一種甲醇燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明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獨立模塊，彼此沒有余熱交換，浪費了部分熱量，或者兩者僅做簡單的組合，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模塊，提高熱量利用率，進而提高發(fā)電模塊的綜合效率，也是一項急需的設(shè)計需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明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)用場合、對能源的利用率高以具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)點的重整制氫系統(tǒng)。
[0004]為實現(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，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口，電堆的余氣通過氣流進口進入無焰燃燒室進行燃
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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]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點，在正常工作時，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，在對能源的利用上來看，本發(fā)明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行，不需要整個系統(tǒng)外再接入燃燒原料進行加熱重整器，非常節(jié)能環(huán)保，并且整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上非常精巧緊湊，可以適合更多的應(yīng)用場合。啟動時，無焰燃燒室通過注入的甲醇水進行無焰燃燒，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，換熱油管路可以對甲醇水以及電堆進行余熱，在正常工作時，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)生的高溫氫氣進入換熱器同樣可以對甲醇水進行加熱。整個系統(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為本發(fā)明的甲醇燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的重整器與無煙燃燒室裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的重整器去掉外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖一；
圖4為本發(fā)明的重整器去掉外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖二；
圖5為本發(fā)明的熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖5的爆炸圖。
[0013]圖中:1、無焰燃燒室；11、鼓風(fēng)機；12、氣流進口；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。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]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。
[0016]本發(fā)明的工作原理如下:首先無焰燃燒器運行，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^鼓風(fēng)機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行重整反應(yīng)的溫度要求。高溫廢氣經(jīng)過重整室2后進入熱交換器3，熱交換器3的作用是將甲醇水溶液進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再進入熱交換器3，工作氣體在經(jīng)過熱交換器3時可以對甲醇水進行加熱后再進入電堆5進行發(fā)電，前述的高溫廢氣進入熱交換器3后同樣可以對甲醇水進行加熱，最后通過廢氣排出口排到室外。
[0017]本發(fā)明中因為甲醇重整制氫的核心是通過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。本發(fā)明的重整反應(yīng)中選擇銅鋅系催化劑，并且水的體積比為40%，重量比為45%的時候效果最好。為了保持這一比例，本發(fā)明在甲醇水中加入添加劑，這種添加劑的密度正好是和這個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)，過濾的地方檢測不到此物質(zhì)，系統(tǒng)就會報警。確保重整反應(yīng)的高效進行。
[0018]參照圖2，無焰燃燒室I包括與電堆5的余氣管道連通的氣流進口，電堆5的余氣通過氣流進口進入無焰燃燒室I進行燃燒。在正常工作時，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，在對能源的利用上來看，本發(fā)明能夠利用通過電堆5的未反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳來使無焰燃燒室I運行，不需要整個系統(tǒng)外再接入燃燒原料進行加熱重整室2，非常節(jié)能環(huán)保，并且整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上非常精巧緊湊，可以適合更多的應(yīng)用場合。
[0019]本發(fā)明中，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進入反應(yīng)部21進行反應(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。
[0020]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。
[0021 ]另外，無焰燃燒室I在工作時，其燃燒原料來自于電堆5余氣，而在啟動時，可以通過以下方案來實現(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，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)過加熱汽化后進行無焰燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣通過吸熱片4進行熱傳導(dǎo)從而對重整室2進行加熱，經(jīng)過重整室2的高溫廢氣再對熱交換器3進行加熱，當(dāng)熱交換器3中的溫度能夠滿足對甲醇溶液加熱汽化的時候向熱交換器3中通入甲醇溶液，然后甲醇溶液便會汽化，甲醇蒸汽再送至重整室2的反應(yīng)部進行重整反應(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再進入熱交換器3，工作氣體在經(jīng)過熱交換器3時可以對甲醇水進行加熱后再進入電堆5進行發(fā)電，電堆5的余氣通過氣流進口進入無焰燃燒室進行燃燒，至此，可以停止向甲醇水第二注入口 14中注入甲醇溶液，整個重整制氫系統(tǒng)后續(xù)的工作過程進入正常工作流程，正常工作的流程如前述。
[0022]在本發(fā)明中，高溫廢氣對甲醇水的加熱以及工作氣體對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)流動來對甲醇溶液進行加熱。
[0023]以上所述僅是發(fā)明的優(yōu)選實施方式，發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(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和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
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，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口，電堆的余氣通過氣流進口進入無焰燃燒室進行燃燒。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1所述的一種甲醇燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:所述甲醇水中水的體積比為40%，重量比為45%。7.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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種甲醇燃料電池系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(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，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口，電堆的余氣通過氣流進口進入無焰燃燒室進行燃燒。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊能夠適用較多的應(yīng)用場合、對能源的利用率高具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。
【IPC分類】H01M8/1011, H01M8/04014
【公開號】CN105529482
【申請?zhí)枴緾N201610059525
【發(fā)明人】陳剛, 沈建躍
【申請人】蘇州氫潔電源科技有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年1月28日