專利名稱：一種用于燃料電池的貯氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池的輔助裝置，尤其涉及一種用于燃料電池的貯氫裝置。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)淙剂霞把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡(jiǎn)稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會(huì)相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)
陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流電極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流電極板可以是金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流電極板上的導(dǎo)流孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導(dǎo)流極板與陰極氧化劑的導(dǎo)流極板。這些導(dǎo)流極板既作為電流集流母板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)行過程中生成的水的通道。
為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通常可通過直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個(gè)電池組。電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個(gè)典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個(gè)電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組后進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時(shí)，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個(gè)端板上或兩個(gè)端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池可用作一切車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)，又可用作手提式、移動(dòng)式、固定式的發(fā)電裝置。
質(zhì)子交換膜燃料電池一般用氫氣作燃料，在用作車、船動(dòng)力系統(tǒng)或移動(dòng)式、固定式的發(fā)電站時(shí)，一般用空氣作氧化劑。質(zhì)子交換膜燃料電池用作車、船動(dòng)力系統(tǒng)或移動(dòng)式、固定式的發(fā)電裝置時(shí)必須包括電池堆、燃料氫氣供應(yīng)、空氣供應(yīng)、冷卻散熱、自動(dòng)控制及電能輸出各個(gè)部分。其中燃料氫氣供應(yīng)與空氣供應(yīng)是必然不可缺少的。
目前質(zhì)子交換膜燃料電池作為車、船動(dòng)力系統(tǒng)或移動(dòng)式、固定式的發(fā)電裝置得到應(yīng)用，其中燃料氫氣供應(yīng)必須有氫氣源。氫氣源可以是采用高壓氫氣貯氣瓶，例如氫氣鋼瓶、鋁內(nèi)膽碳纖維纏繞、環(huán)氧樹脂浸漬的貯氫瓶等；也可以用貯氫材料將氫氣及貯氫材料一同裝在輕質(zhì)耐壓的容器內(nèi)，貯氫材料貯氫在原理上有將氫氣直接吸附在貯氫材料上，也有將氫與貯氫材料通過化學(xué)反應(yīng)固定在貯氫材料中。
從安全及對(duì)貯氫容器的耐壓、強(qiáng)度考慮，采用貯氫材料貯氫有非常大的優(yōu)勢(shì)，而且采用貯氫材料貯氫，在有限的相同氫源體積內(nèi)比高壓氣體貯氫的貯氫量大得多。采用貯氫材料貯氫的貯氫瓶?jī)?nèi)部氫氣壓力不高，對(duì)貯氫瓶材料耐壓、強(qiáng)度的要求不太高，并且不會(huì)發(fā)生爆發(fā)性泄漏或燃燒爆炸的事故，是燃料電池產(chǎn)業(yè)化理想的氫源。
貯氫材料裝在貯氫瓶中，在放出氫氣的過程中一般都是吸熱過程，而且其放出氫氣的速度與吸熱的速度有關(guān)，吸熱速度越快放出氫氣速度越快。有些貯氫材料對(duì)吸熱要求高一些，有些貯氫材料對(duì)吸熱要求低一些，但都必須有外界熱源對(duì)貯氫材料供熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了提供一種節(jié)能、可加速氫氣釋放的用于燃料電池的貯氫裝置。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，包括貯氫材料瓶以及設(shè)在該貯氫材料瓶外圍或內(nèi)部的傳熱通道，所述的貯氫材料瓶設(shè)有氫氣進(jìn)出口，所述的傳熱通道設(shè)有傳熱介質(zhì)進(jìn)口及出口。
所述的設(shè)在貯氫材料瓶外圍的傳熱通道為一夾套，所述的貯氫材料瓶設(shè)在該夾套中。
所述的設(shè)在貯氫材料瓶?jī)?nèi)部的傳熱通道為一圓形直管，所述的貯氫材料瓶包覆在該圓形直管周圍。
所述的設(shè)在貯氫材料瓶?jī)?nèi)部的傳熱通道為一蛇形盤管，該蛇形盤管從上至下盤繞于貯氫材料瓶?jī)?nèi)。
所述的的貯氫材料瓶的氫氣進(jìn)出口為同一瓶口。
所述的傳熱介質(zhì)為從燃料電池排出的熱空氣或從燃料電池排出的生成水。
所述的傳熱介質(zhì)為燃料電池循環(huán)冷卻流體。
本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，即利用燃料電池排出熱氣體或熱生成水或燃料電池循環(huán)冷卻流體加熱貯氫材料，使貯氫材料的放氫速度加快，因此，該裝置能量綜合利用效率更高，氫氣釋放更快，結(jié)構(gòu)更加緊湊。


