一种基于固体氢的果酸催化水合生氢发电装置

技术领域

本发明涉及氢气发电的技术领域，具体为一种基于固体氢的果酸催化水合生氢发电装置。

背景技术

氢气作为能源，具有发热值高、清洁无污染的优点，是最有发展潜力的燃料和能量载体。氢气本身的存储运输需要在高压下，极为不便，使用固体氢技术可将氢气与金属反应制成固体氢化物，可以提高氢气的存储量且安全性更高。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述存在的问题，利用果酸催化使固体氢达到水合反应所需温度，从而生成氢气，利用燃料电池发电系统将氢能转换成电能。使用本装置可实现固体氢的安全、快速生氢，充分匹配燃料电池系统进行氢能向电能的转换，从而实现不同的用电需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于固体氢的果酸催化水合生氢发电装置，包括：

生氢装置，所述的生氢装置利用固体金属氢化物作为生氢原料产生氢气；

供氧装置，所述的供氧装置提供氧气；

燃料电池发电系统，所述的燃料电池发电系统接入氢气和氧气产生电能；

储能系统，所述的储能系统用于燃料电池发电系统产生的电能，并且向外界负载供电；

进一步的，所述的料电池发电系统包括扩散层、催化剂层、质子交换膜、双极板，氢气和氧气分别通过扩散层、催化剂层，在质子交换膜上完成质子的传递，通过双极板和外部负载电路组成一个闭环供电电路，完成电能的输出，反应后生成的水在阴极侧与未反应的氧气一起排出。

进一步的，所述的生氢装置包括果酸水箱、注水泵、氢发仓、固体氢芯体、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、第一气阀，所述的注水泵将果酸水箱中的果酸水溶液注入到氢发仓内使其漫过固体氢芯体底部，所述的第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器监控氢发仓内温度信息和压力信息，所述的第一气阀在氢发仓内的压力超过阈值时开启泄压。

进一步的，所述的固体氢芯体为圆柱状筒体，并且在侧面均匀的开设有多个通孔，生氢原料设置在圆柱状筒体内。

进一步的，所述的注水泵为单向泵。

进一步的，所述的生氢发电装置还包括溢流排气装置，所述的溢流排气装置包括第一溢流管、第二溢流管、溢流水箱、连接管、第三水阀、第一水阀，所述的和第一溢流管和第二溢流管连通的设置在氢发仓的侧面，并且第一溢流管连通的位置高于第二溢流管连通的位置，第二溢流管可将多余的反应物水溶液溢流到溢流水箱中，当反应物从第二溢流管溢流到溢流水箱中时，溢流水箱中的气体会从第一溢流管回到氢发仓中，所述的第三水阀设置在氢发仓，用于将反应停止后的溶液排入溢流水箱中，所述的第一水阀设置在溢流水箱底部。

进一步的，所述的生氢发电装置还包括氢气冷凝装置，所述的氢气冷凝装置包括第一冷凝装置、第二冷凝装置，所述的第一冷凝装置将氢发仓生成的氢气冷却至环境温度，再通过第二冷凝装置进行二次冷却并收集冷凝后的冷凝水。

进一步的，所述的生氢发电装置还包括水气分离装置，所述的水气分离装置设置在第二冷凝装置连通，水气分离装置为制冷除湿装置将经过冷凝装置后的氢气进行水气分离。

进一步的，所述的生氢发电装置还包括储氢供氢系统，所述的储氢供氢系统设置在水气分离装置和燃料电池发电系统之间，所述的储氢供氢系统包括储氢系统和供氢系统。

进一步的，所述的储能系统包括DCDC、电池。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

通过固体氢与水反应生成氢气，和氧气一同通入燃料电池中通过电化学反应发电，产生稳定的电源，使用方便。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的料电池发电系统示意图；

图3为本发明的固体氢芯体示意图。

其中:生氢装置-1、燃料电池发电系统-2、储能系统-3、储氢供氢系统-4、固体氢芯体-5、溢流排气装置-6、氢气冷凝装置-7、水气分离装置-8、供氧装置-9、果酸水箱-10、注水泵-11、氢发仓-12、第一温度传感器-13、第二温度传感器-14、压力传感器-15、第一气阀-16、第二气阀-17、第三气阀-18、DCDC-19、电池-20、储氢系统-21、供氢系统-22、扩散层-23、催化剂层-24、质子交换膜-25、双极板-26、第一溢流管-27、第二溢流管-28、溢流水箱-29、连接管-30、第三水阀-31、第一水阀-32、第一冷凝装置-33、第二冷凝装置-34。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照附图，本专利提出一种基于固体氢的果酸催化水合生氢发电装置。利用果酸催化使固体氢达到水合反应所需温度，从而生成氢气，利用燃料电池发电系统将氢能转换成电能。使用本装置可实现固体氢的安全、快速生氢，充分匹配燃料电池系统进行氢能向电能的转换，从而实现不同的用电需求。一种基于固体氢的果酸催化水合生氢发电装置包括以固体氢(即氢气与金属反应生成的固体金属氢化物)为原料、生氢装置1、燃料电池发电系统2，储能系统3，储氢供氢系统4，固体氢芯体5，溢流排气装置6，氢气冷凝装置7，水气分离装置8，供氧装置9。

