CN104577168A - 一种甲醇水制氢发电系统及制氢发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醇水制氢发电系统及制氢发电方法，其中，甲醇水制氢发电系统包括甲醇水储存容器、输送泵、甲醇水制氢系统、燃料电池、水循环降温系统及热泵装置，其中：甲醇水储存容器，用于储存甲醇水原料，该甲醇水原料可在输送泵的驱动下，通过输送管道输送至所述甲醇水制氢系统；甲醇水制氢系统，用于甲醇和水发生重整反应制得氢气，并将氢气提供给燃料电池；燃料电池，用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能；水循环降温系统，用于对燃料电池进行散热降温；热泵装置，能吸收水循环降温系统中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热。本发明能使燃料电池工作稳定、可靠性强，并能充分利用燃料电池所产生的热量。

Description

一种甲醇水制氢发电系统及制氢发电方法

技术领域

本发明涉及发电设备技术领域，特别涉及一种甲醇水制氢发电系统及制氢发电方法。

背景技术

氢，是一种21世纪最理想的能源之一，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的主要是CO₂和SO₂，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。氢的分布很广泛，水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

目前，世界上氢的年产量约为3600万吨，制氢方法主要有两种：其一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，这种方法需要消耗本来就很紧缺的矿物燃料；其二、约有4%的氢是用电解水的方法制取，这种方法消耗电能大，很不划算。随着技术的进步，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别大的电解水制氢工艺。利用先进的甲醇水蒸气重整技术制取H₂与CO₂的混合气体，再经钯膜分离器分离，可分别得到H₂和CO₂。

参照中国发明申请201310340475.0（申请人：上海合既得动氢机器有限公司），该专利公开了一种甲醇水制氢系统，甲醇与水蒸气在重整器的重整室内，在350-409℃温度下1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：(1)CH₃OH→CO+2H₂；(2)H₂O+CO→CO₂+H₂；(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂，重整反应生成的H₂和CO₂，再经过分离室的钯膜分离器将H₂和CO₂分离，得到高纯氢气。

氢的用途很广，适用性强，其中，先进的氢-氧燃料电池发电系统还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种氢气发电系统已在移动通信基站等领域得到使用。在燃料电池的阳极：2H₂→4H⁺+4e^-，H₂分裂成两个质子和两个电子，质子穿过质子交换膜（PEM），电子通过阳极板，通过外部负载，并进入阴极双极板；在燃料电池的阴极：O₂+4e^-+4H⁺→2H₂O，质子、电子和O₂重新结合以形成H₂O。该燃料电池所需要的H₂可来源于甲醇水制氢系统（参照本申请人广东合即得能源科技有限公司于2014年12月1日申请的发明专利201410707638.9）。

燃料电池在上述电化学反应产生电的过程中，会放出热量，该热量若不及时导走，会导致燃料电池温度不断升高而烧坏，因此，对燃料电池进行降温是非常重要的一环。在现有技术中，燃料电池降温系统主要有水循环降温系统，其主要构件包括燃料电池内的散热装置、水泵及相关配套管道和配套水箱，但是，由于该燃料电池降温系统吸收的热量没有及时导走，使得该燃料电池发电系统还存在以下问题：其一、燃料电池在连续工作过程中，燃料电池降温系统中的水的温度会越来越高，燃料电池降温系统的降温效率将不断降低，影响燃料电池的工作稳定性，为此，燃料电池降温系统还需要利用风扇等散热器对水进行散热处理，这又需要耗费能量；其二、燃料电池产生的热量被白白浪费，没有得到利用，使得燃料电池发电系统整体上发电效率不高，能量浪费较严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种能使燃料电池工作稳定、可靠性强，并能充分利用燃料电池所产生的热量的甲醇水制氢发电系统；为此，本发明还要提供一种该甲醇水制氢发电系统的甲醇水制氢发电方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种甲醇水制氢发电系统，包括甲醇水储存容器、输送泵、甲醇水制氢系统、燃料电池、水循环降温系统及热泵装置，其中：

