一種甲醇燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種甲醇燃料電池系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：包括依次連接的無焰燃燒室、重整器、熱交換器以及電堆，所述無焰燃燒室包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整器的鼓風(fēng)機(jī)，所述無焰燃燒室與重整器之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整器的吸熱片，所述熱交換器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、換熱油管路、氫氣高溫管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口與重整器連通，所述無焰燃燒室包括與電堆的余氣管道連通的氣流進(jìn)口，電堆的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室進(jìn)行燃燒。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊能夠適用較多的應(yīng)用場(chǎng)合、對(duì)能源的利用率高具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種甲醇燃料電池系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種甲醇燃料電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的重整制氫和燃料電池分屬兩個(gè)獨(dú)立模塊，彼此沒有余熱交換，浪費(fèi)了部分熱量，或者兩者僅做簡(jiǎn)單的組合，燃燒室、重整器、電堆順序連接，熱量利用效率低，因此將重整制氫和燃料電池集成到一個(gè)模塊，提高熱量利用率，進(jìn)而提高發(fā)電模塊的綜合效率，也是一項(xiàng)急需的設(shè)計(jì)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊從而能夠適用較多的應(yīng)用場(chǎng)合、對(duì)能源的利用率高以具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)點(diǎn)的重整制氫系統(tǒng)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，包括依次連接的無焰燃燒室、重整器、熱交換器以及電堆，所述無焰燃燒室包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整器的鼓風(fēng)機(jī)，所述無焰燃燒室與重整器之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整器的吸熱片，所述熱交換器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、換熱油管路、氫氣高溫管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口與重整器連通，所述無焰燃燒室包括與電堆的余氣管道連通的氣流進(jìn)口，電堆的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室進(jìn)行燃
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[0005]優(yōu)選的，所述重整器包括反應(yīng)部、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽以及氫氣流出流道。
[0006]優(yōu)選的，所述反應(yīng)部包括若干并列排布的翅片組。
[0007]優(yōu)選的，所述無焰燃燒室包括電加熱裝置以及甲醇水第二注入口。
[0008]優(yōu)選的，所述換熱油管路中設(shè)置有三乙二醇溶液。
[0009]優(yōu)選的，所述甲醇水中水的體積比為40%，重量比為45%。
[0010]優(yōu)選的，所述反應(yīng)部中設(shè)置有銅鋅系催化劑。
[0011]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)，在正常工作時(shí)，其中無焰燃燒室的燃燒原料來自于電堆中未完全反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳，在對(duì)能源的利用上來看，本實(shí)用新型能夠利用通過電堆的未反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳來使無焰燃燒室運(yùn)行，不需要整個(gè)系統(tǒng)外再接入燃燒原料進(jìn)行加熱重整器，非常節(jié)能環(huán)保，并且整個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上非常精巧緊湊，可以適合更多的應(yīng)用場(chǎng)合。啟動(dòng)時(shí)，無焰燃燒室通過注入的甲醇水進(jìn)行無焰燃燒，無焰燃燒室產(chǎn)生的熱量能夠?qū)χ卣饕约皳Q熱器進(jìn)行預(yù)熱，高溫廢氣的熱量被換熱油管路吸收，換熱油管路包括外接的循環(huán)栗，換熱油管路可以對(duì)甲醇水以及電堆進(jìn)行余熱，在正常工作時(shí)，換熱油管路又起到散熱的作用。