置在彈性膜13的中部並且位於壓縮腔6的一側，下水U 形軟管14從存水室2和壓縮腔6的連接處穿過，下水U形軟管14的進水口 位於存水室2內，下水U形軟管14的出水口位於壓縮腔6內，滴水管15從 第一擋板7上穿過，滴水管15的進水口與下水U形軟管14的出水口相連接， 滴水管15的出水口位於存料室3內，導氣管9從導氣腔5和反應室8的連接 處穿過，導氣管9的進氣口位於反應室8內，導氣管9的出氣口位於導氣腔5 內。
工作原理本發明通過鋁和氫氧化鈉水溶液反應製造氫氣，水由注水管l
注入到存水室2內，然後通過下水U形軟管14和滴水管15進入存料腔4內， 並溶解放在存料腔4內的氫氧化鈉固體形成氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液由 滴液直管16進入反應室8內，與存放在反應室內的鋁箔發生化學反應，化學 方程式如下
產生的氫氣通過導氣管9進入導氣腔5，並通過出氣管12為燃料電池提 供氫氣，隨著反應的進行，導氣腔5內的氣體壓力越來越大，當導氣腔5內 的壓力大於外界大氣壓，而燃料電池卻不能消耗過量的氫氣時，安裝在這裡 的彈性膜13逐漸向壓縮腔6膨脹，設置在彈性膜13上的第二擋板11會因為 彈性膜13的膨脹而擠壓下水U形軟管14，下水U形軟管14在壓力作用下會 逐漸靠近壓縮腔6的內側壁直至貼緊壓縮腔6的內側壁，由於下水U形軟管 l4的寬度小於第二檔板11的寬度，下水U形軟管14的長度大於第二檔板11 的長度，第二檔板11能夠使下水U形軟管14完全截流，水也不再滴落到存
料腔4內的氫氧化鈉固體上，氫氧化鈉溶液的減少暫時抑制了制氫反應的進 行，當燃料電池逐漸將導氣腔5內的氫氣消耗，導氣腔5內壓力降低後，第
二擋板11逐漸脫離下水U形軟管14，水繼續通過下水U形軟管14和滴水管 15進入存料腔4，反應將重複上述過程。
發明效果本發明的結構簡單、成本低廉、易於維護、能夠對氫氣的產
量進行有效的控制，適用於多種燃料電池。反應產生的氫氣中含有一定量的
水蒸氣，水蒸氣會隨氫氣到達燃料電池的陽極，形成PEMFC自加溼系統，可 以大幅提高電堆性能，而且不需要另外增加加溼設備。


圖1是本發明的整體結構示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是具 體實施方式五的整體結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1、圖2，本實施方式由注水管1、存水室2、 存料室3、第一檔板7、反應室8、導氣管9、第二擋板ll、出氣管12、彈性 膜13、下水U形軟管14、滴水管15和滴液直管16組成，存料室3的底部外 壁與反應室8的頂部外壁固定連接，存料室3的頂部外壁與存水室2的底部 外壁固定連接，注水管1設置在存水室2的頂部外壁上，注水管1兩個埠 分別與外界和存水室2相連通，設置在存料室3中的第一檔板7和彈性膜13 將存料室3分成存料腔4、導氣腔5和壓縮腔6三個封閉的區域，存料腔4位 於存料室3的左側內壁和第一檔板7之間，導氣腔5位於存料室3的右側內 壁和彈性膜13之間，壓縮腔6位於第一檔板7和彈性膜13之間，滴液直管 16從存料腔4和反應室8的連接處穿過，滴液直管16的進水口位於存料腔4 內，滴液直管16的出水口位於反應室8內，出氣管12設置在導氣腔5的外 部側壁上，出氣管12的兩端分別與外界和導氣腔5相連通，第二擋板ll設 置在彈性膜13的中部並且位於壓縮腔6的一側，下水U形軟管14從存水室 2和壓縮腔6的連接處穿過，下水U形軟管14的進水口位於存水室2內，下 水U形軟管14的出水口位於壓縮腔6內，滴水管15從第一擋板7上穿過， 滴水管15的進水口與下水U形軟管14的出水口相連接，滴水管15的出水口 位於存料室3內，導氣管9從導氣腔5和反應室8的連接處穿過，導氣管9
的進氣口位於反應室8內，導氣管9的出氣口位於導氣腔5內。
具體實施方式
二本實施方式的滴液直管16的內直徑為2mm。其它結構 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三參見圖1，本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於
滴液直管16的管口面與水平面呈30。 60。的傾角。由於滴液直管16的管口內 徑較小，會出現因為溶液表面張力的作用使液面沒過滴液管16的管口也不向 下滴落的現象，因此滴液直管16的管口面與水平面呈一定角度，可以使氫氧 化鈉溶液順利通過滴液直管16滴入反應室8。
具體實施方式
四參見圖1，本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於 它增加了一個單向閥17，單向閥17設置在滴液直管16中，單向閥17的流通 方向為從滴液直管16的進水口至滴液直管16的出水口。當反應室8內的壓 力增大時會有部分氫氣通過滴液直管16回流到存料室3內，在滴液直管16 中設置單向閥17以後可以防止氫氣回流而不影響氫氧化鈉溶液通過滴液直管 16流入反應室8內，提高了氫氣發生裝置的效率。
具體實施方式