甲醇水储存容器，用于储存甲醇水原料，该甲醇水原料可在输送泵的驱动下，通过输送管道输送至所述甲醇水制氢系统；

甲醇水制氢系统，用于甲醇和水发生重整反应制得氢气，并将氢气提供给燃料电池；

燃料电池，用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能；

水循环降温系统，用于对燃料电池进行散热降温；

热泵装置，安装于输送泵与甲醇水制氢系统之间，所述输送泵与甲醇水制氢系统之间的输送管道经过该热泵装置，该热泵装置能吸收水循环降温系统中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热。

作为对本发明的进一步阐述：

所述热泵装置包括蒸发器、冷凝器及蒸发器与冷凝器之间的冷媒循环系统，所述水循环降温系统经过所述蒸发器，所述输送泵与甲醇水制氢系统之间的输送管道经过所述冷凝器，所述冷媒循环系统设有压缩机；所述压缩机可对冷媒做功，水循环降温系统中的温水的热量通过蒸发器中冷媒的蒸发被冷媒带走，水温降低，冷媒蒸发后循环至冷凝器冷凝，放出热量，该放出的热量富集成高温热源，为输送管道中的甲醇水原料加热；所述热泵装置由燃料电池供电。

所述水循环降温系统设有至少一个第一换热器，所述输送泵与热泵装置之间的输送管道经过该第一换热器；在第一换热器中，低温的甲醇水原料与水循环降温系统中的水进行换热，甲醇水原料温度升高，水循环降温系统中的水的温度降低。

所述水循环降温系统包括散热装置及循环泵送装置，所述散热装置位于燃料电池内，所述循环泵送装置包括至少两个水泵、第一水容器及集水器；所述第一水容器中的水可在水泵的驱动作用下，经集水器集水后，从燃料电池之进水口进入散热装置，再从燃料电池之出水口回流至第一水容器；所述水泵由燃料电池供电。

所述甲醇水制氢发电系统还包括空气输送系统，该空气输送系统包括至少两个空气泵及集气器，外界空气可在所述空气泵的驱动作用下，经集气器集气后，从燃料电池之空气进口进入，再从燃料电池之空气出口排出；在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能；所述空气泵由燃料电池供电。进一步，所述燃料电池与集气器之间安装有气压表、加湿器、加湿水泵、第二水容器及流量计；所述燃料电池、气压表、加湿器、流量计、集气器依次连接；所述第二水容器中的水为去离子水，该去离子水可在加湿水泵的驱动作用下，从加湿器之进水端进入，再从加湿器之出水口回流至第二水容器中；所述加湿水泵由燃料电池供电。

所述甲醇水制氢发电系统还包括氢气输送系统，该氢气输送系统包括氢气输入管道及氢气输出管道；所述甲醇水制氢系统制得的氢气可从氢气输入管道进入燃料电池，在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能，生成水，该生成的水及未反应的氢气再从燃料电池输出至氢气输出管道；所述氢气输出管道设置有氢水分离器，所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器分离后，氢气回流至所述氢气输入管道。

所述氢气输入管道设置有电磁阀、流量计、气压表和温度计，甲醇水制氢系统制得的氢气依次经电磁阀、流量计、气压表和温度计后进入燃料电池；所述氢气输出管道还设置有温度计、气压表和流量计，所述生成的水及未反应的氢气依次经温度计、气压表、流量计和氢水分离器后，氢气回流至甲醇水制氢系统之氢气输出端。

所述甲醇水制氢系统包括第二换热器、重整器及分离装置，其中：

第二换热器，安装于热泵装置与重整器之间的输送管道上，甲醇水原料在第二换热器中，与重整室输出的高温混合气体进行换热，甲醇水原料温度升高、汽化；

重整器，设有重整室及电加热器，电加热器为重整室提供热能，重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体，该高温混合气体经第二换热器后，进入分离装置，该高温混合气体在第二换热器中，与甲醇水原料进行换热，混合气体温度降低；所述电加热器由燃料电池供电；

