CN105826583B - 一种车用燃料电池热电联产系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用燃料电池热电联产系统，它主要包括，天然气罐(1)、天然气压缩机(2)、空气压缩机(3)、空气预热器(4)、天然气重整器(5)、固体氧化物燃料电池堆(6)、燃烧器(9)、水蒸发器(10)、水箱(11)。本发明还提供了一种基于该车用燃料电池热电联产系统的工作方法，采用天然气重整器(5)将天然气中氢离子分离出来形成氢气，与经过空气预热器(4)的高温空气在固体氧化物燃料电池堆(6)中产生电化学反应，未产生电化学反应的氢气和氧气经过燃烧器(9)产生热气。这样天然气不仅能用于天然气发动机给车辆提供动力，而且在天然气发动机不工作时也能产生电能和热能，满足某些特殊用途。

Description

一种车用燃料电池热电联产系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种天然气发动机车辆用燃料电池热电联产系统及其工作方法。
背景技术
供电和供热用天然气发动机在燃烧时会产生CO2、CO、和NOx等，其中NOx是形成酸雨的主要污染物，NO浓度越大，毒性越强，N02的毒性更大，它很易与人体和动物血液中的血色素混合夺取氧分，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症，N02还强烈刺激呼吸器管粘膜，引起肺部疾病，还对入体的心、肝、肾脏及造血组织有损害，严重时会导致死亡。电厂常针对NOx提出很多脱硝方案，但是这些方法不能应用于车用天然气机上。
大气中的CO2含量近年来急剧增加还导致了温室效应。专利(CN201210159875)给出了燃料电池系统及其控制方法，但是没有与天然气汽车联系起来，没有与天然气发动机形成整体方案，针对车用设计还不充分，实际应用性还需进一步研究。
本发明将对天然气汽车用燃料电池进行系统研究，提出更具有可行性的新型天然气发动机不燃烧就能供热、电的整体方案，进而为天然气汽车超低排放提供能源设计方案。
发明内容
本发明提供了一种车用燃料电池热电联产系统及其工作方法，实现了车用天然气发动机在不燃烧时也能进行热电联产，并实现了天然气发动机的超低排放，符合现在中国目前节能减排的改革现状。
本发明提供了一种车用燃料电池热电联产系统，主要包括天然气罐、天然气压缩机、空气压缩机、空气预热器、天然气重整器、固体氧化物燃料电池堆、燃烧器、水蒸发器、水箱；
天然气重整器具有外壳，该外壳左部设置有天然气和水蒸汽入口，外壳右部设置有重整好的气体出口；
天然气罐经管道连接天然气压缩机，天然气压缩机经管道连接天然气重整器的天然气入口；
水箱经管道连接水蒸发器，水蒸发器的水蒸气出口经管道连接天然气重整器的水蒸气入口；
空气压缩机的气体出口经管道连接空气预热器，空气预热器的气体出口连接固体氧化物燃料电池堆；
固体氧化物燃料电池堆的废气出口经管道连接燃烧器。
作为优选，系统还包括用电设备和用热设备，用电设备与固体氧化物燃料电池堆电连接，用热设备与燃烧器的热气出口连接。
作为优选，燃烧器的热气出口经管道连接空气预热器、天然气重整器、水蒸发器。
本发明还提供了所述车用燃料电池热电联产系统的工作方法：天然气从天然气罐中进入天然气压缩机加压接近3bar后进入天然气重整器；
水从水箱进入水蒸发器，在水蒸发器中加热到110℃后成为水蒸气进入天然气重整器；
加压后的天然气和水蒸气在天然气重整器中裂解生成高温H2、CO和HC混合气体，混合气体进入固体氧化物燃料电池堆的阳极；
空气进入空气压缩机加压升温，进入空气预热器继续加热升温，然后进入固体氧化物燃料电池堆的阴极；
高温H2和空气在固体氧化物燃料电池堆中发生电化学反应生成电能；
CO和HC不参与发生电化学反应，与未反应的H2一起经由固体氧化物燃料电池堆进入燃烧器中燃烧。
本发明利用天然气重整得到H2，在固体氧化物燃料电池堆中和高温空气产生电化学反应，多余H2燃烧产生热能，使得天然气发动机在不燃烧时就能产生热电。
采用本发明可以使天然气发动机实现超低排放，消除了CO2的生成，并且氢气在燃烧后只生成水和少量NOX，燃料电池的发电效率远高于天然气发动机燃烧发电效率，并且实现了车用天然气发动机的超低排放。
附图说明
图1是本发明车用燃料电池热电联产系统的总体方案流程图。
图中：1-天然气罐，2-天然气压缩机，3-空气压缩机，4-空气预热器，5-天然气重整器，6-固体氧化物燃料电池堆，7-用电设备，8-用热设备，9-燃烧器，10-水蒸发器，11-水箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明的一种车用燃料电池热电联产系统，主要包括天然气罐1、天然气压缩机2、空气压缩机3、空气预热器4、天然气重整器5、固体氧化物燃料电池堆6、用电设备7、用热设备8、燃烧器9、水蒸发器10、水箱11。
本发明的天然气重整器5具有外壳，该外壳左部设置有天然气和水蒸汽入口，外壳右部设置有重整好的气体出口。
天然气罐1经管道连接天然气压缩机2，天然气压缩机2经管道连接天然气重整器5的天然气入口。
水箱11经管道连接水蒸发器10，水蒸发器10的水蒸气出口经管道连接天然气重整器5的水蒸气入口。
空气压缩机3的气体出口经管道连接空气预热器4，空气预热器4的气体出口连接固体氧化物燃料电池堆6。
固体氧化物燃料电池堆6的废气出口经管道连接燃烧器9。
燃烧器9的热气出口经管道连接空气预热器4、天然气重整器5、水蒸发器10。燃烧器9的热气仅用作对空气预热器4、天然气重整器5、水蒸发器10的加热手段，不作为空气预热器4、天然气重整器5、水蒸发器10的工作介质，如通入空气预热器4、天然气重整器5、水蒸发器10的外壳夹层，或经空气预热器4、天然气重整器5、水蒸发器10内部管道对工作介质进行加热。