五參見圖3，本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於 它增加了一個滴液直管16，兩個滴液直管16設置在存料腔4和反應室8的連 接處，並且分別位於存料腔4底部內側壁的兩個三等分點上。氫氧化鈉溶液 通過兩個滴液直管16流入反應室，可以更均勻的與反應室8內的鋁箔進行化 學反應。
具體實施方式
六參見圖1，本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於
在導氣管9中增加了過濾泡沫10。制氫反應產生氫氣的同時也會產生副產物 偏鋁酸鈉，並且會有少量的偏鋁酸鈉會隨氫氣通過出氣管達到燃料電池的陽 極，凝結在燃料電池的陽極偏鋁酸鈉會影響電堆性能甚至造成燃料電池的損 壞，所以在導氣管9中加入的過濾泡沫10可以過濾掉多餘的偏鋁酸鈉，保證 供給燃料電池陽極的氫氣的純度。
權利要求
1、一種小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置，它包含注水管(1)、存水室(2)、存料室(3)、第一檔板(7)、反應室(8)、導氣管(9)、第二擋板(11)、出氣管(12)、彈性膜(13)、下水U形軟管(14)、滴水管(15)和滴液直管(16)，存料室(3)的底部外壁與反應室(8)的頂部外壁固定連接，存料室(3)的頂部外壁與存水室(2)的底部外壁固定連接，注水管(1)設置在存水室(2)的頂部外壁上，注水管(1)兩個埠分別與外界和存水室(2)相連通，其特徵在於設置在存料室(3)中的第一檔板(7)和彈性膜(13)將存料室(3)分成存料腔(4)、導氣腔(5)和壓縮腔(6)三個封閉的區域，存料腔(4)位於存料室(3)的左側內壁和第一檔板(7)之間，導氣腔(5)位於存料室(3)的右側內壁和彈性膜(13)之間，壓縮腔(6)位於第一檔板(7)和彈性膜(13)之間，滴液直管(16)從存料腔(4)和反應室(8)的連接處穿過，滴液直管(16)的進水口位於存料腔(4)內，滴液直管(16)的出水口位於反應室(8)內，出氣管(12)設置在導氣腔(5)的外部側壁上，出氣管(12)的兩端分別與外界和導氣腔(5)相連通，第二擋板(11)設置在彈性膜(13)的中部並且位於壓縮腔(6)的一側，下水U形軟管(14)從存水室(2)和壓縮腔(6)的連接處穿過，下水U形軟管(14)的進水口位於存水室(2)內，下水U形軟管(14)的出水口位於壓縮腔(6)內，滴水管(15)從第一擋板(7)上穿過，滴水管(15)的進水口與下水U形軟管(14)的出水口相連接，滴水管(15)的出水口位於存料室(3)內，導氣管(9)從導氣腔(5)和反應室(8)的連接處穿過，導氣管(9)的進氣口位於反應室(8)內，導氣管(9)的出氣口位於導氣腔(5)內。
2、 根據權利要求1所述的小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置，其特徵在 於滴液直管(16)的內直徑為2mm。
3、 根據權利要求1所述的小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置，其特徵在 於滴液直管(16)的管口面與水平面呈30。 60。的傾角。
4、 根據權利要求l、 2或3所述的小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置，其 特徵在於它還包含一個單向閥(17)，單向閥(17)設置在滴液直管(16)中，單向 閥(17)的流通方向為從滴液直管(16)的進水口至滴液直管(16)的出水口 。
5、根據權利要求1所述的小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置，其特徵在 於它還包含一個滴液直管(16)，兩個滴液直管(16)設置在存料腔(4)和反應室(8) 的連接處，並且分別位於存料腔(4)底部內側壁的兩個三等分點上。
6、根據權利要求1所述的小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置，其特徵在 於它還包含過濾泡沫(IO)，過濾泡沫(10)設置在導氣管(9)中。
全文摘要
小型PEMFC用簡易氫氣發生裝置，它涉及一種氫氣發生裝置，以解決現有小型PEMFC存在的缺少外部加溼系統、氫氣產量控制部件複雜的問題。它的第一擋板和彈性膜將存料室分成存料腔、導氣腔和壓縮腔三個封閉的區域，滴液直管從存料腔和反應室的連接處穿過，出氣管設置在存氣室的外部側壁上，出氣管的兩端分別與外界和導氣腔相連通，第二擋板設置在彈性膜上並位於壓縮腔的一側，下水U形軟管從存水室和壓縮腔的連接處穿過，滴水管從第一擋板上穿過，滴水管的進水口與下水U形軟管的出水口相連接，滴水管的出水口位於存料室內，導氣管從導氣腔和反應室的連接處穿過。本發明的結構簡單、成本低廉、易於維護、可對氫氣的產量進行有效的控制，適用於多種燃料電池。
文檔編號C01B3/08GK101100283SQ20071007234
公開日2008年1月9日 申請日期2007年6月11日 優先權日2007年6月11日
發明者史鵬飛, 尹鴿平, 杜春雨, 王二東, 程新群 申請人:哈爾濱工業大學