一种小型低功率家电氢燃料电池模组的制作方法

1.本技术涉及燃料电池技术领域，具体为一种小型低功率家电氢燃料电池模组。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池内部设置有质子交换膜，氢气通过质子交换膜与氧气发生反应，实现电化学反应直接转换成电能。
3.现有市场燃料电池多针对汽车、大型储能设备市场。并没有较好的针对家电专用的氢燃料电池模组。此外，家电种类多种多样，不同的家电充电功率不同。如果氢燃料电池模组的输出功率不能够进行调节，那么其适用范围也可能会受到一定的限制。


技术实现要素：

4.为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本技术提供一种小型低功率家电氢燃料电池模组，包括；
5.壳体结构；
6.供氢组件，设置于所述壳体结构内部；
7.氢气量调节组件，与供氢组件相连，用于所述供氢组件中流出的氢气流量大小；
8.氧气生成组件，设置于所述壳体结构的内部；以及
9.燃料电池，设置于所述壳体结构内部，所述燃料电池具有第一进气口、第二进气口，所述第一进气口、所述第二进气口分别与所述供氢组件的出气口、所述氧气生成组件的出气口相连通。
10.供氢组件内的氢气通过第一进气口进入燃料电池，氧气生成组件中的氧气通过第二进气口进入燃料电池中，氧气与氢气在燃料电池中发生反应产生电量进行供电，同时氢气量调节组件可以调节进入氧气生成组件内氢气的大小，通过控制与氧气发生反应的氢气量，来实现调节供电功率的大小。
11.优选的，所述供氢组件通过氢气管道与外界的供氢源相连，并通过所述第一进气口将氢气输入至所述燃料电池中。
12.而使用家庭或者社区的氢气管道，氢气通入即可使装置整体进行供电。类似于天然气管道向每个社区或者家庭供气，所以本技术的燃料电池模组具有广泛的应用场景。而使用本装置，只需要氢气与氧气发生反应产生水，不会产生二氧化碳，达到一定减能减排的作用。
13.优选的，所述供氢组件为供氢组件，所述供氢组件包括：
14.电解池区域，所述电解池区域的进水端口朝向外界开放设置，所述进水端口处可拆卸式设置有盖体，以使所述电解池区域成为一个封闭的区域；
15.储氢区域，所述储氢区域与所述电解池区域通过隔板分割开，所述储氢区域朝向所述进水端口处、所述电解池区域朝向所述进水端口处相互连通；
16.第一进气管道，所述储氢区域的出气端口与所述第一进气管道的进气端口相连通，所述第一进气管道的出气端口与所述燃料电池的第一进气口相连通。
17.优选的，所述氢气量调节组件包括：
18.调节杆，所述调节杆的一端贯穿所述盖体，并相对所述盖体转动；
19.转动盘，所述转动盘靠近所述调节杆的侧面开设有容纳调节杆连接槽，所述转动盘上还开设有若干个第一通气孔；
20.底盘，所述底盘内部具有用于容纳所述转动盘的容纳空腔，且在所述底盘底部开设有与所述第一通气孔相配合以调节氢气流量大小的第二通气孔；
21.当所述调节杆转动时，所述转动盘随之相对所述底盘转动，以使所述第一通气孔、所述第二通气孔相互错开，从而实现调节流入燃料电池中的氢气流量大小。
22.优选的，所述调节杆的一端外表面设置有卡销；
23.所述连接槽包括容纳调节杆端部的第一槽体、容纳卡销的第二槽体。
24.调节杆安装有卡销的端部、卡销分别放置于第一槽体、容纳卡销的第二槽体，安装方式简单方便。
25.优选的，所述转动盘的底部设置有一层防水透气膜；
26.或者在所述容纳空腔的底部表面设置一层防水透气膜。
27.防水透气膜可以防止部分水蒸气通过第一进气管道、第一进气口流入燃料电池中。
28.优选的，所述氧气生成组件为氧气发生器。
29.优选的，所述燃料电池连接在所述壳体结构的内部壁面，所述燃料电池通过充电插座向外界的家电供电。
30.优选的，所述氧气生成组件包括：
31.氧气存储箱体，设置于所述壳体结构的内部；
32.外界开关可控制风速的风机，设置在所述氧气存储箱体内部靠近所述燃料电池的位置；
