CN108110279B - 可移动式甲醇重组燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可移动式甲醇重组燃料电池系统，一种可移动式甲醇重组燃料电池系统，包括集成于同一机柜内的燃料自动调配单元、燃料重组单元、氢气纯化单元、热交换单元，甲烷化反应单元，燃料电池单元及排水回收单元；本发明系统可只需提供甲醇作为燃料，通过催化燃烧方式启动且启动迅速、结构紧凑、系统效率高、性能稳定、寿命长、污染小，能合理回收利用系统产生的水和能量，以实现单一燃料的可移动式发电。

Description

可移动式甲醇重组燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种可移动式甲醇重组燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置，具有高稳定性、低维护、长效运转、低排放的优点，加上可以与多元的再生能源整合来作为当地居民可靠的电力来源，是目前被认为极具发展潜力的发电技术。然而氢气属于易燃易爆物质，液化压缩难度极高，存储和运输困难。
在目前技术阶段，相比纯氢燃料而言，甲醇重整现场制氢和纯化技术是具有现实意义的燃料电池氢源。这种氢源能量密度高、能量转换效率大，并且液体燃料容易运输、补充和储存，在经济性等方面也具有很明显的优势。通常甲醇重组燃料电池系统所使用的甲醇水为事先按照需求配置好的，无法进行即时配比，同时为了达到一定的发电量通常会内置一个较大体积的甲醇水燃料箱,如此会增加燃料箱的重量， 作为移动式燃料电池发电系统通常管道自来水不易取得，使用桶装水又需要耗费额外的人力物力进行搬运，灵活性较差，十分不便，而燃料电池发电时会产生的大量的水，重组反应水蒸气也过量，如果不加利用则会造成水白白浪费。燃料重组后产生的重组气经过纯化装置纯化后会有部分废氢和一氧化碳排放，同时重组气温度较高，阳极尾气中含有少量氢气、阴极尾气中含有少量氧，如这些能量不加合理利用，不仅会降低系统效率，同时也会造成环境污染及影响安全性。
与既有产品相比，甲醇重组燃料电池系统通常需要使用市电供应热能以维持反应器的温度，以达成市电停电之后能立即产氢并发电的目的，因需要使用市电的缘故，因此只能限定在有市电供应的定点式备用电力使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可仅提供纯甲醇作为燃料的、体积小、结构紧凑、水和能量利用合理的、系统效率高、寿命长、污染小的可移动式甲醇重组燃料电池系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种可移动式甲醇重组燃料电池系统，包括集成于同一机柜内的燃料自动调配单元、燃料重组单元、氢气纯化单元、热交换单元，甲烷化反应单元，燃料电池单元及排水回收单元其中，
燃料自动调配单元，用于自动调配一定浓度的燃料并对其进行储存，并作为重整生产氢气的燃料来源；
燃料重组单元，包含燃烧重组器及加热装置，用于燃料重整反应制得氢气；
氢气纯化单元，包含冷凝器、第一气水分离器及变压吸附装置；
热交换单元，采用第一热交换器用于对重组反应后的粗氢气体进行降温输出，并用于对变压吸附装置输出的纯氢通过第一热交换器且利用粗氢气体降温散出的热量进行预升温；
甲烷化反应单元，采用甲烷化反应器用于供升温后的纯氢通过并将其中的一氧化碳转化为甲烷，输出不含一氧化碳的高纯氢；
燃料电池单元，包括燃料电池、第二气水分离器、二次电池3.3，所述燃料电池用于高纯氢与氧气发生电化学反应产生电能；
排水回收单元，用于将重组反应中过量的水蒸汽冷凝后进入第一气水分离器分离的水以及燃料电池发电产生的水经过第二汽水分离器分离的水收集起来，然后经水净化后供给燃料自动调配单元的纯水配重。
作为优选，所述的燃料自动调配单元包括调配桶、储存桶及混合泵，且所述的储存桶与所述的调配桶相连通；所述混合泵用于实现在预调配的过程中将甲醇水在甲醇水调配桶内往复抽取以实现甲醇水在甲醇水调配桶中的充分混合。
