一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源及其工作方法

本发明属于便携式电源，涉及一种一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源及其工作方法。

背景技术：

1、现代社会，小型化和移动式的电气电子设备不断普及，移动式、便携式电源的需求量迅速增加，需要一种安全、高效、环保、轻便的电源装置。

2、燃料电池是一种高效、环保、低噪声、高比能的发电装置，而氢能是一种清洁、高效、安全和可持续的二次能源，以氢气作为发电燃料的氢燃料电池在移动式、便携式电源领域具有广阔前景。

3、自然界中的氢通常与其他元素结合成化合物，需要通过化学、电解和生物等方式制取氢气，并将制备的氢气进行转运和储存。然而，上述制氢方式往往依赖于庞大复杂的设备，且存在有害副产物，很难直接供氢燃料电池使用；氢气储运过程中往往需要高压或超低温环境，从而造成相当大的能量损失、时间消耗和投资成本。

4、相较于大型电源，小型移动式电源的流动性更强，使用环境更加多样，更易出现不规范操作，使用传统高压氢气瓶时更易发生危险。尤其在士兵使用单兵电源时，高压氢气瓶被猛烈冲击很容易发生剧烈爆炸。

5、近年来，碱性金属氢化物和硼氢化物现场水解制氢方式因储氢密度高、安全性高、氢气纯度高、对反应条件要求低等特点，受到越来越多的关注，被认为十分适合作为小型移动式电源的氢源。

6、目前，一些长期在室外活动的士兵、警察和工人等对能长时间稳定发电、按需供电、快速补电的移动/便携式电源的需求强烈。需要制氢装置能全天候稳定运转，电源操作简单，体积和重量尽量降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源及其工作方法，该电源及其工作方法具有安全性高、制氢稳定、燃料更换便捷、体积小、重量轻以及成本低廉的特点。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，包括产氢盒及主机，所述主机包括燃料电池组件，所述产氢盒内盖板、氢气发生器和水箱，所述氢气发生器位于水箱内，盖板位于氢气发生器的顶部，氢气发生器的氢气出口与燃料电池组件相连通。

3、进一步的，盖板上设有三个管路接口，所述三个管道接口通过导流块分别连接有出气接头、进水接头及出水接头，出气接头与燃料电池组件相连通，出水接头经吸水管与水箱相连通，出水接头的出口经水泵与进水接头相连通，所述进水接头与氢气发生器相连通。

4、进一步的，所述氢气发生器包括导流装置、过滤装置及燃料筒，导流装置及过滤装置位于所述燃料筒内；其中，导流装置包括分水器及导流板；

5、分水器为带配水流道和配水孔的平板；导流板的上表面为第二凹槽结构，分水器嵌入于导流板上表面的第二凹槽结构内，导流板上与配水孔对应的位置处设有导流孔，分水器的下表面上正对所述导流孔位置处设有中空的凸台，导流孔与凸台的中空腔体相连通，凸台内植入有配水针，所述配水针插入于燃料筒内，燃料筒的氢气出口经过滤装置与出气接头相连通。

6、进一步的，所述过滤装置包括第一过滤器及第二过滤器；第二过滤器包括折流腔及过滤管；

7、第一过滤器包括上下两层过滤板，所述过滤板上设置有若干圆孔，其中，一个圆孔对应一个反应筒，所述两层过滤板之间设置有方形过滤膜，下层的过滤板中的每一个圆孔内均设置有圆形过滤膜；

8、第二过滤器包括折流腔及过滤管，折流腔为上端开口、下端封闭的中空腔体，过滤管内填充有气体过滤材料，过滤管垂直安装在折流腔的中心位置处，过滤管上靠近折流腔的一端开口，过滤管的另一端与出气接头相连接，折流腔的上端和导流板与第一过滤器之间的腔体连通，使经过第一过滤器出来的气体进入第二过滤器中的折流腔内。

9、进一步的，所述燃料筒包括若干圆柱形的反应筒，反应筒的数量与配水针的数量相同，其中，一个配水针对应一个反应筒，反应筒为中空圆柱体，反应筒的顶部开口，反应筒的底部封闭，反应筒内部装载制氢固体燃料，反应筒的下侧位于水箱内。

10、进一步的，所述燃料电池组件的上下两端分别设有端板及电极接线端，燃料电池组件的中间包括多组叠层分布的单电池组件；

11、端板的顶端设有氢气进气口，出气接头与氢气进气口相连通，端板的底端与氢气接头相连接。

12、进一步的，单电池组件包括依次叠层分布的双极板及膜电极。

13、进一步的，主机还包括控制电路板及压力安全装置，压力安全装置包括压力传感器、氢气接头、电磁安全阀及三通阀，压力传感器设置于控制电路板上，三通阀的第一端与压力传感器相连通，三通阀的第二端与氢气接头相连通，三通阀的第三端与电磁安全阀相连通。

14、进一步的，主机还包括热管理系统，热管理系统包括加热片、铝片、散热铝板及风扇，加热片贴设于散热铝板上，铝片设置于产氢盒内的水箱与主机相贴合一侧的下部壁面上，各散热铝板由互相垂直，其中，一块散热铝板贴设在主机的壳体右侧面的内部，另一块散热铝板架设在燃料电池组件的上方，风扇紧贴在燃料电池组件的背面。