圖1為本發(fā)明裝置與燃料電池堆結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，它為本發(fā)明裝置與燃料電池堆結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖，空氣輸送泵2將常溫下的空氣經(jīng)燃料電池堆1的空氣入口11進(jìn)入燃料電池堆進(jìn)行電化反應(yīng)，變成熱空氣后并攜帶一部分熱水蒸汽及水從燃料電池堆的空氣出口12出來，并從貯氫材料瓶3外夾套31的空氣入口311處進(jìn)入，達(dá)到熱空氣及熱水蒸汽及水對(duì)貯氫材料瓶3的加熱目的，并使熱量傳遞給貯氫材料瓶3內(nèi)部裝填的貯氫材料4上，最終達(dá)到對(duì)貯氫材料4加熱，加快其放氫速度的目的，最后從貯氫材料瓶3外夾套31空氣出口312排出。從貯氫材料瓶3的出口32(進(jìn)出口相同)出來的氫氣通過燃料電池堆1的氫氣進(jìn)口13進(jìn)入，為燃料電池堆提供燃料。冷卻水輸送泵5將冷卻水從燃料電池堆1的冷卻水進(jìn)口14打入，通過燃料電池堆1后變成熱水從其冷卻水出口15出來，再經(jīng)熱交換器6冷卻后循環(huán)使用；也可以將變成的熱水從出口15出來，先經(jīng)貯氫材料瓶3的外夾套入口311進(jìn)入，從出口312出來，再經(jīng)熱交換器6冷卻后循環(huán)使用。
實(shí)施例1一種用于燃料電池的貯氫裝置，如圖2所示，包括貯氫材料瓶1以及設(shè)在該貯氫材料瓶1外圍的傳熱夾套2，所述的貯氫材料瓶1設(shè)有氫氣進(jìn)出口11，貯氫材料瓶1內(nèi)設(shè)有貯氫材料3，所述的傳熱夾套2設(shè)有傳熱介質(zhì)進(jìn)口21及出口22，傳熱夾套2內(nèi)設(shè)有傳熱介質(zhì)4，該傳熱介質(zhì)4為從燃料電池堆(圖未示)排出的熱空氣或循環(huán)冷卻流體。該裝置傳熱面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一種實(shí)用節(jié)能的貯氫裝置。
實(shí)施例2一種用于燃料電池的貯氫裝置，如圖3所示，包括貯氫材料瓶1以及設(shè)在該貯氫材料瓶1內(nèi)部的傳熱直管2，所述的貯氫材料瓶1設(shè)有氫氣進(jìn)出口11，貯氫材料瓶1內(nèi)設(shè)有貯氫材料3，所述的傳熱直管2設(shè)有傳熱介質(zhì)進(jìn)口21及出口22，傳熱直管2內(nèi)設(shè)有傳熱介質(zhì)4，該傳熱介質(zhì)4為從燃料電池堆(圖未示)排出的熱空氣或循環(huán)冷卻流體。該裝置傳熱直管2通過貯氫材料瓶?jī)?nèi)部，使傳熱效果更佳。
實(shí)施例3一種用于燃料電池的貯氫裝置，圖未示，包括貯氫材料瓶以及設(shè)在該貯氫材料瓶?jī)?nèi)部的傳熱蛇形盤管，該蛇形盤管從上至下盤繞于貯氫材料瓶?jī)?nèi)。所述的貯氫材料瓶設(shè)有氫氣進(jìn)出口，貯氫材料瓶?jī)?nèi)設(shè)有貯氫材料，所述的傳熱蛇形盤管設(shè)有傳熱介質(zhì)進(jìn)口及出口，傳熱蛇形盤管內(nèi)設(shè)有傳熱介質(zhì)，該傳熱介質(zhì)為從燃料電池堆排出的熱生成水或循環(huán)冷卻流體。該裝置傳熱蛇形盤管通過貯氫材料瓶?jī)?nèi)部，傳熱面積大，傳熱效果佳。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，包括貯氫材料瓶以及設(shè)在該貯氫材料瓶外圍或內(nèi)部的傳熱通道，所述的貯氫材料瓶設(shè)有氫氣進(jìn)出口，所述的傳熱通道設(shè)有傳熱介質(zhì)進(jìn)口及出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，所述的設(shè)在貯氫材料瓶外圍的傳熱通道為一夾套，所述的貯氫材料瓶設(shè)在該夾套中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，所述的設(shè)在貯氫材料瓶?jī)?nèi)部的傳熱通道為一圓形直管，所述的貯氫材料瓶包覆在該圓形直管周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，所述的設(shè)在貯氫材料瓶?jī)?nèi)部的傳熱通道為一蛇形盤管，該蛇形盤管從上至下盤繞于貯氫材料瓶?jī)?nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，所述的的貯氫材料瓶的氫氣進(jìn)出口為同一瓶口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，所述的傳熱介質(zhì)為從燃料電池排出的熱空氣或從燃料電池排出的生成水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于燃料電池的貯氫裝置，其特征在于，所述的傳熱介質(zhì)為燃料電池循環(huán)冷卻流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃料電池的貯氫裝置，它包括貯氫材料瓶以及設(shè)在該貯氫材料瓶外圍或內(nèi)部的傳熱通道，所述的貯氫材料瓶設(shè)有氫氣進(jìn)出口，所述的傳熱通道設(shè)有傳熱介質(zhì)進(jìn)口及出口；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能量綜合利用效率高、氫氣釋放快、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1472836SQ0213627
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2002年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者胡里清 申請(qǐng)人:上海神力科技有限公司