所述固体氢原料为氢气与金属反应生成的固体金属氢化物。

所述生氢装置1，包括果酸水箱10、注水泵11、氢发仓12、固体氢芯体5、第一温度传感器13、第二温度传感器14、压力传感器15、第一气阀16。

通过控制注水泵11将果酸水箱10中的果酸水溶液注入到氢发仓12内使其漫过固体氢芯体5底部一定位置后停止注入。使注入的果酸水溶液与固体氢芯体5中的固体氢进行反应，由于固体氢与果酸水溶液反应是放热反应，所以注入的果酸水溶液的温度随着反应而升高。根据实际使用，控制好果酸水溶液的浓度和固体氢的量可使注入的果酸水溶的温度能升高至固体氢的水合反应所需要的温度，使其能一直保持较好的反应状态。整个反应过程通过第一温度传感器13、第二温度传感器14、压力传感器15来监控氢发仓12内的反应情况。若氢发仓12内温度和和压力低于系统设定值可根据需求再次向氢发仓12内注入果酸水溶液，此过程循环监控，第一气阀16在氢发仓12内的气压过高时开启。

所述燃料电池发电系统2，包括第二气阀17、鼓风机、第三气阀18.

通过第二气阀17控制燃料电池系统2的供氢气，鼓风机向燃料电池系统2供氧气，第三气阀18作为燃料电池系统的吹扫排气使用。

所述储能系统3，包括DCDC19、电池20。

通过DCDC19将燃料电池系统2输出的电压转换成与电池20电压相匹配的值，利用电池20将燃料电池发出的电能存储起来。

所述储氢供氢系统4，包括储氢系统21和供氢系统22。

通过储氢系统21将生氢装置1释放出来的氢气在一定的压力下存储起来，然后再通过供氢系统22将储氢系统1中的氢气供给后端燃料电池系统2使用，供氢系统22可根据不同燃料电池系统2的进气压力需求进行设定，能满足不同进气压力的燃料电池系统2的使用。

所述燃料电池发电系统2如图2所示，包括扩散层23、催化剂层24、质子交换膜25、双极板26。

氢气和氧气分别通过扩散层23、催化剂层24，在质子交换膜25上完成质子的传递，通过双极板26和外部负载电路组成一个闭环供电电路，完成电能的输出，反应后生成的水在阴极侧与未反应的氧气一起排出。

所述固体氢芯体5如图3所示。

通过固体氢芯体5将固体氢盛放在其中，该固体氢芯体5为网孔圆柱结构，目的是使固体氢在反应时可及时将反应物排出到固体氢芯体5外，以此促进固体氢的反应，防止因反应物附着在固体氢表面而阻碍固体氢的生氢反应。

所述溢流排气装置6，包括第一溢流管27、第二溢流管28、溢流水箱29、连接管30、第三水阀31、第一水阀32。

当氢发仓12内的反应水溶液的液位较高时，防止反应水溶液从出氢口中流出，本发明内提出了溢流排气装置，当反应水溶液的液位达到第二溢流管28的高度时，多余的反应物水溶液就会从第二溢流管28溢流到溢流水箱29中，限制氢发仓12内反应物水溶液的最高液位，当反应物从第二溢流管28溢流到溢流水箱29中时，溢流水箱29中的气体会从第一溢流管27回到氢发仓12中，其中第一溢流管27的高度是高于第二溢流管28的高度的，以此达到溢流排气的顺利进行。当氢发仓12反应出现异常情况或反应结束时，将第三水阀31打开，排出氢发仓12内的溶液，以达到氢发仓12内停止反应的目的。当系统运行结束后可通过打开第一水阀32，将系统的反应物排出。

所述氢气冷凝装置7，包括第一冷凝装置33、第二冷凝装置34.

通过第一冷凝装置33将氢发仓12生成的氢气冷却至环境温度，再通过第二冷凝装置34进行二次冷却并收集冷凝后的冷凝水。

所述水气分离装置8。

通过一种制冷除湿装置8将经过冷凝装置后的氢气进行水气分离，以降低氢气中的水汽含量。

通过使用单向泵技术，保证果酸水箱中的果酸水只能单向注入到氢发仓12内，而不会因为氢发仓内的压力使果酸水倒流。

所述供氧装置9。

通过燃料电池的供氧装置9可根据燃料电池系统2的运行需求实时调节该供氧装置的供氧量，从而保证燃料电池系统的稳定运行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。