本發(fā)明屬于便攜式電源，涉及一種一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代社會(huì)，小型化和移動(dòng)式的電氣電子設(shè)備不斷普及，移動(dòng)式、便攜式電源的需求量迅速增加，需要一種安全、高效、環(huán)保、輕便的電源裝置。

2、燃料電池是一種高效、環(huán)保、低噪聲、高比能的發(fā)電裝置，而氫能是一種清潔、高效、安全和可持續(xù)的二次能源，以氫氣作為發(fā)電燃料的氫燃料電池在移動(dòng)式、便攜式電源領(lǐng)域具有廣闊前景。

3、自然界中的氫通常與其他元素結(jié)合成化合物，需要通過(guò)化學(xué)、電解和生物等方式制取氫氣，并將制備的氫氣進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存。然而，上述制氫方式往往依賴(lài)于龐大復(fù)雜的設(shè)備，且存在有害副產(chǎn)物，很難直接供氫燃料電池使用；氫氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中往往需要高壓或超低溫環(huán)境，從而造成相當(dāng)大的能量損失、時(shí)間消耗和投資成本。

4、相較于大型電源，小型移動(dòng)式電源的流動(dòng)性更強(qiáng)，使用環(huán)境更加多樣，更易出現(xiàn)不規(guī)范操作，使用傳統(tǒng)高壓氫氣瓶時(shí)更易發(fā)生危險(xiǎn)。尤其在士兵使用單兵電源時(shí)，高壓氫氣瓶被猛烈沖擊很容易發(fā)生劇烈爆炸。

5、近年來(lái)，堿性金屬氫化物和硼氫化物現(xiàn)場(chǎng)水解制氫方式因儲(chǔ)氫密度高、安全性高、氫氣純度高、對(duì)反應(yīng)條件要求低等特點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注，被認(rèn)為十分適合作為小型移動(dòng)式電源的氫源。

6、目前，一些長(zhǎng)期在室外活動(dòng)的士兵、警察和工人等對(duì)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定發(fā)電、按需供電、快速補(bǔ)電的移動(dòng)/便攜式電源的需求強(qiáng)烈。需要制氫裝置能全天候穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，電源操作簡(jiǎn)單，體積和重量盡量降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源及其工作方法，該電源及其工作方法具有安全性高、制氫穩(wěn)定、燃料更換便捷、體積小、重量輕以及成本低廉的特點(diǎn)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，包括產(chǎn)氫盒及主機(jī)，所述主機(jī)包括燃料電池組件，所述產(chǎn)氫盒內(nèi)蓋板、氫氣發(fā)生器和水箱，所述氫氣發(fā)生器位于水箱內(nèi)，蓋板位于氫氣發(fā)生器的頂部，氫氣發(fā)生器的氫氣出口與燃料電池組件相連通。

3、進(jìn)一步的，蓋板上設(shè)有三個(gè)管路接口，所述三個(gè)管道接口通過(guò)導(dǎo)流塊分別連接有出氣接頭、進(jìn)水接頭及出水接頭，出氣接頭與燃料電池組件相連通，出水接頭經(jīng)吸水管與水箱相連通，出水接頭的出口經(jīng)水泵與進(jìn)水接頭相連通，所述進(jìn)水接頭與氫氣發(fā)生器相連通。

4、進(jìn)一步的，所述氫氣發(fā)生器包括導(dǎo)流裝置、過(guò)濾裝置及燃料筒，導(dǎo)流裝置及過(guò)濾裝置位于所述燃料筒內(nèi)；其中，導(dǎo)流裝置包括分水器及導(dǎo)流板；

5、分水器為帶配水流道和配水孔的平板；導(dǎo)流板的上表面為第二凹槽結(jié)構(gòu)，分水器嵌入于導(dǎo)流板上表面的第二凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)，導(dǎo)流板上與配水孔對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)有導(dǎo)流孔，分水器的下表面上正對(duì)所述導(dǎo)流孔位置處設(shè)有中空的凸臺(tái)，導(dǎo)流孔與凸臺(tái)的中空腔體相連通，凸臺(tái)內(nèi)植入有配水針，所述配水針插入于燃料筒內(nèi)，燃料筒的氫氣出口經(jīng)過(guò)濾裝置與出氣接頭相連通。

6、進(jìn)一步的，所述過(guò)濾裝置包括第一過(guò)濾器及第二過(guò)濾器；第二過(guò)濾器包括折流腔及過(guò)濾管；

7、第一過(guò)濾器包括上下兩層過(guò)濾板，所述過(guò)濾板上設(shè)置有若干圓孔，其中，一個(gè)圓孔對(duì)應(yīng)一個(gè)反應(yīng)筒，所述兩層過(guò)濾板之間設(shè)置有方形過(guò)濾膜，下層的過(guò)濾板中的每一個(gè)圓孔內(nèi)均設(shè)置有圓形過(guò)濾膜；