分离装置，用于分离以二氧化碳和氢气为主的混合气体，混合气体经分离装置后，分离出氢气，该氢气从氢气输入管道进入所述燃料电池。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：上述甲醇水制氢发电系统的制氢发电方法，其特征在于,包括以下步骤：

a.甲醇水原料输送步骤，甲醇水储存容器中储存的甲醇水原料在输送泵的驱动下，通过输送管道输送至所述甲醇水制氢系统；

b.甲醇水重整制氢步骤，甲醇和水发生重整反应制得氢气，并将氢气提供给燃料电池；

c.氢气发电步骤，氢气与氧气在燃料电池内发生电化学反应产生电能；

d.燃料电池散热降温步骤，利用水循环降温系统对燃料电池进行散热降温；

e.热泵装置转移热量的步骤，热泵装置吸收水循环降温系统中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热。

由于输送泵与甲醇水制氢系统之间的输送管道经过热泵装置，该热泵装置能吸收水循环降温系统中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热，因而使得本发明具有如下有益效果：其一、燃料电池在连续工作过程中，水循环降温系统中的水一方面吸收燃料电池散发的热量，另一方面将该热量及时转移给甲醇水原料，因而使水循环降温系统中的水在进入燃料电池时，始终能保持较低的温度，良好地为燃料电池散热降温，保证了燃料电池的工作稳定性和可靠性；其二、燃料电池产生的热量通过水循环系统及热泵装置转移给甲醇水原料，使热量得到了充分利用，大幅提高了燃料电池发电系统整体上的发电效率，避免了能量的浪费；其三、采用热泵装置还起到了热量富集的作用，一般地，水循环降温系统中的水流量通常大于输送管道中的甲醇水流量，而水循环降温系统中的水从燃料电池流出时，其温度在40-80℃区间内，以55-65℃情况最为常见，这种温度的水与甲醇水如果直接通过热交换器进行热交换，那么甲醇水的温度只能上升至40-80℃，而水循环降温系统中的水的温度的降幅则相当有限，因此，本发明采用热泵装置后，能将水循环降温系统中的水的热量进行富集，转变成高温热源，例如120℃、240℃、360℃等等，这样的高温热源向甲醇水转移热量时，能使甲醇水原料的温度大幅升高，而水循环降温系统中的水的温度的降幅也会非常明显。

附图说明

图1为本发明的整体结构方框图。

图2为本发明水循环降温系统、空气输送系统及氢气输送系统的整体结构方框图。

图3为本发明一优选实施例的整体结构方框图。

图4为本发明另一优选实施例的整体结构方框图。

图示说明：1.甲醇水储存容器；2.输送泵；3.甲醇水制氢系统；31.第二换热器；32.重整器；321.重整室；322.电加热器；33.分离装置；34.补偿汽化装置；341.电加热器；4.燃料电池、5.水循环降温系统；51.第一换热器；52.循环泵送装置；521.水泵、522.第一水容器；523.集水器；524.压力表；6.热泵装置；61.蒸发器；62.冷凝器；63.冷媒循环系统；7.空气输送系统；71.空气泵；72.集气器；73.气压表；74.加湿器；75.加湿水泵；76.第二水容器；77.流量计；8.氢气输送系统；81.氢气输入管道；811.电磁阀；812.流量计；813.气压表；814.温度计；82.氢气输出管道；821.氢水分离器；822.温度计；823.气压表；824.流量计；9.交直流转化器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种甲醇水制氢发电系统，包括甲醇水储存容器1、输送泵2、甲醇水制氢系统3、燃料电池4、水循环降温系统5及热泵装置6，其中：

甲醇水储存容器1，用于储存甲醇水原料，该甲醇水原料可在输送泵2的驱动下，通过输送管道输送至所述甲醇水制氢系统3；所述输送泵2由燃料电池4供电（结合参考图3和图4）；

甲醇水制氢系统3，用于甲醇和水发生重整反应制得氢气，并将氢气提供给燃料电池4；

燃料电池4，用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能；

水循环降温系统5，用于对燃料电池4进行散热降温；

热泵装置6，安装于输送泵2与甲醇水制氢系统3之间，所述输送泵2与甲醇水制氢系统3之间的输送管道经过该热泵装置6，该热泵装置6能吸收水循环降温系统5中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热。

