CN107069064B - 一种基于现场制氢的燃料电池系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于现场制氢的燃料电池系统，包括现场制氢装置(1)、氢气缓冲罐(2)、燃料电池(3)、氢压传感器(4)和控制器(5)，现场制氢装置(1)、氢气缓冲罐(2)和燃料电池(3)依次连接，所述的氢压传感器(4)与氢气缓冲罐(2)连接，所述的控制器(5)的输入端与氢压传感器(4)连接，控制器(5)的输出端分别与现场制氢装置(1)的加热管开关和燃料电池(3)连接。与现有技术相比，本发明控制器根据氢气缓冲罐内压力控制燃料电池和现场制氢装置的启停，使燃料电池工作时长与氢气缓冲罐内工作压力的持续时长保持一致，避免浪费能源，提高氢气的综合利用率。

Description

一种基于现场制氢的燃料电池系统及方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，尤其是涉及一种基于现场制氢的燃料电池系统及方法。
背景技术
燃料电池是一种电化学反应装置，直接将化学能转换为电能。根据电解质的不同，可以分为质子交换膜燃料电池，碱性燃料电池，磷酸型燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池工作温度低，电流密度大，响应速度快，性能稳定。而且反应生成物只有水，不存在腐蚀性。因此，质子交换膜燃料电池在车辆交通和备用电源等领域具有广阔的市场前景。
储氢方法大致可以分两类，即物理法和化学法。物理法中典型的有低温液态储氢、高压气态储氢、碳材料吸附储氢等方法；化学法中主要有液态有机氢化物储氢技术和甲醇重整技术等方法。
液态有机储氢技术和甲醇重置技术能够实现常温常压下的安全储存,通过现场制氢技术，能将氢气在一定工作条件下进行释放，安全可控。但是无论是液态有机储氢技术还是甲醇重置技术，由于其化学特性，脱氢反应都需要在一定温度条件下进行，液态有机储氢需要温度为120℃～250℃，甲醇重整需要250℃～300℃，当现场制氢装置停止运行后，反应釜的温度还会维持一段时间，期间还能产生一部分氢气，目前大部分都没有直接利用，造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够提高氢气的综合利用率的基于现场制氢的燃料电池系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于现场制氢的燃料电池系统，包括现场制氢装置、氢气缓冲罐、燃料电池、氢压传感器和控制器，现场制氢装置、氢气缓冲罐和燃料电池依次连接，所述的氢压传感器与氢气缓冲罐连接，所述的控制器的输入端与氢压传感器连接，控制器的输出端分别与现场制氢装置的加热管开关和燃料电池连接。
所述的现场制氢装置包括反应釜、加热管、储液箱和抽液泵，所述的抽液泵分别与储液箱和反应釜连接，所述的加热管与反应釜连接，所述的反应釜内生成的氢气通过管道接入氢气缓冲罐，所述的氢气缓冲罐通过管道经过电磁阀连接到燃料电池。
所述的氢压传感器设置在氢气缓冲罐的顶部，为了形成冗余，设置两个。
所述的氢气缓冲罐上设有与控制器连接的泄压阀。
所述的控制器连有显示屏。
一种所述的基于现场制氢的燃料电池系统的使用方法，包括以下步骤：
S1，现场制氢装置启动，产生氢气传输至氢气缓冲罐，同时氢压传感器实时监测氢气缓冲罐内的压力；
S2，氢压传感器检测到氢气缓冲罐内的压力达到工作压力后，控制器使燃料电池开始工作，并调节燃料电池的输出能量，使氢气缓冲罐内的压力稳定在设定范围内；
S3，当燃料电池需要停止工作时，控制器切断现场制氢装置的加热管开关，同时氢压传感器实时监测氢气缓冲罐内的压力；
S4，氢压传感器检测到氢气缓冲罐内的压力小于停机值后，控制器使燃料电池停止工作。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)控制器根据氢气缓冲罐内压力控制燃料电池和现场制氢装置的启停，使燃料电池工作时长与氢气缓冲罐内工作压力的持续时长保持一致，避免浪费能源，提高氢气的综合利用率。
(2)氢压传感器设置在氢气缓冲罐的顶部，由于氢气易于聚集在顶部，因此设置在顶部的检测值最接近真实值。
(3)包含泄压阀，在过压时泄放压力，保证系统安全性。
(4)显示屏可依据需求定制显示内容，方便调试人员调试系统。
附图说明
图1为本实施例系统的结构示意图；
图2为本实施例系统使用方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种基于现场制氢的燃料电池系统，包括现场制氢装置1、氢气缓冲罐2、燃料电池3、氢压传感器4和控制器5，现场制氢装置1、氢气缓冲罐2和燃料电池3依次连接，氢压传感器4与氢气缓冲罐2连接，控制器5的输入端与氢压传感器4连接，控制器5的输出端分别与现场制氢装置1的加热管开关和燃料电池3连接。
现场制氢装置1包括反应釜、加热管、储液箱和抽液泵，抽液泵分别与储液箱和反应釜连接，加热管与反应釜连接，反应釜内生成的氢气通过管道接入氢气缓冲罐2，氢气缓冲罐2通过管道经过电磁阀连接到燃料电池3。
氢压传感器4设置在氢气缓冲罐2的顶部，为了冗余可以设置两个。
氢气缓冲罐2上设有与控制器5连接的泄压阀。
控制器5连有显示屏。
如图2所示，一种基于现场制氢的燃料电池系统的使用方法，包括以下步骤：
S1，现场制氢装置1启动，产生氢气传输至氢气缓冲罐2，同时氢压传感器4实时监测氢气缓冲罐2内的压力；
S2，氢压传感器4检测到氢气缓冲罐2内的压力达到工作压力后，控制器5使燃料电池3开始工作，并调节燃料电池3的输出能量，使氢气缓冲罐2内的压力稳定在设定范围内；
S3，当燃料电池3需要停止工作时，控制器5切断现场制氢装置1的加热管开关，同时氢压传感器4实时监测氢气缓冲罐2内的压力，此时反应釜停止加热，但可利用余热产氢，；
S4，氢压传感器4检测到氢气缓冲罐2内的压力小于停机值后，控制器5使燃料电池3停止工作。
由于氢气缓冲罐2与反应釜管道相通，压力相同，测量两者压力均可。

