一种用于低温环境的氢能供电装备的制作方法

1.本实用新型涉及供电装备技术领域，具体而言，涉及一种用于低温环境的氢能供电装备。


背景技术：

2.我国东北、俄罗斯西伯利亚或极地等冬季极寒地区，当地的电力资源往往异常匮乏，无法满足诸如土地开发、矿物勘探等任务的电力需求。通常采用柴油发电机组为当地供电，但是，寒冷环境下柴油容易冻结而产生“挂蜡”现象，大大影响了柴油发电机组的供电稳定性，在通过燃油预热提高柴油流动性的过程中，增加了设备结构的复杂性以及设备启动的延缓性，同时造成了大量能源的浪费。
3.目前，通过固体水解制氢材料制备氢气，供给氢氧燃料电池发电，是一种新兴的发电技术。为了解决上述供电稳定性差、启动延迟和能源浪费等技术问题，亟需一种基于水解制氢技术的供电设备。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种用于低温环境的氢能供电装备，以解决现有技术中，供电稳定性差、启动延迟和能源浪费的技术问题。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.本实用新型实施例提供一种用于低温环境的氢能供电装备，包括：水箱、盛装容器、反应仓、热量循环设备和燃料电池，盛装容器用于盛放固体物，热量循环设备与盛装容器连接设置以对盛装容器供热，水箱用于盛放反应液，水箱的出口和盛装容器的出口分别与反应仓连通，反应液与反应仓中的水解制氢物料反应产生氢气，反应仓的出气口与燃料电池的进气口连通，燃料电池用于将氢气转化为电能储存。
7.可选地，盛装容器包括外壳和内胆层，内胆层设于外壳内，固体物设置于内胆层内，热量循环设备对内胆层加热。
8.可选地，盛装容器还包括设置在外壳外部的保温结构。
9.可选地，保温结构为保温膜。
10.可选地，水箱包括箱体以及设置在箱体内的保温壳。
11.可选地，水箱还包括设置在箱体和保温壳之间的加热结构，加热结构用于在通入电流的状态下发热。
12.可选地，加热结构为电热丝。
13.可选地，用于低温环境的氢能供电装备还包括与燃料电池的第二电源接口连接的电源管理设备，电源管理设备用于对燃料电池输出的电能进行分配。
14.可选地，电源管理设备包括第一接口和第二接口，第一接口用于与二次电池连接，第二接口用于与用电设备连接。
15.可选地，反应仓包括加热层和保温层，加热层插设于保温层内部，热量循环设备产
生的热量对加热层进行加热。
16.本实用新型实施例的有益效果包括：
17.本实用新型实施例提供的一种用于低温环境的氢能供电装备，该供电装备包括水箱、盛装容器、反应仓、热量循环设备和燃料电池。其中，盛装容器用于盛放固体物，该固体物一般为雪或者冰，热量循环设备与盛装容器连接设置以对盛装容器供热，通过热量循环设备对盛装容器中的冰或者雪进行加热，以使其融化，形成反应液。水箱用于盛放反应液，水箱的出口和盛装容器的出口分别与反应仓连通，反应液与反应仓中的水解制氢物料反应产生氢气，当该供电设备刚启动时，水箱中的反应液通过水箱出口进入反应仓，提供水解制氢反应所需的反应液，当水箱中提供的反应液产生的氢气转化成燃料电池的电能过程中，会释放大量的热量，燃料电池产生的热量和水解制氢产生的热量通过热量循环设备将热量循环至盛装容器和反应仓以及整套系统管路，使得盛装容器中的雪或者冰融化以形成反应液，同时能够保证管路常通，此时，该反应液通过盛装容器出口进入反应仓，提供水解制氢反应所需的反应液。如此，能够持续供电，并且设备的启动快速，无需对设备进行加热，因为反应液一般为水，而水是随处可取的，反应仓的出气口与燃料电池的进气口连通，以在燃料电池将氢气转化为电能储存，通过氢能源供电，代替了现有技术中柴油机组供电，有效节约了能源，避免了环境污染。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的用于低温环境的氢能供电装备的结构示意图。
20.图标：100
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用于低温环境的氢能供电装备；110
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盛装容器；120
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水箱；130
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反应仓；140
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燃料电池；150
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热量循环设备；160
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电源管理设备；200
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用电设备；300
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二次电池。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.应注意到：术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实
