[发明专利]一种低能耗压力可控式制氢供氢装置及燃料电池系统

说明书

本发明公开了一种低能耗压力可控式制氢供氢装置，包括加水箱，输水管路，第一储水室，反应室，第二储水室，弹簧室，输气管路。该装置通过制氢材料与水溶液混合后发生的化学反应制取氢气，并依据启普发生器原理对反应的进程进行控制，同时增加弹簧室对产生的氢气进行增压处理，使制备出的氢气可以直接供给燃料电池使用。而且根据本发明提出的制氢压力制约方程式，可通过调整一系列参数来改变制氢设备制氢压力的大小。本装置不需要监测、控制元件的参与，避免了额外系统能耗，制氢过程安全可控，适用范围更广。本发明还提出装载所述制氢供氢装置的便携燃料电池发电系统，实现即时制氢‑供氢‑发电。

技术领域

本发明属于氢气的制备和发电应用技术领域，具体涉及一种低能耗压力可控式制氢供氢装置及燃料电池系统。

背景技术

为了减少对化石燃料的依赖以及降低其对环境的严重影响，开发生态友好、新型可持续的绿色能源技术成为我们迫切解决的难题。在这其中，最具吸引力的选择之一是氢气和燃料电池，氢气具有较高的热值和能量密度，而主要以氢气作为燃料的燃料电池具有相对较高的效率，较低的排放，真正实现低碳甚至零碳排放，可以有效缓解温室效应和环境污染。在各种不同的燃料电池种类中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有最高的能量转换效率，在功率密度、动态响应速度、耐久性和寿命等方面相比于其他燃料电池也更具有优势。由于其比锂电池具有更高的能量密度和安全性，在便携式/移动式电源设备中也具有潜在的应用。

燃料电池发电系统的能量密度主要取决于储氢系统的储氢量，因此对于便携式燃料电池电源系统而言，氢气的制备和供应环节显得更尤为重要。现场制氢-供氢系统不存在氢气保存、泄露问题，可随时随地制氢-供氢，是解决便携式燃料电池发电系统中氢源的理想途径。

现应用于便携式燃料电池发电系统中的制氢供氢装置常选用铝/镁合金、硼氢化物的水解反应作为氢源。这些装置通常根据以下逻辑实现对制氢反应的控制：（1）根据燃料电池的输出功率控制水解反应进程，但由于化学反应具有一定的延时性，不能实现制氢-用氢速率的完美匹配；（2）固定制氢设备内的氢气压力处于某恒定值或某区间范围，但该压力通常需高于或远高于燃料电池的工作压力，较高的压力可能会带来较高的安全隐患。而且上述控制功能的实现通常需要配套的监测控制元件（压力传感器、控制板等）和水泵的参与，这些元件的使用增加了额外系统能耗以及设备失灵等带来的潜在风险，同时因为氢气使用的安全性要求，这些设备通常需要进行防爆保护措施，这无疑增加了系统的生产成本和复杂性，与便携性的设计原则背道而驰。在一些类似于启普发生器原理的制氢装置中，因氢气压力不能达到燃料电池工作要求，需额外增加氢气压缩装置，由此也带来额外的功耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全可控、无额外能耗的制氢供氢装置及燃料电池系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：