作为优选，所述的调配桶的正下方设有按顺序分别称取甲醇与上述排水回收单元纯化后的水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元。
作为优选，所述的燃烧重组器包括相互连接的废热回收器和燃烧重组反应器，所述废热回收器内还设有中间隔板，该中间隔板将废热回收器内部隔成第一换热区和第二换热区，所述燃烧重组反应器包括由内到外依次套置的第三换热盘管、催化燃烧腔、重组反应内腔、重组反应外腔和燃烧烟气腔，所述第三换热盘管与重组反应内腔相连通，所述重组反应内腔与重组反应外腔相连通，所述第一换热区通过外部连接管与重组反应外腔连通以使得重组粗氢可以给第一换热区提供一级预热；所述催化燃烧腔与燃烧烟气腔相连通，所述第二换热区通过外部连接管与燃烧烟气腔连通以使得燃烧尾气可以给第二换热区提供二级预热。
作为优选，所述的热交换单元还包括有第二热交换器，所述的甲烷化反应器输出的高纯氢通过第二热交换器进行降温，且甲醇水进入重组反应器先通过第二热交换器并利用高纯氢降温散出的热量进行预升温。
作为优选，所述的甲烷化反应器设于所述的燃料重组单元的周边均置于高温工作区。
作为优选，所述的排水回收单元包括回收桶和净水装置，所述的回收桶内腔的一侧靠近侧壁的位置处设有将内腔分隔为回收腔和排水腔的立式隔板，且所述的回收腔和排水腔的上端相连通，所述的排水腔的下端设有用于将多余的水排出的排水管。
作为优选，所述的回收桶上还设有保持桶内与外界大气流通的空气滤芯，所述的储水桶内腔设有液位传感器以用于水量不足时报警。
作为优选，所述的回收桶的回收腔内的水通过纯水泵打入净水装置净化后供给燃料自动调配单元。
作为优选，它还包括有废气处理单元，用于将燃料重组单元中加热装置产生的废气以及电池堆排放出来的少量氢气进行催化净化处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的可移动式甲醇重组燃料电池系统设有燃料自动调配单元，用于自动调配一定浓度的燃料并对其进行储存，并作为重整反应生产氢气的燃料来源；且排水回收单元用于将重组反应中过量的水蒸汽冷凝后进入第一气水分离器分离的水以及燃料电池发电产生的水经过第二汽水分离器分离的水收集起来，然后经水净化后供给燃料自动调配单元的纯水配重。相比现有技术来说，本系统能将重组反应过量的水和燃料电池发电产生的水进行合理回收，而且又能自动配比提供重组反应所需的甲醇水燃料，客户只需提供纯甲醇，燃料来源简单，省去燃料水配置步骤，整个系统无需外接自来水管，便于移动。
本发明将重组反应腔分成内腔和外腔，有效的增大了换热面积和换热壳程，催化燃烧腔布置在重组反应内腔内，提高了换热效果。中间隔板将废热回收器隔成第一换热区和第二换热区，使得燃烧尾气可以在第二换热区提供给甲醇水燃料、甲醇空气二级预热，使得重组尾气可以在第一换热区内提供给甲醇水燃料、甲醇空气一级预热,使得结构更为紧凑，同时采用甲醇催化燃烧方式进行供热来启动装置，到达稳定运行工况时间只需要0.5h，非常迅速；可摆脱使用市电来维持重整器温度来达到迅速启动目的，实现可移动发电。且本发明利用热交换单元的热交换器对重组反应后的粗氢气体进行降温输出，并用于对变压吸附装置输出的高纯氢进行换热升温，升温后的高纯氢气体在甲烷化反应器进行甲烷化反应将其中的一氧化碳转化为甲烷，将其一氧化碳含量降至0.1PPM以内，从而避免一氧化碳毒化阳极催化剂而影响燃料电池的寿命；同时也可以避免因纯化器使用时间过长或其他因素而导致纯化效果差后影响系统寿命，使得系统能源使用率高、寿命长，可靠性非常高。本发明将纯化时产生的废氢进行催化燃烧给重整反应器吸热以及原料换热，燃烧后产生的废气以及燃料电池排放的阴阳极废气进入催化净化器进行处理，即可实现能量的合理利用，使得系统效率升高，又能降低污染物排放，保护环境。
附图说明
图1为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统结构原理示意图。
图2为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统的回收桶的结构示意图。
图3为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统的结构示意图。