如图1所示，所述热泵装置6包括蒸发器61、冷凝器62及蒸发器与冷凝器之间的冷媒循环系统63，所述水循环降温系统5经过所述蒸发器61，所述输送泵1与甲醇水制氢系统3之间的输送管道经过所述冷凝器62，所述冷媒循环系统63设有压缩机（图中未示出）；所述压缩机可对冷媒做功，水循环降温系统5中的温水的热量通过蒸发器61中冷媒的蒸发被冷媒带走，水温降低，冷媒蒸发后循环至冷凝器62冷凝，放出热量，该放出的热量富集成高温热源，为输送管道中的甲醇水原料加热；所述热泵装置6由燃料电池4供电（结合参考图3和图4），即压缩机由燃料电池4供电。按照此种热泵装置工作方式，从水循环降温系统提取4-6单位热量，加上压缩机做功的1单位热量，可给输送管道中的甲醇水原料转移5-7单位的热量。

如图1所示，作为对甲醇水制氢发电系统的优选方式，所述水循环降温系统设有至少一个第一换热器51，所述输送泵2与热泵装置6之间的输送管道经过该第一换热器51；在第一换热器51中，低温的甲醇水原料与水循环降温系统5中的水进行换热，甲醇水原料温度升高，水循环降温系统5中的水的温度降低。设置该第一换热器51后，可使输送管道中的甲醇水原料的温度初步提升，例如升温至40-50℃，避免了甲醇水原料在热泵装置中直接从低温（例如15℃）加热至高温液态或高温气态，从而实现渐进式升温。

如图1和图2所示，所述水循环降温系统5包括散热装置（图中未示出）及循环泵送装置52，所述散热装置位于燃料电池4内，所述循环泵送装置52包括至少两个水泵521、第一水容器522及集水器523；所述第一水容器522中的水可在水泵521的驱动作用下，经集水器523集水后，从燃料电池4之进水口进入散热装置，再从燃料电池4之出水口回流至第一水容器522；所述水泵521由燃料电池4供电（结合参考图3和图4）。本发明的控制装置与所述至少两个水泵521电性连接，以控制每个水泵521运转。所述第一水容器522中的水为去离子水，防止离子影响电化学反应；所述集水器523与燃料电池4之间还安装有压力表524，以便实时检测水流量及水压。由于水循环降温系统5采用了至少两个水泵521，因而具有如下有益效果：其一、每个水泵521的功率相对于现有技术中单一水泵的功率要小得多，例如，若本发明设置十个水泵521，那么本发明每个水泵521的功率只需要现有技术中单一水泵功率的1/10即可；当燃料电池4即时温度较低时，只需要控制较少的水泵521运转；因此，本发明采用至少两个水泵521作为动力时，能极大减少空载，其整体功率较低，耗能小，占用较少燃料电池4产生的电能；其二、当一个水泵521发生故障时，水循环降温系统的其他水泵521还可以正常运转，或者可以令待机的水泵521顶替工作，因此，其安全性高，可以防止因水循环降温系统5瘫痪而直接损害燃料电池4的问题；其三、较小功率的水泵521噪音较小，有利于减少噪声污染，并使本发明制氢发电系统的应用领域更广泛；其四、采用至少两个水泵521，当水泵521数量不够时，可以方便地增加水泵521，使得本发明的水泵数量能游刃有余地扩展。