另外，正常工作狀態(tài)中，重整器中產(chǎn)生的高溫氫氣進(jìn)入換熱器同樣可以對(duì)甲醇水進(jìn)行加熱。整個(gè)系統(tǒng)充分的利用了自身的余熱，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的甲醇燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的重整器與無煙燃燒室裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型的重整器去掉外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0015]圖4為本實(shí)用新型的重整器去掉外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0016]圖5為本實(shí)用新型的熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6為圖5的爆炸圖。
[0018]圖中:1、無焰燃燒室；11、鼓風(fēng)機(jī)；12、氣流進(jìn)口； 13、電加熱裝置；14、甲醇水第一注入口； 2、重整器;21、反應(yīng)部;211、翅片;22、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽;23、氫氣流出流道;24、廢氣流出口；3、熱交換器;31、甲醇水第二注入口；32、甲醇水汽化通道;33、換熱油管路;34、甲醇蒸汽出口； 35、廢氣流通管路;36、廢氣排出口 4、吸熱片;5、電堆;51、余氣管道。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1至圖6所示，一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，包括依次連接的無焰燃燒室1、重整室2、熱交換器3以及電堆5，所述無焰燃燒室I包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整室2的鼓風(fēng)機(jī)11，所述無焰燃燒室I與重整室2之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整室2的吸熱片4，所述重整室2包括反應(yīng)部21、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽22以及氫氣流出流道23，所述熱交換器3包括甲醇水第一注入口 31、甲醇水汽化通道32、甲醇水加熱管路33以及甲醇蒸汽出口 34，所述甲醇蒸汽出口 34與甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽22連通。
[0021]本實(shí)用新型的工作原理如下:首先無焰燃燒器運(yùn)行，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^鼓風(fēng)機(jī)11引導(dǎo)吹向散熱片，吸熱片4吸收熱量并將熱量傳遞到重整室2，熱量傳遞均勻，重整室2可以保持正常的工作溫度，能夠滿足甲醇蒸汽進(jìn)行重整反應(yīng)的溫度要求。高溫廢氣經(jīng)過重整室2后進(jìn)入熱交換器3，熱交換器3的作用是將甲醇水溶液進(jìn)行加溫汽化形成甲醇蒸汽，甲醇蒸汽再送至重整室2的反應(yīng)部21進(jìn)行重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、二氧化碳以及少量的一氧化碳，這些氣體作為工作氣體通過重整室2中的氫氣流出流道23再進(jìn)入熱交換器3，工作氣體在經(jīng)過熱交換器3時(shí)可以對(duì)甲醇水進(jìn)行加熱后再進(jìn)入電堆5進(jìn)行發(fā)電，前述的高溫廢氣進(jìn)入熱交換器3后同樣可以對(duì)甲醇水進(jìn)行加熱，最后通過廢氣排出口排到室外。
[0022]本實(shí)用新型中因?yàn)榧状贾卣茪涞暮诵氖峭ㄟ^催化劑將甲醇和水的混合液“重整”成為氫氣和二氧化碳。由于重整的過程可以分解為兩步:第一步是甲醇分解為一氧化成和氫氣，第二部是一氧化碳和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣。在這個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)中，水的比例如果高一些，就可以阻止CO的產(chǎn)生。本實(shí)用新型的重整反應(yīng)中選擇銅鋅系催化劑，并且水的體積比為40%，重量比為45%的時(shí)候效果最好。為了保持這一比例，本實(shí)用新型在甲醇水中加入添加劑，這種添加劑的密度正好是和這個(gè)重量比下的甲醇水一致，而且該物質(zhì)可以被過濾掉。如果甲醇水中未加入此物質(zhì)，過濾的地方檢測(cè)不到此物質(zhì)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警。確保重整反應(yīng)的尚效進(jìn)行。