图4为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统用自动调配装置的结构示意图。
图5为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统用自动调配装置的甲醇水调配桶的结构示意图。
图6为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统用自动调配装置的甲醇水调配桶的剖视结构示意图。
图7为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统用自动调配装置的甲醇水储存桶的结构示意图。
图8为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统用自动调配装置的称重单元的结构示意图。
图9 为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统用重组反应器的立体结构示意图。
图10 为本发明可移动式甲醇重组燃料电池系统用排水回收单元的结构原理示意图。
1-机柜，2-燃料重组单元，2.1-重组反应器，2.1.1废热回收器，2.1.1a第一换热盘管，2.1.1b预热直管，2.1.1c第二换热盘管，2.1.1d中间隔板，2.1.1e第一换热区，2.1.1f第二换热区，2.1.2燃烧重组反应器，2.1.2a第三换热盘管，2.1.2b催化燃烧腔，2.1.2c重组反应内腔，2.1.2d重组反应外腔，2.1.2e燃烧烟气腔，2.1.3甲醇进口管，2.1.4空气进口管，2.1.5甲醇水燃料进口，2.1.6出口管，2.1.7进口管，2.1.8重组气出口管，2.1.9重组气进口管，2.1.10粗氢出口管，2.1.11燃烧烟气出口管，2.1.12外部连接管，2.2-加热装置，3-燃料电池单元，3.1-燃料电池，3.2-第二气水分离器，3.3-二次电池，4-燃料自动调配单元，4.1-调配桶，4.1.1-燃料入口，4.1.2-纯水入口，4.1.3-调配燃料出口，4.1.4-调配燃料混合入口， 4.2-储存桶，4.2.1-燃料水入口，4.2.2-燃料水出口，4.3-称重单元，4.3.1-调配桶支撑架，4.3.1.1-第一支撑架净空区域，4.3.2-称重传感器，4.3.2.1-称重受力支点，4.3.2.2-称重固定支点，4.3.3-称重支撑架，4.3.3.1-第二支撑架净空区域，4.4混合泵，5-甲烷化反应器,6-第一热交换器，7-氢气纯化单元，7.1-冷凝器，7.2-第一气水分离器，7.3-变压吸附装置，8-废气处理单元，8.1-催化转化器，9-排水回收单元，9.1-回收桶， 9.2-净水装置，9.3-纯水泵，10第二热交换器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。
如图所示，
一种可移动式甲醇重组燃料电池系统，包括集成于同一机柜内的燃料自动调配单元4、燃料重组单元2、氢气纯化单元7、热交换单元，甲烷化反应单元，燃料电池单元3及排水回收单元其中，
燃料自动调配单元4，用于自动调配一定浓度的燃料并对其进行储存，并作为重整生产氢气的燃料来源；
燃料重组单元2，包含燃烧重组器及加热装置，用于燃料重整反应制得氢气；
氢气纯化单元7，包含冷凝器7.1、第一气水分离器7.2及变压吸附装置7.3；
热交换单元，采用第一热交换器6用于对重组反应后的粗氢气体进行降温输出，并用于对变压吸附装置7.3输出的纯氢通过第一热交换器6且利用粗氢气体降温散出的热量进行预升温；
甲烷化反应单元，采用甲烷化反应器5用于供升温后的纯氢通过并将其中的一氧化碳转化为甲烷，输出一氧化碳含量＜0.1PPM的高纯氢；
燃料电池单元3，包括燃料电池3.1、第二气水分离器3.2、二次电池3.3，所述燃料电池3.1用于高纯氢与氧气发生电化学反应产生电能；
排水回收单元9，用于将重组反应中过量的水蒸汽冷凝后进入第一气水分离器7.2分离的水以及燃料电池3.1发电产生的水经过第二汽水分离器3.2分离的水收集起来，然后经水净化后供给燃料自动调配单元4的纯水配重。