用新型的限制。此外，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.在我国东北、俄罗斯西伯利亚或极地等冬季极寒地区，当地的电力资源往往异常匮乏，无法满足诸如土地开发、矿物勘探等任务的电力需求。通常采用柴油发电机组为当地供电，但是，寒冷环境下柴油容易冻结而产生“挂蜡”现象，大大影响了柴油发电机组的供电稳定性，在通过燃油预热提高柴油流动性的过程中，增加了设备结构的复杂性以及设备启动的延缓性，同时造成了大量能源的浪费。目前，通过固体水解制氢材料制备氢气，供给氢氧燃料电池140发电，是一种新兴的发电技术。为了解决上述不足，特提出了本申请，本申请基于水解制氢技术的供电装备，需要指出的是，制取氢气的方式并不限于此。以下是本申请的实施例部分。
25.图1为本实用新型提供的用于低温环境的氢能供电装备100的结构示意图，请参照图1，本实用新型实施例提供一种用于低温环境的氢能供电装备100，包括：水箱120、盛装容器110、反应仓130、热量循环设备150和燃料电池140，盛装容器110用于盛放固体物，热量循环设备150与盛装容器110连接设置以对盛装容器110供热，水箱120用于盛放反应液，水箱120的出口和盛装容器110的出口分别与反应仓130连通，反应液与反应仓130中的水解制氢物料反应产生氢气，反应仓130的出气口与燃料电池140的进气口连通，燃料电池140用于将氢气转化为电能储存。
26.低温环境是指环境中的温度在
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10℃至
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50℃的范围。
27.水箱120可以是圆柱型，也可以是正方体型，在此不作具体限定，水箱120用于盛放反应液，反应液可以是纯净水，也可以是河水，还可以是海水，只要反应液是含水的溶液即可。
28.盛装容器110用于盛放固体，该固体是指能够融化生成反应液的固体，例如，该固体为雪、冰或者冰雪混合物。盛装容器110的具体结构和大小不作限定，对于本领域技术人员而言，可根据实际需要对其进行设计。
29.反应仓130用于反应液与水解制氢物料发生化学反应的容器，具体地，反应仓130是密封结构，以防产生的氢气发生泄漏，导致制氢率较低。反应仓130内具有水解制氢物料，以使从水箱120的出口或者盛装容器110的出口流出的反应液与水解制氢物料发生化学反应，从而产生氢气。
30.热量循环设备150可以是多种，例如，热量循环设备150为蒸汽发生器，其中，蒸汽发生器是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备；或者热量循环设备150为电加热器。燃料电池140释放的热量和反应仓130中水解制氢反应释放的热量通过热量循环设备150中的换热介质将热量循环至反应仓130和盛装容器110，实现对反应仓130和盛装容器110加热的目的，其中，换热介质可以是导热油、水、空气等高比热容的液体或气体。
31.燃料电池140(fuel cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。具体地，燃料电池140本质上是一种电化学装置，组成与一般电池相同。单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的
是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池140的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池140是将化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池140就能连续地发电，由于燃料电池140的产物仅为水，因此，燃料电池140对环境不会造成污染。
32.该氢能供电设备启动前，对水箱120做好保温措施，并向水箱120中添加一定量的反应液，在盛装容器110中放入大量的冰、雪或者冰雪混合物，反应仓130中放入足量的水解制氢物料，使得水箱120的出口和盛装容器110的出口分别与反应仓130的进液口连通，首先水箱120中的反应液进入反应仓130，并与水解制氢物料发生反应产生氢气，氢气通过反应仓130的出气口进入燃料电池140中，以产生电能，在燃料电池140产生电能的过程中会释放大量的热量，燃料电池140释放的大量的热量和反应仓130释放的大量的热量通过热量循环设备150循环至盛装容器110，以融化盛装容器110内部的固体，从而产生源源不断的反应液用于水解制氢反应，并通过燃料电池产生更多的电能。如果此该供电装备用于低温环境中时，能够使得供电装备的供电稳定性好和启动快速，又因该供电装备利用氢气获取电能，代替了现有技术中柴油燃烧活动电能，有效避免了能源浪费和环境污染。
