[發明專利]一種自循環氫氣發生系統及其工作方法

有效

• 申請號: 202010421647.7
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111498802B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 王凱;王元湘
• 申請（專利權）人: 王凱
• 主分類號: C01B3/08
• 分類號: C01B3/08;H01M8/04014;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/065
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 曾凱

1.一種自循環氫氣發生系統，其特征在于，包括氫氣燃燒裝置和反應器（1），所述反應器（1）設有進水口（2）和排氣口（3），所述反應器（1）內設有換熱器（4），所述換熱器（4）內設有換熱管（5），所述換熱管（5）的一端與所述排氣口（3）連通，換熱管（5）的另一端連接有氣體緩存室（6），所述氣體緩存室（6）與所述氫氣燃燒裝置連通；還包括儲水箱（7），所述儲水箱（7）與反應器（1）的進水口（2）連通，所述換熱器（4）設有出水口（8）和入水口（9），所述出水口（8）和入水口（9）分別通過第一驅動泵（18）和第二驅動泵（19）與所述儲水箱（7）連通，所述氫氣燃燒裝置產生的水用于輸送至儲水箱（7）；

所述氫氣燃燒裝置包括燃料電池，所述燃料電池設有停機吹掃裝置，所述停機吹掃裝置包括第三驅動泵（20）和氣水分離器（21），所述氣水分離器（21）的入口端與燃料電池的陰極排空口連通，所述第三驅動泵（20）的入口端與所述氣水分離器（21）的氣體出口端連通，第三驅動泵（20）的出口端分別與燃料電池的陽極入口和陰極入口連通；

所述第一驅動泵（18）為水氣兩用泵，所述第二驅動泵（19）為水泵。

2.根據權利要求1所述的自循環氫氣發生系統，其特征在于，所述氣水分離器（21）包括殼體，所述殼體內設有氣水分離管（43），所述氣水分離管（43）的入口與氣水分離器（21）的入口端連通，氣水分離管（43）的氣體出口與所述氣水分離器（21）的氣體出口端連通，氣水分離管（43）的液體出口連接有第二集水室（22）；所述殼體與氣水分離管（43）之間設有冷卻氣道（42），所述冷卻氣道（42）的一端與外界空氣連通，另一端與燃料電池的陰極入口連通。

3.根據權利要求2所述的自循環氫氣發生系統，其特征在于，所述第一驅動泵（18）設有驅動泵入口一、驅動泵入口二、驅動泵入口三和驅動泵出口一，所述驅動泵入口一與外部水源連通，所述驅動泵入口二與換熱器（4）的出水口（8）連通，所述驅動泵入口三與第二集水室（22）連通，所述驅動泵出口一與儲水箱（7）連通；所述換熱管（5）與氣體緩存室（6）之間設有防水透氣膜（11），且換熱管（5）連接有第一集水室（12）；所述氣水分離管（43）為螺旋管，冷卻氣道（42）呈S形，且第二集水室（22）與第一集水室（12）連通。

4.根據權利要求3所述的自循環氫氣發生系統，其特征在于，所述換熱管（5）與所述排氣口（3）之間設有第一控制閥（23），所述第一控制閥（23）設有閥門入口一、閥門出口一和閥門出口二，所述閥門入口一與所述排氣口（3）連通，所述閥門出口一與所述換熱管（5）連通，所述閥門出口二與氣水分離器（21）的入口端和燃料電池的陽極入口連通；所述燃料電池連接有儲電裝置，所述儲電裝置包括蓄電池（24），所述蓄電池（24）與燃料電池之間設有正負極對調電路（25）。

5.根據權利要求4所述的自循環氫氣發生系統，其特征在于，還包括控制單元（26）、第一壓力傳感器（27）、第二壓力傳感器（28）、液位計（29）和第二控制閥（30），所述控制單元（26）分別與第一壓力傳感器（27）、第二壓力傳感器（28）、液位計（29）和第二控制閥（30）連接，所述第一壓力傳感器（27）和第二壓力傳感器（28）分別用于檢測反應器（1）和氣體緩存室（6）的內部壓力，所述液位計（29）用于檢測儲水箱（7）的液位高度，所述第二控制閥（30）用于控制燃料電池的陽極入口的氫氣進入。

6.一種如權利要求5所述的自循環氫氣發生系統的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：

檢測燃料電池的電堆溫度是否低于正常工作溫度，如果是，則采用低溫模式輔助燃料電池啟動并為燃料電池供氫；如果否，則采用正常模式啟動并為燃料電池供氫；

正常模式啟動并為燃料電池供氫包括：

將儲水箱（7）內的水輸送至反應器（1）中與鋁原料反應生成高溫高濕氫氣，通過排氣口（3）將高溫高濕氫氣輸送至換熱管（5）中降溫除濕后獲得低溫干燥氫氣并儲存在氣體緩存室（6），然后將氣體緩存室（6）的低溫干燥氫氣輸送至燃料電池中啟動燃料電池；燃料電池產生的水通過氣水分離器（21）的作用后輸送至第二集水室（22），第二集水室（22）的水通過儲水箱（7）循環回收后進入反應器（1）中參與制氫反應；

低溫模式輔助燃料電池啟動并為燃料電池供氫包括：

將儲水箱（7）內的水輸送至反應器（1）中與鋁原料反應生成高溫高濕氫氣，打開第一控制閥（23）使閥門入口一與閥門出口二連通，通過排氣口（3）將高溫高濕氫氣輸送至氣水分離器（21）；高溫高濕氫氣在氣水分離管（43）中與冷卻氣道（42）中的冷空氣進行熱交換，氣水分離器（21）輸出的熱氫氣在第三驅動泵（20）的抽吸下從燃料電池的陽極入口輸入，冷卻氣道（42）輸出的熱空氣從燃料電池的陰極入口輸入，為燃料電池陽極和陰極同時加熱，提高燃料電池的電堆溫度；通過正負極對調電路（25）使蓄電池（24）對燃料電池的兩端加載反向直流電，反向直流電的電流密度小于燃料電池額定電流密度，氫氣與空氣發生反應放熱，燃料電池的電堆溫度迅速升溫，達到燃料電池正常啟動的運行溫度即可啟動燃料電池；燃料電池產生的水通過氣水分離器（21）的作用后輸送至第二集水室（22），第二集水室（22）的水通過儲水箱（7）循環回收后進入反應器（1）中參與制氫反應。