它还包括有废气处理单元8，用于将燃料重组单元2中加热装置2.2产生的废气以及电池堆排放出来的少量氢气进行催化净化处理。
燃料自动调配单元4包括调配桶4.1、储存桶4.2及混合泵4.4，且储存桶4.2与调配桶4.1相连通；所述混合泵4.4用于实现在预调配的过程中将甲醇水在甲醇水调配桶4.1内往复抽取以实现甲醇水在甲醇水调配桶4.1中的充分混合。
调配桶4.1的正下方设有按顺序分别称取甲醇与上述排水回收单元9纯化后的水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元4.3。
其中，燃料自动调配单元包括置于机柜1内腔的中部以将燃料重组单元2及燃料电池单元3隔开设置；燃料自动调配单元4包括调配桶4.1、储存桶4.2及混合泵4.4，且所述的储存桶4.2与所述的调配桶4.1相连通；所述混合泵4.4用于实现在预调配的过程中将甲醇水在甲醇水调配桶4.1内往复抽取以实现甲醇水在甲醇水调配桶4.1中的混合。且储存桶4.2与调配桶4.1相连通；调配桶4.1的正下方设有按顺序分别称取甲醇与水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元4.3。
其中，调配桶4.1上设有燃料入口4.1.1、纯水入口4.1.2及混合后的调配燃料出口4.1.3；储存桶4.2设有燃料水入口4.2.1及燃料水出口4.2.2。
其中，调配甲醇水混合入口4.1.4设有可伸入甲醇水调配桶4.1内腔的第一连通管4.1.4.1，所述的第一连通管4.1.4.1的外周壁开设有多个通孔，第一连通管4.1.4.1末端的开口置于甲醇水调配桶4.1内腔的上部，第一连通管4.1.4.1的尾段设有弯管，且第一连通管4.1.4.1末端的开口朝向甲醇水调配桶4.1内壁；调配甲醇水出口4.1.3设有可伸入甲醇水调配桶4.1内腔靠近底部位置处的第二连接管4.1.3.2。由于甲醇的密度小于水的密度，所以说，为了甲醇与纯水两者更好的融合，混合泵将一次混合后的甲醇水从第二连接管4.1.3.1抽离甲醇水调配桶内腔，由于水的密度大于甲醇的密度，在第一次混合的过程中，纯水是往下沉的，而甲醇是往上跑的，所以从底部的第二连接管4.1.3.2抽取，经调配甲醇水出口4.1.3，并经调制电磁阀分配后从一连通管4.1.4.1上的甲醇水混合入口4.1.4重新进入甲醇水调配桶4.1内腔，并且通过第一连通管4.1.4.1的外周壁开设有多个通孔进行扩散，并经第一连通管4.1.4.1末端的朝向甲醇水调配桶4.1内壁的开口将甲醇水打到甲醇水调配桶4.1内壁上以更加利于扩散，并可形成很好的循环，调配效果也更好。
其中，燃料自动调配单元4还包括自动调配控制系统，自动调配控制系统置于调配桶4.1和储存桶4.2的正上方，用于对调配桶4.1和储存桶4.2之间往复抽取的混合燃料进行控制，且自动调配控制系统与下方的管路分开，避免液体污染造成系统故障。
燃料自动调配单元的整体结构非常紧凑且占用空间小，维护均非常方便，可以即时满足对应的重组器所要求的甲醇水浓度的配比需求，相比现有技术的外置于机柜的甲醇水容器来说具有更稳定的性能及能够提供更可靠的所需求浓度的甲醇水的来源，能够提供给重组器最优化的甲醇水，则重组器能够提供更稳定的氢源，从而使得整个发电系统的能效更高，且所携带的燃料能量密度更高。
调配桶4.1的正下方设有按顺序分别称取甲醇与上述排水回收单元9纯化后的水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元4.3。
其中称重单元4.3包括甲醇水调配桶支撑架4.3.1、与控制系统电性连接的称重传感器4.3.2及称重支撑架4.3.3，调配桶支撑架4.3.1置于甲醇水调配桶4.1的正下方，称重传感器4.3.2呈扁平的长方体状，称重传感器4.3.2置于甲醇水调配桶支撑架4.3.1及称重支撑架4.3.3之间的正中间位置处且关于甲醇水调配桶4.1的中轴线对称设置，且称重传感器4.3.2的上、下表面的中部设有用于检测变形量的应变片，称重传感器4.3.2的一端的与调配桶支撑架6.1固定连接以形成称重受力支点4.3.2.1，所述称重传感器4.3.2的另一端的与重支撑架4.3.3固定连接以形成称重固定支点4.3.2.2，且调配桶支撑架4.3.1上设有镂空的第一支撑架净空区域4.3.1.1，第一支撑架净空区域4.3.1.1对应应变片设置以用于提供称重传感器4.3.2形变的空间，称重支撑架4.3.3上设有镂空的第二支撑架净空区域4.3.3.1，第二支撑架净空区域4.3.3.1对应应变片设置以用于提供称重传感器4.3.2形变的空间。