33.第二进气管道，所述氧气存储箱体靠近所述燃料电池的侧面通过所述第二进气管道与所述燃料电池相连通。
34.优选的，还包括水分回收组件，所述水分回收组件包括：
35.出水管道，一端与燃料电池的第二进气口相连通；
36.水箱，所述出水管道的另一端与所述水箱靠近所述燃料电池的侧面相连通，所述水箱连接在所述壳体结构的内壁上。
37.水分回收组件可以回收燃料电池中产生的水分，实现循环利用，从而降低了使用成本。
38.优选的，所述壳体结构的外部设置绝缘材料层。
39.绝缘材料层的设置可以防止漏电的情况发生，提高了安全性能。
40.与现有技术相比，本技术的有益效果是：
41.本技术提供的氢燃料电池模组含有的结构较少，实现装置整体小型化，方便规模化生产。且本技术的氢燃料电池模组主要针对家电供电，可以连接至家庭或社区的加氢管道，应用前景广泛。氢燃料电池模组供电时产生物为水而不是二氧化碳，在一定程度上有着
节能减排的作用。
42.此外，供氢组件内的氢气通过第一进气口进入燃料电池，氧气生成组件中的氧气通过第二进气口进入燃料电池中，氧气与氢气在燃料电池中发生反应产生电量进行供电。而氢气量调节组件可以调节进入氧气生成组件内氢气的大小，通过控制与氧气发生反应的氢气量，来实现调节供电功率的大小。
43.本技术提供的电氢燃料电池模组，还可以通过风机调整进入燃料电池的氧气流量大小，通过控制与氢气发生反应的氧气量，更方便调节供电功率的大小。
附图说明
44.图1为本技术实施方式提供的小型低功率家电氢燃料电池模组的结构示意图。
45.图2为本技术实施方式提供的小型低功率家电氢燃料电池模组中氢气量调节组件的立体示意图。
46.图3为本技术实施方式提供的小型低功率家电氢燃料电池模组中另一种氢气量调节组件的立体示意图。
47.图4为本技术实施方式提供的小型低功率家电氢燃料电池模组的立体示意图。
48.图5为本技术实施方式提供的第二种小型低功率家电氢燃料电池模组的立体示意图。
49.图6为本技术实施方式提供的第三种小型低功率家电氢燃料电池模组的结构示意图。
50.附图标记说明：
51.1、壳体结构；
52.2、供氢组件；21、电解池区域；23、储氢区域；22、第一进气管道；
53.3、氢气量调节组件；31、调节杆；311、卡销；321、转动盘；3211、连接槽；3212、第一通气孔；322、底盘；3221、第二通气孔；33、防水透气膜；
54.4、氧气生成组件；41、氧气发生器；42、氧气存储箱体；43、风机；44、第二进气管道；
55.5、燃料电池；51、充电插座；
56.6、水分回收组件；61、出水管道；62、水箱。
具体实施方式
57.下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
58.本技术发明人发现，现有市场燃料电池多针对汽车、大型储能设备市场。缺少家电专用的氢燃料电池模组。此外，为了方便对不同功率的家电进行供电，需要能够调节燃料电池模组中氢气或者氧气的流量大小，使燃料电池模组输出不同大小的供电功率。
59.此外，随着国家减能减排的政策，如何降低碳使用量成为很多企业、社区的目标。
60.为此，本技术提供一种小型低功率家电氢燃料电池模组。下面结合具体的实施方式进行说明。
61.实施方式一
62.请参见图1、图4所示，本技术的实施方式提供一种小型低功率家电氢燃料电池模组，包括：
63.壳体结构1，
64.供氢组件，设置于壳体结构1内部，供氢组件可以连接至家庭或者社区的氢气管道；
65.氢气量调节组件3，与供氢组件相连，用于调节供氢组件中氢气流量的大小；
66.氧气生成组件4，设置于壳体结构1的内部；
67.燃料电池5，设置于壳体结构1的内部，且燃料电池5具有第一进气口、第二进气口，燃料电池5的第一进气口、第二进气口分别与供氢组件的出气口、氧气生成组件4的出气口相连通。