8、第二過(guò)濾器包括折流腔及過(guò)濾管，折流腔為上端開(kāi)口、下端封閉的中空腔體，過(guò)濾管內(nèi)填充有氣體過(guò)濾材料，過(guò)濾管垂直安裝在折流腔的中心位置處，過(guò)濾管上靠近折流腔的一端開(kāi)口，過(guò)濾管的另一端與出氣接頭相連接，折流腔的上端和導(dǎo)流板與第一過(guò)濾器之間的腔體連通，使經(jīng)過(guò)第一過(guò)濾器出來(lái)的氣體進(jìn)入第二過(guò)濾器中的折流腔內(nèi)。

9、進(jìn)一步的，所述燃料筒包括若干圓柱形的反應(yīng)筒，反應(yīng)筒的數(shù)量與配水針的數(shù)量相同，其中，一個(gè)配水針對(duì)應(yīng)一個(gè)反應(yīng)筒，反應(yīng)筒為中空?qǐng)A柱體，反應(yīng)筒的頂部開(kāi)口，反應(yīng)筒的底部封閉，反應(yīng)筒內(nèi)部裝載制氫固體燃料，反應(yīng)筒的下側(cè)位于水箱內(nèi)。

10、進(jìn)一步的，所述燃料電池組件的上下兩端分別設(shè)有端板及電極接線端，燃料電池組件的中間包括多組疊層分布的單電池組件；

11、端板的頂端設(shè)有氫氣進(jìn)氣口，出氣接頭與氫氣進(jìn)氣口相連通，端板的底端與氫氣接頭相連接。

12、進(jìn)一步的，單電池組件包括依次疊層分布的雙極板及膜電極。

13、進(jìn)一步的，主機(jī)還包括控制電路板及壓力安全裝置，壓力安全裝置包括壓力傳感器、氫氣接頭、電磁安全閥及三通閥，壓力傳感器設(shè)置于控制電路板上，三通閥的第一端與壓力傳感器相連通，三通閥的第二端與氫氣接頭相連通，三通閥的第三端與電磁安全閥相連通。

14、進(jìn)一步的，主機(jī)還包括熱管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)包括加熱片、鋁片、散熱鋁板及風(fēng)扇，加熱片貼設(shè)于散熱鋁板上，鋁片設(shè)置于產(chǎn)氫盒內(nèi)的水箱與主機(jī)相貼合一側(cè)的下部壁面上，各散熱鋁板由互相垂直，其中，一塊散熱鋁板貼設(shè)在主機(jī)的殼體右側(cè)面的內(nèi)部，另一塊散熱鋁板架設(shè)在燃料電池組件的上方，風(fēng)扇緊貼在燃料電池組件的背面。

15、本發(fā)明公開(kāi)了一種一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源的工作方法，包括以下步驟：

16、水箱中的水依次經(jīng)過(guò)吸水管及出水接頭被輸送至水泵，再由水泵驅(qū)動(dòng)，經(jīng)由進(jìn)水接頭進(jìn)入分水器分別滴入各反應(yīng)筒中，與反應(yīng)筒中的燃料發(fā)生水解反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣從各反應(yīng)筒內(nèi)上升，經(jīng)過(guò)第一過(guò)濾器后進(jìn)入導(dǎo)流板下方與過(guò)濾器上方之間的腔體，并通過(guò)第二過(guò)濾器的折流腔流入產(chǎn)氫盒的底部，再向上彎折經(jīng)由過(guò)濾管內(nèi)部的氣體過(guò)濾材料過(guò)濾，上升至出氣接頭并流向燃料電池組件，氫氣和氧氣參與電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，當(dāng)燃料筒內(nèi)部的燃料反應(yīng)完后，打開(kāi)蓋板，取出導(dǎo)流裝置及第一過(guò)濾器，整體更換燃料筒，并安裝導(dǎo)流裝置、第一過(guò)濾器及蓋板。

17、本發(fā)明具有以下有益效果：

18、本發(fā)明所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源及其工作方法在具體操作時(shí)，將制取氫氣的燃料筒置于產(chǎn)氫盒內(nèi)，水泵輸送的水通過(guò)進(jìn)水接頭進(jìn)入產(chǎn)氫盒內(nèi)，并通過(guò)導(dǎo)流裝置中的分水器和導(dǎo)流板均勻分配到各反應(yīng)筒中，并在各反應(yīng)筒內(nèi)部水解產(chǎn)生氫氣。反應(yīng)筒內(nèi)產(chǎn)生的氫氣經(jīng)由過(guò)濾裝置過(guò)濾其中的固體和液體雜質(zhì)，并通過(guò)出氣接頭輸送到燃料電池組件中。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)水解反應(yīng)制取的氫氣直接提供給與燃料電池組件，使整體結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊，安全高效，制氫穩(wěn)定，體積小，重量輕，成本低廉，同時(shí)當(dāng)需要更換燃料時(shí)，直接將燃料筒整體進(jìn)行更換，燃料更換便捷。

