專利名稱：一種氫氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氣發(fā)生器，具體地講是涉及一種簡易型自控壓力氫氣發(fā)生器。
技術(shù)背景隨著化石能源的日趨緊張和環(huán)境保護(hù)的日益重要，清潔、高效的，以氫為燃料的燃料電 池(Fuel Cell, FC)技術(shù)成為未來可持續(xù)發(fā)展的新興能源，并且日益受到世界各國政府的 重視。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)是作為繼堿性 燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體氧化物燃 料電池(SOFC)之后發(fā)展起來的第五代燃料電池。由于采用了固態(tài)電解質(zhì)高分子膜作為電解 質(zhì)，因此具有能量轉(zhuǎn)換率高、低溫啟動、無電解質(zhì)泄漏等特點(diǎn)，也因此被公認(rèn)為最有希望成 為航天、軍事、運(yùn)輸和便攜式備用電源的首選理想電源。國際上燃料電池技術(shù)已發(fā)展到較高水平，要實(shí)現(xiàn)燃料電池的商業(yè)化，主要問題就是解決 氫源問題和降低成本，而氫源技術(shù)已成為質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化的技術(shù)瓶頸。目前，為 燃料電池供氫的方式主要以下幾種高壓氣瓶儲氫、低溫液態(tài)儲氫、甲醇或天然氣重整制氫 和氫化物(比如硼氫化鋰、硼氫化鈉、硼氫化鉀或其混合物)水解制氫等。其中前兩種供氫 方式都存在能源消耗大、成本高和安全性差等缺點(diǎn)，重整制氫方式雖然可以解決運(yùn)輸、安全 等問題，但重整溫度高，轉(zhuǎn)化效率低，也不適合便攜式燃料電池。氫化物(比如硼氫化鈉)水解制氫方式具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)制氫過程無污染；(2)儲 氫效率高；(3)運(yùn)輸方便、使用安全；(4)氫氣純度高等。因此這種制氫方式具有很高的 穩(wěn)定性和很強(qiáng)的實(shí)用性，特別適合用于燃料電池便攜移動電源的氫氣供應(yīng)裝置。目前，氫化物水解制氫技術(shù)仍存在以下缺點(diǎn)(1)液體氫化物與催化劑接觸后發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)的速率難以控制；(2)裝置系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)需要增加額外的設(shè)備，而使裝置系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)復(fù)雜化，不便操作。公開號為CN1774390A的發(fā)明專利申請公開了一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器，它的催化反應(yīng)器配 備有可以中斷催化劑與燃料液體接觸以阻止氫氣生成的關(guān)閉部分，由一個彈性裝置所控制， 該彈性裝置可以根據(jù)氫氣生成時燃料箱內(nèi)壓力的升降情況，推動催化劑向關(guān)閉部分或開口部 分移動，以調(diào)節(jié)氫氣的生成。但該氫氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其催化反應(yīng)器被整體置于燃料箱 內(nèi)，催化劑的更換十分困難，而且一旦彈力設(shè)備發(fā)生故障，反應(yīng)難以及時被停止，安全性較差。因此需要一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能穩(wěn)定、壓力自控、安全性高的可用于燃料電池 的氫氣發(fā)生器。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能穩(wěn)定、壓力自控、安全 性高的可用于燃料電池的氫氣發(fā)生器。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明氫氣發(fā)生器包括設(shè)有燃料進(jìn)出口的燃料箱和固定于燃料箱 上的催化反應(yīng)器，具體結(jié)構(gòu)如下設(shè)在燃料箱里的內(nèi)殼將燃料箱隔成內(nèi)室即燃料反應(yīng)室和外室即燃料儲存室兩部分；內(nèi)殼下端與燃料箱底部之間留有空隙；催化反應(yīng)器設(shè)于燃料反應(yīng)室內(nèi)。催化反應(yīng)器由聚碳酸酯制成，壁上設(shè)有孔，孔的形狀可以為圓形、方形、三角形、星形 等幾何圖形，孔徑大小的上限以催化劑不會漏出為標(biāo)準(zhǔn)，下限以燃料溶液容易進(jìn)入為標(biāo)準(zhǔn)。