68.供氢组件内的氢气通过第一进气口进入燃料电池5，氧气生成组件4中的氧气通过第二进气口进入燃料电池5中，氧气与氢气在燃料电池5中发生反应产生电量进行供电，同时氢气量调节组件3可以调节进入氧气生成组件4内氢气的大小，通过控制与氧气发生反应的氢气量，来实现调节供电功率的大小。
69.而使用家庭或者社区的氢气管道，氢气通入即可使装置整体进行供电。类似于天然气管道向每个社区或者家庭供气，所以该燃料电池模组具有广泛的应用场景。而使用本装置，只需要氢气与氧气发生反应产生水，不会产生二氧化碳，达到一定减能减排的作用。
70.上述方案中，该供氢组件主要为进气的电子阀门，氢气调节组件3为控制该电子阀门气体流量大小的控制器。而具体的控制器可以从市场上购买，针对控制器如何控制电子阀门工作的原理，也属于现有技术，此处不再对齐原理进行详细的说明。
71.可以理解的是，燃料电池5的工作原理主要为：
72.燃料电池5的内部具有质子交换膜，氢气通过质子交换膜与氧气反应，产生电荷进行供电。
73.为了提高安全性能，防止装置漏电的情况发生，可以在壳体结构1的外部设置绝缘材料层。例如，在壳体结构1的外部涂抹一层树脂层。
74.此外，需要强调的是，壳体结构1并非一个封闭的结构。虽然图中并未画出其开放的具体结构，但是实际设计时，会留有可以打开的门或者封闭盖板等。通过打开门或者封闭盖板，可以更换壳体结构1内部的部件。
75.在本技术实施方式中，此外，供氢组件还可以为供氢组件2，氢气量调节组件3设置于电解池组件2的出气口端。该供氢组件2可以包括电解池区域21、第一进气管道22、储氢区域23。
76.其中，电解池区域21可以通过螺栓或者螺钉设置于壳体结构1内部，的进水端口可以朝向外界开放设置，同时可以在电解池区域21的进水端口处可以拆卸设置有一盖体。旋转该盖体，使盖体配合盖在进水端口上，保证了电解池区域21形成一个封闭的区域，防止在电解池区域21的内部发生电解时产生的氢气流至外界。
77.储氢区域23与电解池区域21并排设置，且储氢区域23与电解池区域21通过隔板分割开。储氢区域23朝向进水端口处与电解池区域21朝向进水端口处连通。当电解池区域21发生电解池反应时，阴极的氢气流向储氢区域23中。储氢区域23的出气端口与第一进气管
道22的进气端口相连通，第一进气管道22的出气端口与燃料电池5的进气端口相连通，保证产生的氢气可以流入燃料电池5中。
78.需要强调的是，储氢区域23内部可以实现存储有氢气。而电解池区域21的设置，可以通过电解制氢，为储氢区域23提供氢气。
79.而具体电解制氢、收集氢气等均有现有市场上比较成熟的技术，所以此处不再进行详细说明如何电解制氢气、以及使氢气流向储氢区域23的过程。现有技术中有很多运用。例如，在申请号为“cn201910012417.2”的发明专利中的公开了“太阳能电池板1和铅蓄电池2同时对水箱3内的水进行电解。水箱3内的氢气生成装置将电解反应产生的氢气输送至储气罐4”。
80.当然现有技术中还要其他手段，此处不再一一举例说明。
81.而为了方便调节该装置的功率，参见图2所示，本技术实施方式中的氢气量调节组件3包括调节杆31、转动盘321、底盘322。其中，调节杆31的一端外表面可以设置有卡销311，卡销311的形状可以为柱体，也可以为不规则的形状。
82.其中，调节杆31的外表面安装卡销311的方式，可以是一体成型安装设置的，也可以为拆卸式安装设置的。例如：在调节杆31靠近端部的位置可以开设一盲孔或者通孔，将卡销311插入该盲孔或者通孔内部即可。调节杆31远离卡销311的端部可以贯穿盖体，并相对盖体转动。
83.而为了保证氢气量调节组件3的气密性，可以在盖体与调节杆31连接处粘贴密封圈，防止出现氢气泄露的情况发生。
84.转动盘321靠近调节杆31的侧面周侧可以与储氢区23的出气口相抵接，转动盘321靠近调节杆31的侧面可以开设有连接槽3211，连接槽3211可以包括容纳调节杆31端部的第一槽体、容纳卡销311的第二槽体。通过将调节杆31、卡销311一起插入第一槽体、第二槽体内部，实现调节杆31与连接槽3211拆卸式连接。转动盘321上还可以开设有若干个第一通气孔3212。