技術(shù)特征：

1.一種一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，包括產(chǎn)氫盒(1)及主機(jī)(2)，所述主機(jī)(2)包括燃料電池組件(25)，所述產(chǎn)氫盒(1)內(nèi)設(shè)置有蓋板(11)、氫氣發(fā)生器(12)及水箱(13)，所述氫氣發(fā)生器(12)位于水箱(13)內(nèi)，蓋板(11)位于氫氣發(fā)生器(12)的頂部，氫氣發(fā)生器(12)的氫氣出口與燃料電池組件(25)相連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，蓋板(11)上設(shè)有三個(gè)管路接口，所述三個(gè)管道接口通過(guò)導(dǎo)流塊(111)分別連接有出氣接頭(14)、進(jìn)水接頭(15)及出水接頭(16)，出氣接頭(14)與燃料電池組件(25)相連通，出水接頭(16)經(jīng)吸水管(131)與水箱(13)相連通，出水接頭(16)的出口經(jīng)水泵(24)與進(jìn)水接頭(15)相連通，所述進(jìn)水接頭(15)與氫氣發(fā)生器(12)相連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，所述氫氣發(fā)生器(12)包括導(dǎo)流裝置(121)、過(guò)濾裝置(122)及燃料筒(123)，導(dǎo)流裝置(121)及過(guò)濾裝置(122)位于所述燃料筒(123)內(nèi)；其中，導(dǎo)流裝置(121)包括分水器(1211)及導(dǎo)流板(1212)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，所述過(guò)濾裝置(122)包括第一過(guò)濾器(1221)及第二過(guò)濾器；第二過(guò)濾器包括折流腔(1222)及過(guò)濾管(1223)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，所述燃料筒(123)包括若干圓柱形的反應(yīng)筒(1231)，反應(yīng)筒(1231)的數(shù)量與配水針的數(shù)量相同，其中，一個(gè)配水針對(duì)應(yīng)一個(gè)反應(yīng)筒(1231)，反應(yīng)筒(1231)為中空?qǐng)A柱體，反應(yīng)筒(1231)的頂部開(kāi)口，反應(yīng)筒(1231)的底部封閉，反應(yīng)筒(1231)內(nèi)部裝載制氫固體燃料，反應(yīng)筒(1231)的下側(cè)位于水箱(13)內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，所述燃料電池組件(25)的上下兩端分別設(shè)有端板(251)及電極接線端(252)，燃料電池組件(25)的中間包括多組疊層分布的單電池組件(253)；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，單電池組件(253)包括依次疊層分布的雙極板及膜電極。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，主機(jī)(2)還包括控制電路板(22)及壓力安全裝置(26)，壓力安全裝置(26)包括壓力傳感器(261)、氫氣接頭(262)、電磁安全閥(263)及三通閥(264)，壓力傳感器(261)設(shè)置于控制電路板(22)上，三通閥(264)的第一端與壓力傳感器(261)相連通，三通閥(264)的第二端與氫氣接頭(262)相連通，三通閥(264)的第三端與電磁安全閥(263)相連通。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源，其特征在于，主機(jī)(2)還包括熱管理系統(tǒng)(27)，熱管理系統(tǒng)(27)包括加熱片(271)、鋁片(272)、散熱鋁板(273)及風(fēng)扇(274)，加熱片(271)貼設(shè)于散熱鋁板(273)上，鋁片(272)設(shè)置于產(chǎn)氫盒(1)內(nèi)的水箱(13)與主機(jī)(2)相貼合一側(cè)的下部壁面上，各散熱鋁板(273)由互相垂直，其中，一塊散熱鋁板(273)貼設(shè)在主機(jī)(2)的殼體(21)右側(cè)面的內(nèi)部，另一塊散熱鋁板(273)架設(shè)在燃料電池組件(25)的上方，風(fēng)扇(274)緊貼在燃料電池組件(25)的背面。

10.一種權(quán)利要求5所述一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種一體化現(xiàn)場(chǎng)水解制氫的燃料電池?cái)y行電源及其工作方法，包括產(chǎn)氫盒及主機(jī)，所述主機(jī)包括燃料電池組件，所述產(chǎn)氫盒內(nèi)蓋板、氫氣發(fā)生器和水箱，所述氫氣發(fā)生器位于水箱內(nèi)，蓋板位于氫氣發(fā)生器的頂部，氫氣發(fā)生器的氫氣出口與燃料電池組件相連通，該電源具有安全性高、制氫穩(wěn)定、燃料更換便捷、體積小、重量輕以及成本低廉的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張兄文,丁潤(rùn),王敘彭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6