如图1和图2所示，本发明甲醇水制氢发电系统还包括空气输送系统7，该空气输送系统7包括至少两个空气泵71及集气器72，外界空气可在所述空气泵71的驱动作用下，经集气器72集气后，从燃料电池4之空气进口进入，再从燃料电池4之空气出口排出；在燃料电池4内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能；所述空气泵71由燃料电池4供电（结合参考图3和图4）。由于空气输送系统7采用了至少两个空气泵71，因而使得每个空气泵71的功率相对于现有技术中单一空气泵的功率要小得多，例如，若本发明设置十个空气泵71，那么本发明每个空气泵71的功率只需要现有技术中单一空气泵功率的1/10即可；当燃料电池4即时温度较低时，只需要控制较少的空气泵71运转；因此，本发明采用至少两个空气泵71作为动力时，能极大减少空载，其整体功率较低，耗能小，占用较少燃料电池4产生的电能；本发明的空气输送系统7采用至少两个空气泵71后，当一个空气泵71发生故障时，空气输送系统7的其他空气泵71还可以正常运转，或者可以令待机的空气泵71顶替工作，因此，其安全性高，可以防止因空气泵71停止运转而使燃料电池4停止工作；较小功率的空气泵71噪音较小，有利于减少噪声污染，并使本发明制氢发电系统的应用领域更广泛；本发明采用至少两个空气泵71，当空气泵71数量不够时，可以方便地增加空气泵71，使得本发明的空气泵71数量能游刃有余地扩展。

如图2所示，所述燃料电池4与集气器72之间安装有气压表73、加湿器74、加湿水泵75、第二水容器76及流量计77；所述燃料电池4、气压表73、加湿器74、流量计77、72集气器依次连接；所述第二水容器76中的水为去离子水，该去离子水可在加湿水泵75的驱动作用下，从加湿器74之进水端进入，再从加湿器74之出水口回流至第二水容器76中；所述加湿水泵75由燃料电池4供电（结合参考图3和图4）。采用加湿器后，可控制空气湿度为75%～90%之间，此区间的空气湿度能使燃料电池1能在短时间内启动，使启动效能达到基准效能（即燃料电池正常启动10 至20 秒便可达到最大功率），并且能使燃料电池正常工作时的效能达到最高。此外，本发明去离子水为40℃的去离子水，40℃的去离子水加湿时，能令空气温度升高至接近40℃，从而进一步提高燃料电池的工作效能。

如图1和图2所示，本发明甲醇水制氢发电系统还包括氢气输送系统8，该氢气输送系统8包括氢气输入管道81及氢气输出管道82；所述甲醇水制氢系统3制得的氢气可从氢气输入管道81进入燃料电池4，在燃料电池4内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能，生成水，该生成的水及未反应的氢气再从燃料电池4输出至氢气输出管道82；所述氢气输出管道82设置有氢水分离器821，所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器821分离后，氢气回流至所述氢气输入管道81。如图2所示，所述氢气输入管道81设置有电磁阀811、流量计812、气压表813和温度计814，甲醇水制氢系统3制得的氢气依次经电磁阀811、流量计812、气压表813和温度计814后进入燃料电池4；所述氢气输出管道82还设置有温度计822、气压表823和流量计824，所述生成的水及未反应的氢气依次经温度计822、气压表823、流量计824和氢水分离器821后，氢气回流至甲醇水制氢系统3之氢气输出端。

如图3所示，作为本发明甲醇水制氢发电系统的一种优选方式，所述甲醇水制氢系统3包括第二换热器31、重整器32及分离装置33，其中：

第二换热器31，安装于热泵装置6与重整器32之间的输送管道上，甲醇水原料在第二换热器31中，与重整室32输出的高温混合气体进行换热，甲醇水原料温度升高、汽化；

重整器32，设有重整室321及电加热器322，电加热器322为重整室321提供350-409℃温度的热能，重整室321内设有催化剂，甲醇和水蒸气在重整室321内，1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，反应方程为：(1)CH₃OH→CO+2H₂、(2)H₂O+CO→CO₂+H₂ 、(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂ ，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体，该高温混合气体经第二换热器31后，进入分离装置33，该高温混合气体在第二换热器31中，与温度相对较低的甲醇水原料进行换热，混合气体温度降低；所述电加热器322由燃料电池4供电；

分离装置33，用于分离以二氧化碳和氢气为主的混合气体，混合气体经分离装置33后，分离出氢气，该氢气从氢气输入管道81进入所述燃料电池4；所述分离装置33为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%-78%，银占22%-25%；膜分离装置的内外压强之差大于或等于1.1MPa。