15、本发明公开了一种一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源的工作方法，包括以下步骤：

16、水箱中的水依次经过吸水管及出水接头被输送至水泵，再由水泵驱动，经由进水接头进入分水器分别滴入各反应筒中，与反应筒中的燃料发生水解反应并产生氢气，产生的氢气从各反应筒内上升，经过第一过滤器后进入导流板下方与过滤器上方之间的腔体，并通过第二过滤器的折流腔流入产氢盒的底部，再向上弯折经由过滤管内部的气体过滤材料过滤，上升至出气接头并流向燃料电池组件，氢气和氧气参与电化学反应产生电能，当燃料筒内部的燃料反应完后，打开盖板，取出导流装置及第一过滤器，整体更换燃料筒，并安装导流装置、第一过滤器及盖板。

17、本发明具有以下有益效果：

18、本发明所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源及其工作方法在具体操作时，将制取氢气的燃料筒置于产氢盒内，水泵输送的水通过进水接头进入产氢盒内，并通过导流装置中的分水器和导流板均匀分配到各反应筒中，并在各反应筒内部水解产生氢气。反应筒内产生的氢气经由过滤装置过滤其中的固体和液体杂质，并通过出气接头输送到燃料电池组件中。本发明能够实现水解反应制取的氢气直接提供给与燃料电池组件，使整体结构更加简单紧凑，安全高效，制氢稳定，体积小，重量轻，成本低廉，同时当需要更换燃料时，直接将燃料筒整体进行更换，燃料更换便捷。

技术特征：

1.一种一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，包括产氢盒(1)及主机(2)，所述主机(2)包括燃料电池组件(25)，所述产氢盒(1)内设置有盖板(11)、氢气发生器(12)及水箱(13)，所述氢气发生器(12)位于水箱(13)内，盖板(11)位于氢气发生器(12)的顶部，氢气发生器(12)的氢气出口与燃料电池组件(25)相连通。

2.根据权利要求1所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，盖板(11)上设有三个管路接口，所述三个管道接口通过导流块(111)分别连接有出气接头(14)、进水接头(15)及出水接头(16)，出气接头(14)与燃料电池组件(25)相连通，出水接头(16)经吸水管(131)与水箱(13)相连通，出水接头(16)的出口经水泵(24)与进水接头(15)相连通，所述进水接头(15)与氢气发生器(12)相连通。

3.根据权利要求2所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，所述氢气发生器(12)包括导流装置(121)、过滤装置(122)及燃料筒(123)，导流装置(121)及过滤装置(122)位于所述燃料筒(123)内；其中，导流装置(121)包括分水器(1211)及导流板(1212)；

4.根据权利要求3所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，所述过滤装置(122)包括第一过滤器(1221)及第二过滤器；第二过滤器包括折流腔(1222)及过滤管(1223)；

5.根据权利要求4所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，所述燃料筒(123)包括若干圆柱形的反应筒(1231)，反应筒(1231)的数量与配水针的数量相同，其中，一个配水针对应一个反应筒(1231)，反应筒(1231)为中空圆柱体，反应筒(1231)的顶部开口，反应筒(1231)的底部封闭，反应筒(1231)内部装载制氢固体燃料，反应筒(1231)的下侧位于水箱(13)内。

6.根据权利要求5所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，所述燃料电池组件(25)的上下两端分别设有端板(251)及电极接线端(252)，燃料电池组件(25)的中间包括多组叠层分布的单电池组件(253)；

7.根据权利要求5所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，单电池组件(253)包括依次叠层分布的双极板及膜电极。

8.根据权利要求5所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，主机(2)还包括控制电路板(22)及压力安全装置(26)，压力安全装置(26)包括压力传感器(261)、氢气接头(262)、电磁安全阀(263)及三通阀(264)，压力传感器(261)设置于控制电路板(22)上，三通阀(264)的第一端与压力传感器(261)相连通，三通阀(264)的第二端与氢气接头(262)相连通，三通阀(264)的第三端与电磁安全阀(263)相连通。

9.根据权利要求8所述的一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源，其特征在于，主机(2)还包括热管理系统(27)，热管理系统(27)包括加热片(271)、铝片(272)、散热铝板(273)及风扇(274)，加热片(271)贴设于散热铝板(273)上，铝片(272)设置于产氢盒(1)内的水箱(13)与主机(2)相贴合一侧的下部壁面上，各散热铝板(273)由互相垂直，其中，一块散热铝板(273)贴设在主机(2)的壳体(21)右侧面的内部，另一块散热铝板(273)架设在燃料电池组件(25)的上方，风扇(274)紧贴在燃料电池组件(25)的背面。

10.一种权利要求5所述一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种一体化现场水解制氢的燃料电池携行电源及其工作方法，包括产氢盒及主机，所述主机包括燃料电池组件，所述产氢盒内盖板、氢气发生器和水箱，所述氢气发生器位于水箱内，盖板位于氢气发生器的顶部，氢气发生器的氢气出口与燃料电池组件相连通，该电源具有安全性高、制氢稳定、燃料更换便捷、体积小、重量轻以及成本低廉的特点。技术研发人员：张兄文,丁润,王叙彭受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6