催化反應(yīng)器上所有孔的表面積占總表面積的比例優(yōu)選為50 70%。 催化反應(yīng)器的底部優(yōu)選高于內(nèi)殼下端。催化反應(yīng)器為可拆卸固定于燃料箱上，優(yōu)選為拔插式固定。 催化反應(yīng)器的上端兼作氫氣出口 ，并設(shè)有閥門。燃料箱具有固定尺寸，可以容納一定量的燃料液體，但具體的燃料箱的尺寸可隨其用途 的不同而改變。燃料箱是由耐堿耐壓材料制成，優(yōu)選為不銹鋼或有機(jī)玻璃。本發(fā)明提供的氫氣發(fā)生器的燃料箱被內(nèi)殼分成內(nèi)外兩室，即燃料反應(yīng)室和燃料儲存室， 兩室之間底部連通。催化反應(yīng)器被固定于燃料箱上，裝填有催化劑的部分插在燃料反應(yīng)室中 。將燃料液體即硼氫化鈉的堿性溶液從燃料進(jìn)出口注入到燃料箱中，催化反應(yīng)器中的催化劑 接觸到燃料溶液，立即與其發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，打開氫氣閥門，即可以為燃料電池供氫。隨 著反應(yīng)的進(jìn)行，氫氣產(chǎn)生速率大于燃料電池的耗氫速率，燃料反應(yīng)室內(nèi)的氫氣積累量逐漸增 加，壓力隨之增大，內(nèi)部壓力會迫使燃料反應(yīng)室內(nèi)的液面下移，同時燃料儲存室的液面上升 ，燃料與催化劑接觸面積減少，氫氣生成速率減慢；隨著燃料電池耗氫量的不斷增加，燃料 反應(yīng)室內(nèi)的氫氣積累量逐漸減少，壓力隨之逐漸下降，燃料反應(yīng)室內(nèi)的液面會逐漸回升，催 化劑與燃料溶液的接觸面積逐漸增加，產(chǎn)氫速率隨之增加，整個過程循環(huán)振蕩，原理同氣體 彈簧，從而達(dá)到氫氣壓力的自控。本發(fā)明的另一個有益特點(diǎn)是可以通過調(diào)整燃料反應(yīng)室和燃 料儲存室的體積比，來調(diào)節(jié)氫氣的生成速率和產(chǎn)氫時間。在總體積一定的前提下，燃料反應(yīng) 室的體積越大，參與反應(yīng)的燃料液體越多，氫氣的生成速率就越快，而相應(yīng)的燃料儲存室體 積減小，產(chǎn)氣時間縮短；燃料反應(yīng)室的體積越小，參與反應(yīng)的燃料液體也越少，氫氣的生成 速率減慢，產(chǎn)氣時間延長，因此可以通過調(diào)節(jié)燃料反應(yīng)室和燃料儲存室的體積比來滿足不同 燃料電池的實(shí)際需要。本發(fā)明的催化反應(yīng)器與氫氣出口集成一體，且采用拔插式方法，這既 有利于催化反應(yīng)器通道的清洗，又有利于催化劑的方便再生。本發(fā)明氫氣發(fā)生器可以在反應(yīng) 的任何階段停止氫氣的生成，即關(guān)閉氫氣出口處的閥門，燃料反應(yīng)室內(nèi)逐漸升高的壓力迫使 燃料溶液與催化劑脫離，使反應(yīng)停止，因此大大提高了氫氣發(fā)生器的安全性能。由此可以明 顯看出，本發(fā)明提供的是一種簡易的自控壓力氫氣發(fā)生器，它結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本和運(yùn)行成 本相比傳統(tǒng)的氫氣發(fā)生器大為降低；可以實(shí)現(xiàn)氫氣壓力的有效自控，無需附加復(fù)雜的壓力調(diào) 節(jié)裝置，使裝置的體積減小，簡化操作，便于攜帶；產(chǎn)氫速率和產(chǎn)氫時間可調(diào)，可以滿足不 同用途的多種燃料電池的需要，應(yīng)用靈活；催化劑的更換再生方便快捷；可以隨時停止氫氣 的生成，大大提高了安全性能。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖l是本發(fā)明工作時的剖視圖。圖2是本發(fā)明停止工作時的剖視圖。圖3是本發(fā)明另一實(shí)施方式的剖視圖。
具體實(shí)施方式
一種氫氣發(fā)生器，如圖1所示，本發(fā)明氫氣發(fā)生器包括設(shè)有燃料進(jìn)出口2的燃料箱1和固 定于燃料箱1上的催化反應(yīng)器6，具體結(jié)構(gòu)如下設(shè)在燃料箱1里的內(nèi)殼3將燃料箱1隔成內(nèi)室即燃料反應(yīng)室5和外室即燃料儲存室4兩部分 ;內(nèi)殼3下端與燃料箱底部之間留有空隙；催化反應(yīng)器6設(shè)于燃料反應(yīng)室5內(nèi)。催化反應(yīng)器6由聚碳酸酯制成，壁上設(shè)有孔7， ？L7的形狀可以為圓形、方形、三角形、 星形等幾何圖形，孔徑大小的上限以催化劑不會漏出為標(biāo)準(zhǔn)，下限以燃料溶液容易進(jìn)入為標(biāo) 準(zhǔn)。催化反應(yīng)器6上所有孔7的表面積占總表面積的比例優(yōu)選為50 70%。 催化反應(yīng)器6底部優(yōu)選高于內(nèi)殼3下端。催化反應(yīng)器6為可拆卸固定于燃料箱1上，優(yōu)選為拔插式固定。 