專利名稱：帶金屬氫化物儲氫單元的燃料電池便攜式手提電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式手提電源，特別涉及一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種功率密度大，工作溫度低，高效，低污染的綠色能源裝置。利用氫氣作為燃料與純氧或空氣分別在電池的兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，電子通過外電路進行定向流動，從而給負載提供直流電。其反應(yīng)產(chǎn)物主要是水，環(huán)境友好；而且燃料電池工作過程中主要是按電化學(xué)方式直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能量轉(zhuǎn)化效率高；正是由于這些突出的優(yōu)越性，燃料電池技術(shù)的研究和開發(fā)備受各國政府和大公司的重視，被認為是21世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)。燃料電池工作時所需的原料包括氫氣和氧氣，氧氣以空氣通過空氣泵輸入，氫氣則預(yù)先裝在一定的儲氫裝置中，以供使用。燃料電池工作時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生一定的熱量，因此要對這些產(chǎn)生的熱量進行管理。電池組的熱管理包括(1)排出電池組廢熱，防止電池組內(nèi)呈現(xiàn)熱點而損壞電池組，保證電池組穩(wěn)定恒溫運行；( 有效利用排出電池組的廢熱，提高燃料電池利用率。由于燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率一般在40% 60%之間，因此為保持電池組恒溫運行必須排出60% 40%熱量，否則電池工作溫度將爬升。氫氣的貯存與輸送是氫能利用中的重要環(huán)節(jié)。由于氫的易燃性、易擴散性和重量輕，因此其貯存與輸送中的安全、高效和無泄漏損失是人們在實際應(yīng)用中優(yōu)先考慮的問題。 氫的儲存有多種形式，工業(yè)實際應(yīng)用中大致有五種貯氫方法(1)常壓貯存；( 高壓容器； (3)液氫貯存；(4)金屬氫化物方式；(5)吸附貯存。其中傳統(tǒng)的貯存方式存在體積儲氫密度低，對使用容器性能要求高，存在爆炸危險等缺陷；而金屬氫化物儲氫具有體積比儲氫密度高，平衡壓力低，使用安全等優(yōu)點，可同時用于工業(yè)和民用，從而使氫能走進我們的日常生活。與傳統(tǒng)儲氫技術(shù)相比，金屬氫化物儲氫的優(yōu)點是儲氫密度大，安全性好，沒有爆炸危險， 不需要高壓容器和隔熱容器，操作簡單方便，可以設(shè)計成固定式或者移動式，移動式儲氫合金重量輕，安裝攜帶方便，因此成為小型便攜式備用電源的首選儲氫方法。近年來發(fā)展了金屬氫化物(如LaNi5)儲氫，這類合金可在一定條件下吸收氫生成金屬氫化物，而在一定的溫度與壓力下，又能將吸收的氫釋放出來。其主要優(yōu)點是儲氫密度高，而且充氫壓力也比較低，相對高壓鋼瓶儲氫消耗能量較少。因此金屬氫化物儲氫特別適合于小功率便攜式燃料電池。現(xiàn)有的金屬氫化物儲氫裝置，內(nèi)部填充有金屬氫化物儲氫材料，當金屬氫化物儲氫材料吸氫時，其晶胞體積變大，放出熱量，而放氫時晶胞體積收縮，吸收熱量。隨著燃料電池的應(yīng)用范圍的擴大，以及燃料電池技術(shù)方面的完善，人們越來越關(guān)心其實用性和可操作性。對于小功率便攜式電源，為減小其空間體積，方便攜帶，不可能設(shè)置很多附屬設(shè)備，但又要保證其穩(wěn)定運行，因此對其現(xiàn)有設(shè)備進行結(jié)構(gòu)改進成為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了某些燃料電池備用電源的技術(shù)缺陷，采用金屬氫化物儲氫，選用的材料是一種具有可逆儲氫性能的金屬化合物，氫與這種金屬化合物可以進行可逆反應(yīng)，當外界有熱量加給時，金屬氫化物就分解為金屬相并放出氫氣；反之，氫和金屬構(gòu)成氫化物時，氫就以固態(tài)結(jié)合形式儲于其中。本發(fā)明的目的是提供一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源。為節(jié)省能耗，增加儲氫密度，故采用金屬氫化物儲氫，儲氫材料釋放氫氣時需要吸收熱量，本發(fā)明將燃料電池堆產(chǎn)生的熱量輸送給金屬氫化物儲氫瓶組，實現(xiàn)能量合理有效的循環(huán)、充分利用。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種帶金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源結(jié)構(gòu)， 包括一燃料電池組，此燃料電池組由多組電池單元組成。燃料電池組上方設(shè)置兩散熱風扇及一溫度傳感器。燃料電池組空氣進口處連接一增濕器，空氣經(jīng)由空氣泵進入增濕器與燃料電池出口處反應(yīng)后的氣體進行增濕換熱，達到一定濕度和溫度后進入燃料電池組與氫氣進行反應(yīng)。燃料電池組輸出功率為50W 50KW.控制器這里主要用來控制散熱風扇和溫度傳感器，散熱風扇將燃料電池產(chǎn)生的熱量輸送到上方儲氫瓶組的同時，降低了燃料電池本身的溫度。但燃料電池工作溫度需保持在40°C 60°C之間，因此燃料電池組上方放置溫度傳感器，感應(yīng)到燃料電池組內(nèi)部溫度， 并上傳信號到控制器中，通過控制器來控制散熱風扇的開啟度，從而調(diào)節(jié)燃料電池組內(nèi)部溫度，使燃料電池保持在穩(wěn)定狀態(tài)下工作。氫氣由儲氫瓶組供應(yīng)，儲氫瓶組由若干個儲氫瓶構(gòu)成，每個儲氫瓶內(nèi)裝金屬合金， 利用金屬合金在一定條件下吸氫，另一條件下放氫的特性來進行儲氫，其儲氫容量范圍為 100L 2000L。儲氫瓶組放置在燃料電池組上方，利用散熱風扇將燃料電池工作時產(chǎn)生的熱量輸送到上方儲氫瓶組，以便儲氫瓶組放氫時吸熱所需。所述的儲氫瓶組設(shè)置在燃料電池組的上方，燃料電池組與其他部件集成為一體，而儲氫瓶組自成一體。這樣做方便儲氫瓶組進行加氫，待儲氫瓶組內(nèi)氫氣達到一定容量后，再通過其外殼上的凹槽嵌到燃料電池堆外殼上，使其兩者成為一體，方便攜帶。