85.底盘322远离转动盘321的侧面可以与第一进气管道22的进气端口相连接，通过第一进气管道支撑底盘322。此外，底盘322内部还可以具有用于容纳转动盘321的容纳空腔，转动盘321放置于容纳空腔，并可以与底盘322侧壁内表面接触，当转动盘321受到力的作用时可以相对底盘322转动。
86.且，在底盘322底部可以开设有与第一通气孔3212相配合以调节氢气流量大小的第二通气孔3221。
87.而为了防止有水分通过第一进气管道22进入燃料电池5中，可以在转动盘321的底部粘贴设置一层防水透气膜33(图中未示出)，或者底盘322中容纳空腔的底部表面可以粘贴设置一层防水透气膜33(参见图3所示)。
88.防水透气膜3的主要原理是：由于水分子比气体分子大，一些高分子防水材料在通过较小的气体分子，同时隔断较大的水分子通过。市场上可以购买到很多种类似产品，例如聚四氟乙烯，所以此处不再对防水透气膜33的结构进行详细说明。
89.具体的调节进入燃料电池5氢气量的大小时，本技术以图1中箭头方向作为参考进行描述，步骤如下：
90.1)调节杆31远离卡销311的端部穿过盖体并可以相对盖体转动，将调节杆31上安
装有卡销311端部朝向下方，安装有卡销311的端部通过进水端口向下插入电解池区域21内；
91.2)正对着转动盘321的中心方向，将调节杆31插入连接槽3211中，卡销311相配合插入连接槽3211的矩形槽部位；
92.3)手动旋转调节杆31远离卡销311的端部，此时卡销311会跟随调节杆31一起旋转。而旋转的调节杆31会与连接槽3211的矩形槽抵接，给矩形槽的内壁面一个力，带动转动盘321随之相对于底盘322旋转；
93.4)转动盘321相对于底盘322旋转，实现转动盘321上设置的第一通气孔3212与第二通气孔3221相互错开，进而调整通过3进入燃料电池5的氢气量大小。控制了氢气量的大小，可以控制燃料电池5中氢气与氧气的反应速率，从而实现调整输出功率。
94.5)当装置需要输出较大的功率时候，转动调节杆31，使第一通气孔3212与第二通气孔3221相互对齐，此时氢气通过的量是最大的，进入燃料电池5内的氢气与氧气会快速发生反应，产生电荷进行供电。
95.当装置需要输出较小的功率时，转动调节杆31，使第一通气孔3212与第二通气孔3221相互错开，此时氢气通过的量会减少，进入燃料电池5内的氢气与氧气会快速发生反应，产生电荷。
96.在本技术实施方式中，氧气生成组件4可以为氧气发生器。氧气发生器目前市场上售卖产品比较多，主要原理包括：液氧供氧设备、化学氧源供氧设备。例如：
97.其中，利用盐酸盐产生氧气，化学式如下：
98.2naclo3—2naci+3o2。
99.在本技术实施方式中，可以在氧气生成组件4的内部存储液氧。
100.或者氧气生成组件4可以为存储箱体，存储箱体的一侧面与电解池区域21正极的氧气收集处相连通。
101.又或者，考虑到节省成本，参见图1、图4所示，该氧气生成组件4还可以为：
102.氧气生成组件4包括风机43、第二进气管道44。该风机43可以通过螺栓或者螺钉设置于壳体结构1的壁面，第二进气管道的一端与第二进气口连通，另一端与风机43相连接。当风机43工作时，空气受到风机43吸力的作用，依次通过风机43、第二进气管道44、第二进气口流入燃料电池5中。空气中的氧气与氢气反应产生电荷，进而实现供电。
103.上述方案中，利用空气可以减少成本。虽然空气中含有的氮气等比较多，但是考虑到为家电供电，并不需要太高的功率，所以使用空气的方案也是可行的。
104.同时考虑到空气中灰尘较多，可以在第二进气管道粘贴设置装有活性炭贷的吸附袋，避免过多的灰尘进入燃料电池中。
