具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池，還包括空氣濕度控制裝置及空氣泵，所述空氣濕度控制裝置具有一容置空間，該容置空間中的空氣濕度為75%～90%，該容置空間中安裝有空氣濕度調(diào)節(jié)管道，該空氣濕度調(diào)節(jié)管道包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)空氣濕度調(diào)節(jié)管道進(jìn)入至燃料電池。本發(fā)明能將進(jìn)入燃料電池的空氣調(diào)節(jié)至75%～90%的濕度，使燃料電池能在短時(shí)間內(nèi)使啟動(dòng)效能達(dá)到基準(zhǔn)效能，并能使燃料電池工作效能達(dá)到最高。
【專利說明】具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氫氣發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]氫，是一種21世紀(jì)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(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會(huì)污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的主要是0)2和SO2，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨。煤和石油的儲(chǔ)量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠(yuǎn)不會(huì)用完。氫的分布很廣泛，水就是氫的大“倉庫”，其中含有11%的氫。泥土里約有1.5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動(dòng)植物體內(nèi)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(chǔ)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制取氫，那么氫也將是一種價(jià)格相當(dāng)便宜的能源。
[0003]氫的用途很廣，適用性強(qiáng)，其中，先進(jìn)的氫-氧燃料電池發(fā)電系統(tǒng)還可以把氫能直接轉(zhuǎn)化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種氫氣發(fā)電系統(tǒng)已在移動(dòng)通信基站等領(lǐng)域得到使用。在燃料電池的陽極:2? — 4Η++4Θ—，H2分裂成兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)電子，質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜(PEM)，電子通過陽極板，通過外部負(fù)載，并進(jìn)入陰極雙極板；在燃料電池的陰極:02+4e_+4H+ — 2H20,質(zhì)子、電子和O2重新結(jié)合以形成H20。在現(xiàn)有技術(shù)中，上述H2來源于制氫設(shè)備或氫氣儲(chǔ)存裝置，而上述O2則直接來源于外界空氣。
[0004]經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在指定的空氣進(jìn)氣口氣溫(例如40° C)下，空氣濕度在0%至90%之間的情況下，進(jìn)行操作演示后，發(fā)現(xiàn)電池組效能隨著空氣濕度增加而上升。此外，當(dāng)燃料電池啟動(dòng)時(shí)的空氣濕度過低，則啟動(dòng)效能會(huì)遠(yuǎn)差于基準(zhǔn)效能，造成相當(dāng)長的啟動(dòng)時(shí)間才能達(dá)至最大額定功率(正常啟動(dòng)10至20秒便可達(dá)到最大功率相比，電池組最長可能需要3分鐘才能達(dá)至最大功率)。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于外界空氣是直接進(jìn)入燃料電池，而外界空氣濕度差別非常大，若是陰雨天，外界空氣濕度可以達(dá)到60%以上，但若是晴朗的天氣，或者北方的冬天，則空氣濕度非常低，甚至不足10%的濕度，這樣，會(huì)嚴(yán)重影響到燃料電池的效能，進(jìn)而影響負(fù)載(例如移動(dòng)通信基站)工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，該氫氣發(fā)電系統(tǒng)能將進(jìn)入燃料電池的空氣調(diào)節(jié)至75%?90%的濕度，使燃料電池能在短時(shí)間內(nèi)使啟動(dòng)效能達(dá)到基準(zhǔn)效能，并能使燃料電池工作效能達(dá)到最聞。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池，還包括空氣濕度控制裝置及空氣泵，所述空氣濕度控制裝置具有一容置空間，該容置空間中的空氣濕度為75%?90%，該容置空間中安裝有空氣濕度調(diào)節(jié)管道，該空氣濕度調(diào)節(jié)管道包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)空氣濕度調(diào)節(jié)管道進(jìn)入至燃料電池。
[0007]所述容置空間中的空氣濕度為80%。
[0008]所述燃料電池包括水氣排放通道，所述空氣濕度控制裝置設(shè)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(nèi)，氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成水，該生成的水及余下的空氣從水氣排放通道排出后，經(jīng)水氣輸入通道進(jìn)入空氣濕度控制裝置，該空氣濕度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣后，可控制容置空間中的空氣濕度為75%?90%，多余空氣和水排出。
[0009]所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)還包括空氣過濾器，該空氣過濾器設(shè)置于空氣泵前端，用于過濾外界空氣中的灰塵雜質(zhì)。
[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濕度調(diào)節(jié)管道相連通，所述氫氣輸入通道用于輸入氫氣。