33.本实用新型实施例提供的一种用于低温环境的氢能供电装备100，该供电装备包括水箱120、盛装容器110、反应仓130、热量循环设备150和燃料电池140。其中，盛装容器110用于盛放固体物，其中，该固体物一般为雪或者冰，热量循环设备150与盛装容器110连接设置以对盛装容器110供热，通过热量循环设备150对盛装容器110中的冰或者雪进行加热，以使其融化，形成反应液。水箱120用于盛放反应液，水箱120的出口和盛装容器110的出口分别与反应仓130连通，反应液与反应仓130中的水解制氢物料反应产生氢气，当该供电设备刚启动时，水箱120中的反应液通过水箱120出口进入反应仓130，提供水解制氢反应所需的反应液，当水箱120中提供的反应液产生的氢气转化成燃料电池140的电能的过程中，会释放大量的热量，燃料电池产生的热量和水解制氢产生的热量通过热量循环设备150将将热量循环至盛装容器和反应仓，使得盛装容器110中的雪或者冰融化以形成反应液，此时，该反应液通过盛装容器110出口进入反应仓130，提供水解制氢反应所需的反应液。如此，能够持续供电，并且设备的启动快速，无需对设备进行加热，因为反应液水是随处可取的，反应仓130的出气口与燃料电池140的进气口连通，以在燃料电池140将氢气转化为电能，氢气转化成的电能既可以为用电设备供电，还可以为二次电池充电，以使二次电池对电能进行储存，通过氢能源供电，代替了现有技术中柴油机组供电，有效节约了能源，避免了环境污染。
34.为了进一步提高盛装容器110的保温效果，可选地，本实施例中盛装容器110包括外壳和内胆层，内胆层设于外壳内，固体物设置于内胆层内，热量循环设备150对内胆层加热。
35.示例地，若是热量循环设备150为蒸汽发生器，蒸汽发生器产生的水蒸气通入盛装容器110的外壳和内胆层之间，并对内胆层进行加热，以融化内胆层中的固体物。
36.进一步地，盛装容器110还包括设置在外壳外部的保温结构。
37.保温结构用于对外壳进行保温，有效降低外壳温度的下降，从而有效提高了盛装容器110的保温效果。
38.可选地，本实施例中的保温结构为保温膜。
39.例如，保温膜为塑料双层保温膜，其主要材质为高压聚乙烯，保温效果显著。
40.为了提高水箱120的保温效果，可选地，本实施例中的水箱120包括箱体以及设置在箱体内的保温壳。
41.水箱120设置呈双层结构，即水箱120包括箱体以及设置在箱体内的保温壳，能够有效降低水箱120中的反应液在低温环境下的凝固速度，从而使水解制氢反应得以持续。
42.进一步地，水箱120还包括设置在箱体和保温壳之间的加热结构，加热结构用于在通入电流的状态下发热。
43.在极寒环境下，例如，极寒环境的温度是零下40℃，即使将水箱120设置成双层结构，但是，由于环境温度太低，加速了水箱120中反应液的凝固速度，从而导致水解制氢反应不能持续进行，从而影响一种用于低温环境的氢能供电装备100的供电稳定性，因此，为了避免上述情况的发生，在箱体和保温壳之间设置加热结构。
44.其中，当水箱120中的反应液凝固时，会通过加热结构，如加热丝对其进行加热，使得水箱120中凝固的反应液融化，以使后续的水解制氢反应能够持续。
45.可选地，加热结构为电热丝。
46.电热丝发热的原理是电流的热效应。其中，电流的热效应是指当电流通过电阻时，电流做功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应。其中，提供电热丝所需的电流由电池提供，即就是说，在极寒环境下，首先利用备用的二次电池300提供的电能对加热结构供电，从而使得加热结构能够对水箱120进行加热，以防止水箱120中的反应液凝固，从而使得水解制氢反应得以持续。
47.其中，电热丝的加热既可以是持续的，也可以是间隔设置，示例地，电热丝上设置有启动开关，当开关打开时，电热丝加热，当开关关闭时，电热丝不加热。
48.其中，二次电池300(rechargeable battery)又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。利用化学反应的可逆性，可以组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫二次电池300(可充电电池)。
49.可选地，用于低温环境的氢能供电装备100还包括与燃料电池140的第二电源接口连接的电源管理设备160，电源管理设备160用于对燃料电池140输出的电能进行分配。
50.可选地，电源管理设备160包括第一接口和第二接口，第一接口用于与二次电池300连接，第二接口用于与用电设备200连接。
51.电源管理设备160用于根据燃料电池140的发电功率，调整燃料电池140的供电分配，例如，当燃料电池140的发电功率小于第一预设数值时，电源管理设备160控制燃料电池140产生的电能全部供给热量循环装置，并且会自动分配二次电池300给予补充；当燃料电池140的发电功率大于第一预设数值，小于第二预设数值时，电源管理设备160控制燃料电池140产生的电能分别供给热量循环装置和二次电池300充电。
52.为了进一步提高水解制氢反应的在低温环境下的可持续性，可选地，本实施例中的反应仓130包括加热层和保温层，加热层插设于保温层内部，热量循环设备150产生的热量对加热层进行加热。
53.保温层内设置有水解制氢物料，反应液与水解制氢物料在保温层内进行反应，以产生燃料电池140所需的氢气。
54.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。