催化反應(yīng)器6的上端兼作氫氣出口 ，并設(shè)有閥門8。燃料箱l具有固定尺寸，可以容納一定量的燃料液體，但具體的燃料箱的尺寸可隨其用 途的不同而改變。燃料箱l是由耐堿耐壓材料制成，優(yōu)選為不銹鋼或有機(jī)玻璃。 本發(fā)明氫氣發(fā)生器為燃料電池供氫過程如下將硼氫化鈉的堿性溶液從燃料進(jìn)出口2注入到燃料箱1中，燃料儲存室4和燃料反應(yīng)室5的 液面均上升，催化反應(yīng)器6中的催化劑接觸到硼氫化鈉堿性溶液，立刻發(fā)生催化反應(yīng)生成氫 氣，開啟閥門8產(chǎn)生的氫氣即可供給燃料電池工作使用。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，如果氫氣產(chǎn)生速率大于燃料電池的耗氫速率，燃料反應(yīng)室5內(nèi)的氫氣 積累量逐漸增加，壓力隨之增大，內(nèi)部壓力會迫使燃料反應(yīng)室5內(nèi)的液面下移，同時燃料儲 存室4的液面上升，燃料與催化劑接觸面積減少，氫氣生成速率減慢；隨著燃料電池耗氫量 的不斷增加，燃料反應(yīng)室5內(nèi)的氫氣積累量逐漸減少，壓力隨之逐漸下降，燃料反應(yīng)室4內(nèi)的 液面會逐漸回升，催化劑與硼氫化鈉堿性溶液的接觸面積逐漸增加，產(chǎn)氫速率隨之增加，整 個過程循環(huán)振蕩，最終產(chǎn)氫速率趨于與燃料電池耗氫速率相匹配。如圖2所示，停止供氫只需將氫氣閥門8關(guān)閉，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，燃料反應(yīng)室5內(nèi)的 氫氣壓力逐漸升高，迫使燃料反應(yīng)室5內(nèi)的液面逐漸下降，直至與催化劑脫離，反應(yīng)停止。當(dāng)硼氫化鈉消耗至無法滿足燃料電池正常工作時，本發(fā)明氫氣發(fā)生器會從燃料進(jìn)出口2 排出廢棄的溶液，然后將新的硼氫化鈉堿性溶液從燃料進(jìn)出口2重新注入，從而開始新一輪 的供氫。催化反應(yīng)器6內(nèi)的催化劑經(jīng)過多次使用后失活，此時需要更換催化劑。先將催化反應(yīng)器6 從燃料箱l上拔下，取出失活的催化劑，放入新鮮的催化劑，然后將催化反應(yīng)器6插到燃料箱 l上，新的催化劑可以使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。如圖3所示的氫氣發(fā)生器，它的催化反應(yīng)器6底部低于內(nèi)殼3下端，催化反應(yīng)器6與燃料溶
液的接觸面積增大，產(chǎn)氫速率增加，適用于連續(xù)不斷地供氫。上述硼氫化鈉堿性溶液的組成NaBH4的質(zhì)量百分含量為15 30%， NaOH的質(zhì)量百分含 量為10 20%，其余為水。上述本發(fā)明的催化劑是Pt-Ru/C (40%)，粉末狀，通過燒結(jié)附著在泡沫銅鎳或泡沫鎳上 ，裝入到多孔的催化反應(yīng)器中。本發(fā)明也可用于燃料溶液為酸、催化反應(yīng)器中裝填金屬的制氫反應(yīng)，使用方法同上所述
權(quán)利要求
1.一種氫氣發(fā)生器，包括設(shè)有燃料進(jìn)出口(2)的燃料箱(1)和固定于燃料箱(1)上的催化反應(yīng)器(6)，其特征是所述燃料箱(1)內(nèi)設(shè)有將燃料箱內(nèi)部空間隔成燃料反應(yīng)室(5)和燃料儲存室(4)的內(nèi)殼(3)，內(nèi)殼(3)下端與燃料箱(1)底部之間留有空隙；催化反應(yīng)器(6)設(shè)于燃料反應(yīng)室(4)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫氣發(fā)生器，具體講是涉及一種簡易型自控壓力氫氣發(fā)生器。它包括設(shè)有燃料進(jìn)出口(2)的燃料箱(1)和固定于燃料箱(1)上的催化反應(yīng)器(6)。設(shè)在燃料箱里的內(nèi)殼(3)將燃料箱隔成內(nèi)室即燃料反應(yīng)室(5)和外室即燃料儲存室(4)兩部分；內(nèi)殼(3)下端與燃料箱(1)底部之間留有空隙；催化反應(yīng)器(6)設(shè)于燃料反應(yīng)室(4)內(nèi)，且可拆卸，更換方便快捷。本發(fā)明提供的氫氣發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能穩(wěn)定、壓力自控、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。屬于為燃料電池提供氫氣的氫氣發(fā)生器領(lǐng)域。
文檔編號C01B3/06GK101125638SQ20071020162
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者侯曉峰, 賀 李, 王興杰, 鋼 肖, 問立寧 申請人:漢能科技有限公司