[0011]所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)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(chǔ)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(chǔ)存容器中的甲醇水原料輸送至重整器后，在重整器內(nèi)發(fā)生甲醇水重整反應(yīng)，制得氫氣；制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(zhì)量百分比鈀占75%?78%，銀占22%?25% ;經(jīng)過膜分離裝置后的高純氫氣送至燃料電池的氫氣輸入通道。
[0013]所述空氣濕度調(diào)節(jié)管道包括進(jìn)氣管、出氣管及若干根并列的空氣濕度交換管，夕卜界空氣依次經(jīng)進(jìn)氣管、若干根并列的空氣濕度交換管及出氣管后，進(jìn)入至燃料電池，所述空氣濕度交換管為透水不透氣的管道。
[0014]所述空氣濕度交換管的管壁，從內(nèi)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(fā)明的有益效果是:由于空氣濕度控制裝置可控制容置空間中的空氣濕度為75%?90%，而空氣濕度調(diào)節(jié)管道具有透水不透氣的管道，這樣，當(dāng)外界空氣經(jīng)空氣濕度調(diào)節(jié)管道進(jìn)入燃料電池時(shí)，容置空間空氣中的水可滲透進(jìn)空氣濕度調(diào)節(jié)管道中的空氣中，從而使空氣濕度調(diào)節(jié)管道中的空氣濕度也達(dá)到75%?90%，使燃料電池能在短時(shí)間內(nèi)使啟動(dòng)效能達(dá)到基準(zhǔn)效能，并能使燃料電池工作效能達(dá)到最高。此外，在本發(fā)明優(yōu)選方式中，由于燃料電池的水氣排放通道與空氣濕度控制裝置的水氣輸入通道相連通，該空氣濕度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣后，可控制容置空間中的空氣濕度為75%?90%，多余空氣和水排出，因此，空氣濕度控制裝置無需定時(shí)加入水源，利用燃料電池產(chǎn)生的水及空氣即可控制容置空間中的空氣濕度達(dá)到75%?90%，節(jié)省了人力，避免了因未及時(shí)加水而造成空氣濕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(fā)明氫氣發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)方框圖。
[0018]圖2為圖1中空氣濕度控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為空氣濕度交換管的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為制氫裝置的結(jié)構(gòu)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.空氣濕度控制裝置；21.容置空間；22.空氣濕度調(diào)節(jié)管道；221.進(jìn)氣管；222.出氣管；223.空氣濕度交換管；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(chǔ)存容器；52.原料輸送裝置；53.重整器；54.膜分離裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明為一種具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池1，還包括空氣濕度控制裝置2及空氣泵3，所述空氣濕度控制裝置2具有一容置空間21，該容置空間21中的空氣濕度為75%?90%，優(yōu)選為80%，該容置空間21中安裝有空氣濕度調(diào)節(jié)管道22，該空氣濕度調(diào)節(jié)管道22包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵3的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)空氣濕度調(diào)節(jié)管道22進(jìn)入至燃料電池I。當(dāng)外界空氣經(jīng)空氣濕度調(diào)節(jié)管道22進(jìn)入燃料電池I時(shí)，容置空間21空氣中的水可滲透進(jìn)空氣濕度調(diào)節(jié)管道22中的空氣中，而氮?dú)獾葰怏w則被阻擋，不能進(jìn)入至空氣濕度調(diào)節(jié)管道22中，這樣使空氣濕度調(diào)節(jié)管道22中的空氣濕度也達(dá)到75%?90%，使燃料電池I能在短時(shí)間(通常為10-20秒)內(nèi)使啟動(dòng)效能達(dá)到基準(zhǔn)效能，并能使燃料電池I工作效能達(dá)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，所述空氣濕度控制裝置2設(shè)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(nèi)，氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成水。該電化學(xué)反應(yīng)包括:在燃料電池的陽極:2? — 4H++4e_，H2分裂成兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)電子，質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜(PEM)，電子通過陽極板,通過外部負(fù)載,并進(jìn)入陰極雙極板；在燃料電池的陰極:02+4el4H+—2H20，質(zhì)子、電子和O2重新結(jié)合以形成H20。該電化學(xué)反應(yīng)生成的水及余下的空氣從水氣排放通道11排出后，經(jīng)水氣輸入通道23進(jìn)入空氣濕度控制裝置2，該空氣濕度控制裝置2接收來自燃料電池I的水及空氣后，可控制容置空間21中的空氣濕度為75%?90%，多余空氣和水排出。由于空氣濕度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣后，可控制容置空間中的空氣濕度為75%?90%，多余空氣和水排出，因此，空氣濕度控制裝置無需定時(shí)加入水源，利用燃料電池產(chǎn)生的水及空氣即可控制容置空間中的空氣濕度達(dá)到75%?90%，節(jié)省了人力，避免了因未及時(shí)加水而造成空氣濕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(fā)電系統(tǒng)還包括空氣過濾器4，該空氣過濾器4設(shè)置于空氣泵3前端，用于過濾外界空氣中的灰塵雜質(zhì)，這樣可防止空氣濕度調(diào)節(jié)管道22及燃料電池I內(nèi)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與空氣濕度調(diào)節(jié)管道22相連通，所述氫氣輸入通道13用于輸入氫氣。