圖1為本發(fā)明帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-質(zhì)子交換膜燃料電池堆，2-散熱風扇組，3-金屬氫化物儲氫瓶組，4-溫度傳感器，5-控制器，6-增濕器。7-空氣泵。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例1如圖1所示，空氣經(jīng)由空氣泵(7)通過管線⑶進入增濕器(6)，與燃料電池出口廢氣(管線9)進行換熱增濕后通過管線(10)進入燃料電池(1)作為發(fā)電所需氧化劑，燃料電池所需燃料氫氣事先儲存在儲氫瓶中，若干儲氫瓶組成儲氫瓶組，燃料電池工作時，儲氫瓶組放氫，氫氣通過管線11進入燃料電池，與增濕來的空氣進行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的廢水進入增濕器(管線9)，燃料電池氫氣出口(管線12)和增濕器出口廢氣(管線13)最終合并為一體集中排出。 燃料電池組(1)上方設(shè)置溫度傳感器，用來檢測燃料電池組內(nèi)部溫度，溫度傳感器上傳信號到控制器(5)(控制線路14)，控制器控制散熱風扇組O)的開啟度，用來將燃料電池產(chǎn)生的熱量及時移走，保證燃料電池在正常條件下工作。被移走的熱量通過散熱風扇輸送到上方儲氫瓶組(3)，供儲氫瓶組放氫時吸熱所用，這樣既保證了燃料電池內(nèi)部的穩(wěn)定工作，又能夠有效利用熱能。另外，燃料電池組、控制器、空氣泵、增濕器設(shè)計成一整體， 集成在一起；儲氫瓶組另成一體，目的為了方便加氫，然后將兩部分通過連接部件連接到一起，使之成為一整體，方便攜帶。
權(quán)利要求
1.一種帶金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源，其結(jié)構(gòu)包括燃料電池組(1)，散熱風扇組O)，儲氫瓶組(3)，溫度傳感器G)，控制器(5)，增濕器(6)，空氣泵(7)，其特征在于采用金屬氫化物儲氫，并且利用燃料電池工作中產(chǎn)生的熱量加熱儲氫瓶組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源，其特征在于所述的金屬氫化物儲氫裝置是一種帶有安全保護結(jié)構(gòu)的金屬氫化物儲氫裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源，其特征在于儲氫單元采用金屬氫化物儲氫，整個儲氫單元由若干個儲氫瓶所組成，瓶組內(nèi)裝填儲氫合金，其儲氫容量范圍為100L 2000L，氫氣的釋放流量為0. 5L/min 50L/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源，其特征在于所述的燃料電池組采用質(zhì)子交換膜燃料電池電堆，其輸出功率為50W 50KW。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源，其特征在于所述的質(zhì)子交換膜燃料電池組上方設(shè)置散熱風扇，散熱風扇旁設(shè)置溫度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池堆與金屬氫化物儲氫裝置的連用系統(tǒng)， 其特征在于通過風扇組向金屬氫化物儲氫裝置吹的熱風的溫度范圍在室溫 80°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源，其特征在于帶有控制器，本結(jié)構(gòu)中控制器主要用來連接散熱風扇和溫度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源，其特征在于燃料電池組與金屬氫化物儲氫單元之間設(shè)計成分體組合式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶金屬氫化物儲氫單元的便攜式手提電源。該電源包括一個質(zhì)子交換膜燃料電池組，兩個散熱風扇，一個儲氫瓶組，一塊控制器，一個空氣泵和一個外置增濕器。儲氫瓶組采用金屬氫化物儲氫，其放氫時需要吸熱，本電源的特點是其中金屬氫化物儲氫瓶組為燃料電池堆提供氫源，而燃料電池堆產(chǎn)生的熱量輸送給金屬氫化物儲氫瓶組，儲氫瓶組放置在燃料電池組的上方，使得燃料電池工作中產(chǎn)生的熱量通過散熱風扇吹到儲氫瓶組，為儲氫瓶組放氫時吸熱所用。另外加置控制器，用來控制散熱風扇和溫度傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分利用裝置本身的結(jié)構(gòu)來傳遞熱量，減少熱量損失，達到節(jié)能減排的作用，實現(xiàn)能量的循環(huán)和充分利用。
文檔編號H01M8/06GK102195056SQ20101011821
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者沈建躍 申請人:蘇州氫潔電源科技有限公司