105.在本技术实施方式中，燃料电池5可以通过螺栓或者螺钉的方式连接在壳体结构1的内部壁面，燃料电池5可以与氧气生成组件4相对设置。同时燃料电池5通过螺栓或者螺钉设置于所述壳体结构1外部的充电插座51向外界的家电供电。
106.因为本技术所公开的燃料电池模组所包含的结构较少，只需要将具体的部件分别进行生成并组装，进而实现模块化生产。部件较少，也进一步降低了生产成本，方便规模化生产。
107.工作原理：
108.1)调节杆31远离卡销311的端部穿过盖体并可以相对盖体转动，将调节杆31上安装有卡销311端部朝向下方，安装有卡销311的端部通过进水端口插入电解池区域21内；
109.2)正对着转动盘321的中心方向，将调节杆31插入连接槽3211中，卡销311相配合插入连接槽3211的矩形槽部位；
110.3)手动旋转调节杆31远离卡销311的端部，此时卡销311会跟随调节杆31一起旋转。而旋转的调节杆31会与连接槽3211的矩形槽抵接，给矩形槽的内壁面一个力，带动转动盘321随之相对于底盘322旋转；
111.4)转动盘321相对于底盘322旋转，实现转动盘321上设置的第一通气孔3212与第二通气孔3221相互错开，氢气依次通过第一进气管道22、第一进气管道流入染了电池5中；
112.5)氧气生成组件4中的氧气，通过第二进气管道44、第二进气口流入燃料电池5中；
113.6)燃料电池5的内部具有质子交换膜，氢气通过质子交换膜与氧气反应，产生电荷，通过插座51向家电进行供电；
114.7)当装置需要输出较大的功率时候，转动调节杆31，使第一通气孔3212与第二通气孔3221相互对齐，此时氢气通过的量是最大的，进入燃料电池5内的氢气与氧气会快速发生反应，产生电荷进行供电。
115.当装置需要输出较小的功率时，转动调节杆31，使第一通气孔3212与第二通气孔3221相互错开，此时氢气通过的量会减少，进入燃料电池5内的氢气与氧气会快速发生反应，产生电荷。
116.实施方式二
117.为了更加精确地调整输出功率大小，本技术实施方式在第一实施方式的基础上进行改进，参见图5所示，其改进之处在于，氧气生成组件4包括氧气发生器41、氧气存储箱体42、风机43、第二进气管道44。
118.其中，氧气存储箱体42，与壳体结构1内壁通过螺栓或者螺钉相连，并远离电解池区域21(即按照图5箭头方向所示，氧气存储箱体42位于电解池区域21的下方)。氧气存储箱体42内部可以存放氧气，或者存放有氧气生成器41，或者通过气体管道与电解池区域21的氧气收集处相连通(图中未示出)。而风机43可以通过螺栓或者螺钉设置在氧气存储箱体42内部靠近燃料电池5的位置。氧气存储箱体42靠近燃料电池5的侧面可以通过第二进气管道44与燃料电池5相连通。
119.此外，该风机43通过导线与控制器相连，该控制器可以是设置于壳体结构1的外侧面上，可以为设置于壳体结构1的内部。通过控制器来控制风机43的转速，调整氧气进入燃料电池5的速度。而针对通过控制器来控制风机43，是属于市场上比较成熟的技术，此处不再进行详细说明，且风机43具体的控制程序等并不在本技术的保护范围之内。
120.实施方式三
121.本技术人发现，燃料电池5内氢气与氧气反应会产生水。为了能够充分利用这部分水，本技术实施方式在上述实施方式的基础上进行改进，参见图6所示，其改进之处为：还包括水分回收组件6。
122.水分回收组件6包括出水管道61、水箱62。其中，出水管道61的一端可以与燃料电池5的一端相连通，出水管道61的另一端可以与水箱62靠近燃料电池5的侧面相连通，而水箱62可以通过螺栓或者螺钉连接在壳体结构1的内壁上，并与氧气存储箱体42相对设置。
123.当燃料电池5中，氢气与氧气发生反应会会生成水。水通过水管道61流入水箱62收集。后期只需要打开壳体结构1的，取出水箱62，水箱62中的水可以倒入电解池区域21中，即可实现水循环利用。
124.尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。