[0023]參照?qǐng)D2，無焰燃燒室I包括與電堆5的余氣管道連通的氣流進(jìn)口，電堆5的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室I進(jìn)行燃燒。在正常工作時(shí)，其中無焰燃燒室I的原料來自于電堆5中未完全反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳，在對(duì)能源的利用上來看，本實(shí)用新型能夠利用通過電堆5的未反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳來使無焰燃燒室I運(yùn)行，不需要整個(gè)系統(tǒng)外再接入燃燒原料進(jìn)行加熱重整室2，非常節(jié)能環(huán)保，并且整個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上非常精巧緊湊，可以適合更多的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0024]本實(shí)用新型中，反應(yīng)部21包括若干并列排布的翅片組211，甲醇蒸汽經(jīng)過甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽22進(jìn)入反應(yīng)部21進(jìn)行反應(yīng)，翅片組211可以均勻的從高溫氣體中吸收熱量，重整室2中各處的溫度均勻，重整反應(yīng)效率高。
[0025]重整室2包括能夠?qū)⒏邷貜U氣導(dǎo)入熱交換器3中的廢氣流出口24，熱交換器3包括與甲醇水加熱管路33接觸的廢氣流通管路35以及將廢氣排出的廢氣排出口 36，所述廢氣排出口 36與廢氣流通管路35連通。
[0026]另外，無焰燃燒室I在工作時(shí)，其燃燒原料來自于電堆5余氣，而在啟動(dòng)時(shí)，可以通過以下方案來實(shí)現(xiàn)，無焰燃燒室I包括電加熱裝置131，電加熱裝置13包括電熱絲，電熱絲首先通電加熱無焰燃燒室I，當(dāng)無焰燃燒室I的溫度升高至175°C時(shí)，通過甲醇水第二注入口 14向無焰燃燒室I中加入甲醇溶液，甲醇溶液經(jīng)過加熱汽化后進(jìn)行無焰燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣通過吸熱片4進(jìn)行熱傳導(dǎo)從而對(duì)重整室2進(jìn)行加熱，經(jīng)過重整室2的高溫廢氣再對(duì)熱交換器3進(jìn)行加熱，當(dāng)熱交換器3中的溫度能夠滿足對(duì)甲醇溶液加熱汽化的時(shí)候向熱交換器3中通入甲醇溶液，然后甲醇溶液便會(huì)汽化，甲醇蒸汽再送至重整室2的反應(yīng)部進(jìn)行重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、二氧化碳以及少量的一氧化碳，這些氣體作為工作氣體通過重整室2中的氫氣流出流道23再進(jìn)入熱交換器3，工作氣體在經(jīng)過熱交換器3時(shí)可以對(duì)甲醇水進(jìn)行加熱后再進(jìn)入電堆5進(jìn)行發(fā)電，電堆5的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室進(jìn)行燃燒，至此，可以停止向甲醇水第二注入口 14中注入甲醇溶液，整個(gè)重整制氫系統(tǒng)后續(xù)的工作過程進(jìn)入正常工作流程，正常工作的流程如前述。
[0027]在本實(shí)用新型中，高溫廢氣對(duì)甲醇水的加熱以及工作氣體對(duì)甲醇水的加熱是通過熱交換器3中的甲醇水加熱管路33來實(shí)現(xiàn)，甲醇水加熱管路33中設(shè)置有三乙二醇溶液可以吸收高溫廢氣以及工作氣體中的熱量，三乙二醇溶液在甲醇水加熱管路33中循環(huán)流動(dòng)來對(duì)甲醇溶液進(jìn)行加熱。
[0028]以上所述僅是發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的無焰燃燒室、重整器、熱交換器以及電堆，所述無焰燃燒室包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整器的鼓風(fēng)機(jī)，所述無焰燃燒室與重整器之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整器的吸熱片，所述熱交換器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、換熱油管路、氫氣高溫管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口與重整器連通，所述無焰燃燒室包括與電堆的余氣管道連通的氣流進(jìn)口，電堆的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室進(jìn)行燃燒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:所述重整器包括反應(yīng)部、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽以及氫氣流出流道。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:所述反應(yīng)部包括若干并列排布的翅片組。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:所述無焰燃燒室包括電加熱裝置以及甲醇水第二注入口。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:所述換熱油管路中設(shè)置有三乙二醇溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:所述反應(yīng)部中設(shè)置有銅鋅系催化劑。
【文檔編號(hào)】H01M8/04014GK205488353SQ201620086700
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日
【發(fā)明人】陳剛, 沈建躍
【申請(qǐng)人】蘇州氫潔電源科技有限公司