由于甲醇水制氢系统3的重整器32设置有为重整室321加热的电加热器322，因此重整器32无需设置燃烧室、进风风扇、进风通道和烟窗，整体上为一封闭的重整器32，不会排放高温废气，避免了热能浪费，避免了因高温废气影响制氢系统各部分设备运转，避免了因燃烧对重整器32的破坏问题；由于重整器的电加热器322均由燃料电池4提供，而燃料电池4所需要的氢气又来自于甲醇水制氢系统3制得的氢气，因而使本发明适应性极强，不受地域条件的限制；由于电加热器322的加热温度容易控制，使重整器32能稳定地令重整室321保持350-409℃的重整反应温度；由于重整器32无需设置气化室、燃烧室等腔室、进风风扇、进风通道、及烟窗等部件，极大降低了重整器的结构复杂性和检修难度。

如图4所示，作为本发明甲醇水制氢发电系统的另一种优选方式，所述第二换热器31与重整器32之间还设有补偿汽化装置34，该补偿汽化装置34设有电加热器341，所述甲醇水原料经补偿汽化装置34后可进一步汽化；所述燃料电池4产生的电能还为补偿汽化装置34的电加热器341供电。

进一步，所述甲醇水制氢系统3中，重整器需要设置启动装置，该启动装置有三种方案：其一、重整器设置电池启动装置，该电池启动装置可在重理器启动过程中，为输送泵及重整器的电加热器供电；其二、重整器或设置有燃烧式启动装置，该燃烧式启动装置可在重理器启动过程中，通过燃烧甲醇为重整室加热；其三、设置贮氢瓶，该贮氢瓶可在重理器启动过程中，为燃料电池输入氢气，使燃料电池工作，产生电能。

在上述技术方案中，燃料电池4输出的电需要经交直流转化器9后再输出，该交直流转化器9能进行DC/AC转化或DC/DC转化。

在上述技术方案中, 燃料电池4产生的电能，只有一小部分为输送泵、重整器的电加热器、水泵、空气泵、热泵装置、补偿汽化装置供电，余下的大部分电能输出。

上述甲醇水制氢发电系统的制氢发电方法，包括以下步骤：

a.甲醇水原料输送步骤，甲醇水储存容器中储存的甲醇水原料在输送泵的驱动下，通过输送管道输送至所述甲醇水制氢系统；

b.甲醇水重整制氢步骤，甲醇和水发生重整反应制得氢气，并将氢气提供给燃料电池；

c.氢气发电步骤，氢气与氧气在燃料电池内发生电化学反应产生电能；

d.燃料电池散热降温步骤，利用水循环降温系统对燃料电池进行散热降温；

e.热泵装置转移热量的步骤，热泵装置吸收水循环降温系统中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热。

以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种甲醇水制氢发电系统，其特征在于：包括甲醇水储存容器、输送泵、甲醇水制氢系统、燃料电池、水循环降温系统及热泵装置，其中：

甲醇水储存容器，用于储存甲醇水原料，该甲醇水原料可在输送泵的驱动下，通过输送管道输送至所述甲醇水制氢系统；

甲醇水制氢系统，用于甲醇和水发生重整反应制得氢气，并将氢气提供给燃料电池；

燃料电池，用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能；

水循环降温系统，用于对燃料电池进行散热降温；

热泵装置，安装于输送泵与甲醇水制氢系统之间，所述输送泵与甲醇水制氢系统之间的输送管道经过该热泵装置，该热泵装置能吸收水循环降温系统中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热。

2.根据权利要求1所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：所述热泵装置包括蒸发器、冷凝器及蒸发器与冷凝器之间的冷媒循环系统，所述水循环降温系统经过所述蒸发器，所述输送泵与甲醇水制氢系统之间的输送管道经过所述冷凝器，所述冷媒循环系统设有压缩机；所述压缩机可对冷媒做功，水循环降温系统中的温水的热量通过蒸发器中冷媒的蒸发被冷媒带走，水温降低，冷媒蒸发后循环至冷凝器冷凝，放出热量，该放出的热量富集成高温热源，为输送管道中的甲醇水原料加热；所述热泵装置由燃料电池供电。