Claims (5)

1.一种基于现场制氢的燃料电池系统的使用方法，其特征在于，现场制氢的燃料电池系统包括现场制氢装置(1)、氢气缓冲罐(2)、燃料电池(3)、氢压传感器(4)和控制器(5)，现场制氢装置(1)、氢气缓冲罐(2)和燃料电池(3)依次连接，所述的氢压传感器(4)与氢气缓冲罐(2)连接，所述的控制器(5)的输入端与氢压传感器(4)连接，控制器(5)的输出端分别与现场制氢装置(1)的加热管开关和燃料电池(3)连接；
方法包括以下步骤：
S1，现场制氢装置(1)启动，产生氢气传输至氢气缓冲罐(2)，同时氢压传感器(4)实时监测氢气缓冲罐(2)内的压力；
S2，氢压传感器(4)检测到氢气缓冲罐(2)内的压力达到工作压力后，控制器(5)使燃料电池(3)开始工作，并调节燃料电池(3)的输出能量，使氢气缓冲罐(2)内的压力稳定在设定范围内；
S3，当燃料电池(3)需要停止工作时，控制器(5)切断现场制氢装置(1)的加热管开关，同时氢压传感器(4)实时监测氢气缓冲罐(2)内的压力；
S4，氢压传感器(4)检测到氢气缓冲罐(2)内的压力小于停机值后，控制器(5)使燃料电池(3)停止工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的现场制氢装置(1)包括反应釜、加热管、储液箱和抽液泵，所述的抽液泵分别与储液箱和反应釜连接，所述的加热管与反应釜连接，所述的反应釜内生成的氢气通过管道接入氢气缓冲罐(2)，所述的氢气缓冲罐(2)通过管道经过电磁阀连接到燃料电池(3)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氢压传感器(4)设置在氢气缓冲罐(2)的顶部。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氢气缓冲罐(2)上设有与控制器(5)连接的泄压阀。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的控制器(5)连有显示屏。
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