本发明还提供了前述车用燃料电池热电联产系统的工作方法，具体描述如下。
根据流程图1，天然气从天然气罐1中进入天然气压缩机2加压接近3bar后进入天然气重整器5；水从水箱11进入水蒸发器10，在水蒸发器10中加热到110℃后成为水蒸气进入天然气重整器5；加压后的天然气和水蒸气在天然气重整器5中裂解生成高温H2、CO和HC混合气体，混合气体进入固体氧化物燃料电池堆6的阳极；空气进入空气压缩机3加压升温至150℃，进入空气预热器4继续加热升温至850℃，然后进入固体氧化物燃料电池堆6的阴极；高温H2和空气在固体氧化物燃料电池堆6中发生电化学反应生成电能，输出到用电设备7；CO和HC不参与发生电化学反应，与未反应的H2一起由固体氧化物燃料电池堆6进入燃烧器9中燃烧，燃烧器9产生热气供给用热设备8，同时热气也能用作空气预热器4、天然气重整器5和水蒸发器10加热手段。
本发明系统可用于野外烹饪的天然气汽车，同时，该系统可用于家庭天然气的分布式发电、供热取暖等。
本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如空气预热器和燃烧器的选择设置等，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种车用燃料电池热电联产系统，主要包括天然气罐(1)、天然气压缩机(2)、空气压缩机(3)、空气预热器(4)、天然气重整器(5)、固体氧化物燃料电池堆(6)、燃烧器(9)、水蒸发器(10)、水箱(11)；其特征在于：
天然气重整器(5)具有外壳，该外壳左部设置有天然气入口和水蒸汽入口，外壳右部设置有重整好的气体出口；
天然气罐(1)经管道连接天然气压缩机(2)，天然气压缩机(2)经管道连接天然气重整器(5)的天然气入口；
水箱(11)经管道连接水蒸发器(10)，水蒸发器(10)的水蒸气出口经管道连接天然气重整器(5)的水蒸气入口；
空气压缩机(3)的气体出口经管道连接空气预热器(4)，空气预热器(4)的气体出口连接固体氧化物燃料电池堆(6)；
固体氧化物燃料电池堆(6)的废气出口经管道连接燃烧器(9)；
燃烧器(9)的热气出口经管道连接空气预热器(4)、天然气重整器(5)、水蒸发器(10)。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：系统还包括用电设备(7)和用热设备(8)，用电设备(7)与固体氧化物燃料电池堆(6)电连接，用热设备(8)与燃烧器(9)的热气出口连接。
3.基于权利要求1或2所述的一种车用燃料电池热电联产系统的工作方法，其特征在于：
天然气从天然气罐(1)中进入天然气压缩机(2)加压接近3bar后进入天然气重整器(5)；
水从水箱(11)进入水蒸发器(10)，在水蒸发器(10)中加热到110℃后成为水蒸气进入天然气重整器(5)；
加压后的天然气和水蒸气在天然气重整器(5)中裂解生成高温H2、CO和HC混合气体，混合气体进入固体氧化物燃料电池堆(6)的阳极；
空气进入空气压缩机(3)加压升温，进入空气预热器(4)继续加热升温，然后进入固体氧化物燃料电池堆(6)的阴极；
高温H2和空气在固体氧化物燃料电池堆(6)中发生电化学反应生成电能；CO和HC不参与发生电化学反应，与未反应的H2一起经由固体氧化物燃料电池堆(6)进入燃烧器(9)中燃烧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106784924B (zh) * 2016-12-30 2019-08-23 宁波索福人能源技术有限公司 一种固体氧化物燃料电池发电系统的热区结构
CN107146900B (zh) * 2017-05-26 2019-08-02 清华四川能源互联网研究院 一种基于能源互联网的沼气燃料电池系统及其运行策略

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11329470A (ja) * 1998-05-19 1999-11-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN1971170A (zh) * 2006-11-09 2007-05-30 上海交通大学 天然气质子交换膜燃料电池－内燃机联合驱动空调系统
CN101499534A (zh) * 2008-01-31 2009-08-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池分布式热电联产系统
CN102456898A (zh) * 2010-10-20 2012-05-16 上海新奥能源科技有限公司 燃料电池燃气轮机热电联产系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11329470A (ja) * 1998-05-19 1999-11-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN1971170A (zh) * 2006-11-09 2007-05-30 上海交通大学 天然气质子交换膜燃料电池－内燃机联合驱动空调系统
CN101499534A (zh) * 2008-01-31 2009-08-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池分布式热电联产系统
CN102456898A (zh) * 2010-10-20 2012-05-16 上海新奥能源科技有限公司 燃料电池燃气轮机热电联产系统

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