3.根据权利要求1所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：所述水循环降温系统设有至少一个第一换热器，所述输送泵与热泵装置之间的输送管道经过该第一换热器；在第一换热器中，低温的甲醇水原料与水循环降温系统中的水进行换热，甲醇水原料温度升高，水循环降温系统中的水的温度降低。

4.根据权利要求1所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：所述水循环降温系统包括散热装置及循环泵送装置，所述散热装置位于燃料电池内，所述循环泵送装置包括至少两个水泵、第一水容器及集水器；所述第一水容器中的水可在水泵的驱动作用下，经集水器集水后，从燃料电池之进水口进入散热装置，再从燃料电池之出水口回流至第一水容器；所述水泵由燃料电池供电。

5.根据权利要求1所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：还包括空气输送系统，该空气输送系统包括至少两个空气泵及集气器，外界空气可在所述空气泵的驱动作用下，经集气器集气后，从燃料电池之空气进口进入，再从燃料电池之空气出口排出；在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能；所述空气泵由燃料电池供电。

6.根据权利要求5所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：所述燃料电池与集气器之间安装有气压表、加湿器、加湿水泵、第二水容器及流量计；所述燃料电池、气压表、加湿器、流量计、集气器依次连接；所述第二水容器中的水为去离子水，该去离子水可在加湿水泵的驱动作用下，从加湿器之进水端进入，再从加湿器之出水口回流至第二水容器中；所述加湿水泵由燃料电池供电。

7.根据权利要求1所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：还包括氢气输送系统，该氢气输送系统包括氢气输入管道及氢气输出管道；所述甲醇水制氢系统制得的氢气可从氢气输入管道进入燃料电池，在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能，生成水，该生成的水及未反应的氢气再从燃料电池输出至氢气输出管道；所述氢气输出管道设置有氢水分离器，所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器分离后，氢气回流至所述氢气输入管道。

8.根据权利要求7所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：所述氢气输入管道设置有电磁阀、流量计、气压表和温度计，甲醇水制氢系统制得的氢气依次经电磁阀、流量计、气压表和温度计后进入燃料电池；所述氢气输出管道还设置有温度计、气压表和流量计，所述生成的水及未反应的氢气依次经温度计、气压表、流量计和氢水分离器后，氢气回流至甲醇水制氢系统之氢气输出端。

9.根据权利要求1所述的甲醇水制氢发电系统，其特征在于：所述甲醇水制氢系统包括第二换热器、重整器及分离装置，其中：

第二换热器，安装于热泵装置与重整器之间的输送管道上，甲醇水原料在第二换热器中，与重整室输出的高温混合气体进行换热，甲醇水原料温度升高、汽化；

重整器，设有重整室及电加热器，电加热器为重整室提供热能，重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体，该高温混合气体经第二换热器后，进入分离装置，该高温混合气体在第二换热器中，与甲醇水原料进行换热，混合气体温度降低；所述电加热器由燃料电池供电；

分离装置，用于分离以二氧化碳和氢气为主的混合气体，混合气体经分离装置后，分离出氢气，该氢气从氢气输入管道进入所述燃料电池。

10.权利要求1-9中任意一项所述甲醇水制氢发电系统的制氢发电方法，其特征在于,包括以下步骤：

a.甲醇水原料输送步骤，甲醇水储存容器中储存的甲醇水原料在输送泵的驱动下，通过输送管道输送至所述甲醇水制氢系统；

b.甲醇水重整制氢步骤，甲醇和水发生重整反应制得氢气，并将氢气提供给燃料电池；

c.氢气发电步骤，氢气与氧气在燃料电池内发生电化学反应产生电能；

d.燃料电池散热降温步骤，利用水循环降温系统对燃料电池进行散热降温；

e.热泵装置转移热量的步骤，热泵装置吸收水循环降温系统中的温水的热量，转变成高温热源，并为输送管道中的甲醇水原料加热。