進(jìn)一步，所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)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(chǔ)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(chǔ)存容器51中的甲醇水原料輸送至重整器53后，在重整器53內(nèi)發(fā)生甲醇水重整反應(yīng)，制得氫氣；制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(zhì)量百分比鈀占75%?78%，銀占22%?25% ;經(jīng)過膜分離裝置54后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(yīng)包括:重整器啟動(dòng)后,在重整器內(nèi)，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(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳，這是一個(gè)多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)；反應(yīng)方程為:
(I)CH3OH — C0+2H2 ； (2) H2CHCO — C02+H2 ； (3) CH30H+H20 — C02+3H2 ;經(jīng)重整反應(yīng)后，氫氣、二氧化碳、未反應(yīng)的水蒸氣及雜質(zhì)氣體組成的混合氣體輸送至膜分離裝置54。
[0027]如圖2所示，所述空氣濕度調(diào)節(jié)管道22包括進(jìn)氣管221、出氣管222及若干根并列的空氣濕度交換管223，外界空氣依次經(jīng)進(jìn)氣管221、若干根并列的空氣濕度交換管223及出氣管222后，進(jìn)入至燃料電池1，所述空氣濕度交換管223為透水不透氣的管道。由于空氣濕度交換管223設(shè)置了多根，這樣，空氣濕度調(diào)節(jié)管道22與容置空間21中的空氣具有較大的濕度交換面積，使?jié)穸冉粨Q效率更高。進(jìn)一步，如圖3所示，所述空氣濕度交換管223的管壁，從內(nèi)至外包括多孔支撐管2231及全氟磺酸膜層2232，形成Naf1n管。再進(jìn)一步，多孔支撐管2231優(yōu)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(fā)明較佳實(shí)施方式，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案對以上的實(shí)施方式所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池，其特征在于:還包括空氣濕度控制裝置及空氣泵，所述空氣濕度控制裝置具有一容置空間，該容置空間中的空氣濕度為75%?90%，該容置空間中安裝有空氣濕度調(diào)節(jié)管道，該空氣濕度調(diào)節(jié)管道包括透水不透氣的管道；外界空氣在空氣泵的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)空氣濕度調(diào)節(jié)管道進(jìn)入至燃料電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述容置空間中的空氣濕度為80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述燃料電池包括水氣排放通道，所述空氣濕度控制裝置設(shè)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(nèi)，氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成水，該生成的水及余下的空氣從水氣排放通道排出后，經(jīng)水氣輸入通道進(jìn)入空氣濕度控制裝置，該空氣濕度控制裝置接收來自燃料電池的水及空氣后，可控制容置空間中的空氣濕度為75%?90%，多余空氣和水排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)還包括空氣過濾器，該空氣過濾器設(shè)置于空氣泵前端，用于過濾外界空氣中的灰塵雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: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濕度調(diào)節(jié)管道相連通，所述氫氣輸入通道用于輸入氫氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)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(jù)權(quán)利要求6所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: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(chǔ)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(chǔ)存容器中的甲醇水原料輸送至重整器后，在重整器內(nèi)發(fā)生甲醇水重整反應(yīng)，制得氫氣；制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(zhì)量百分比鈀占75%?78%，銀占22%?25% ;經(jīng)過膜分離裝置后的高純氫氣送至燃料電池的氫氣輸入通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣濕度調(diào)節(jié)管道包括進(jìn)氣管、出氣管及若干根并列的空氣濕度交換管，外界空氣依次經(jīng)進(jìn)氣管、若干根并列的空氣濕度交換管及出氣管后，進(jìn)入至燃料電池，所述空氣濕度交換管為透水不透氣的管道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣濕度交換管的管壁，從內(nèi)至外包括多孔支撐管及全氟磺酸膜層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: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(hào)】H01M8/04GK104332644SQ201410621889
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】向華 申請人:廣東合即得能源科技有限公司