甲醇水调配桶的重力对称重受力支点下压，称重受力支点受压对称重传感器产生向下的作用力，由于称重受力支点和称重固定支点在竖直方向构成错位，故会使称重传感器产生应力形变，作用力的大小影响着形变量的大小，称重传感器内部的应变片感应形变量从而准确测出调配桶内甲醇水的重量，然后根据甲醇水的重量结合调配比例自动计算后再调配以满足不同浓度的调配燃料的需要且第一支撑架净空区域和第二支撑架净空区域提供称重传感器以形变的空间，从而保证结果的准确性。通过合理的设计及布局使得本发明的燃料自动调配单元的部件高度低，所占空间小，结构稳定，结构稳定且组装方便，维修不复杂。
其中，调配桶支撑架4.3.1的四周设有侧围4.3.4，调配桶支撑架4.3.1的侧围4.3.4套合于甲醇水调配桶4.1底部，且调配桶支撑架4.3.1的侧围4.3..4与甲醇水调配桶4.1固定连接；甲醇水调配桶4.1底面与调配桶支撑架4.3.1的上表面之间设有距离。由于称重装置需要动态地掌握所要称重的重量，甲醇水调配桶底面与调配桶支撑架的上表面之间留有距离可进一步保证称重传感器变形的准确性， 实时称重效果更好，从而可保证控制系统的控制更加精准，从而调配出的甲醇水的浓度准确无误。
其中称重传感器4.3.2的一端通过至少一个螺钉与调配桶支撑架4.3.1固定连接以形成称重受力支点4.3.2.1，称重传感器4.3.2的另一端通过至少一个螺钉与称重支撑架4.3.3固定连接以形成称重固定支点4.3.2.2。
其中，螺钉的数量均为三个，每三个螺钉形成三角形的受力支点。
其中，称重支撑架4.3.3的底部的两侧对称设有呈L型的支撑座4.3.5。
甲醇水储存桶内的甲醇水供给燃料重组单元2的重组反应器2.1，重组反应器通过加热装置2.2加热后燃料重整反应制得氢气，重组反应中过量的水蒸汽冷凝后进入第一气水分离器7.2分离的水流入回收桶9.1中；第一气水分离器7.2输出的氢气进入PSA纯化器的变压吸附装置7.3，对氢气进行纯化，输出高纯氢进入燃料电池3.1进行发电，且产生的废气导入加热装置2.2进行回烧；燃料电池3.1发电产生的水经过第二汽水分离器分离的水收集起来，也流入回收桶9.1中，然后回收桶9.1的回收腔内的水经水净化后供给燃料自动调配单元的纯水配重，客户只需提供纯甲醇，无需按照预定甲醇水比例进行事先配置以及提供水源，燃料来源简单，省去燃料水配置步骤。
其中，排水回收单元9包括回收桶9.1及水净化装置9.2，回收桶9.1内腔的一侧靠近侧壁的位置处设有将内腔分隔为回收腔和排水腔的立式隔板9.1.1，且回收腔和排水腔的上端相连通，排水腔的下端设有用于将多余的水排出的排水管9.1.2。当回收桶9.1内的回收腔内的水位高度升高到接近顶部时，会通过隔板9.1.1上端的通道进入排水腔，并通过排水腔的下端设有用于将多余的水排出
其中，回收桶9.1上还设有保持桶内与外界大气流通的空气滤芯。这样可以保证空气调节阀9.1.3为保持桶内与外界大气流通，以形成一定的压力，使回收桶9.1在进行抽料时，不会形成负压；同时外界空气的灰尘不会进入调配桶而污染原料。
回收桶9.1的底部还设有手动操作阀9.1.4。这样可以在需要时进行人工操作或维修。
回收桶9.1内设有液位计，液位计可测量回收桶9.1中的液位高度，当液位低于警戒线时，调配系统将自动停止，同时发出系统水回收异常信号。
燃烧重组器，包括相互连接的废热回收器2.1.1和燃烧重组反应器2.1.2，废热回收器2.1.1内设有第一换热盘管2.1.1a、第二换热盘管2.1.1c和预热直管2.1.1b，第一换热盘管2.1.1a与第二换热盘管2.1.1c连通并套置于预热直管2.1.1b外部，废热回收器2.1.1内还设有中间隔板2.1.1d，该中间隔板2.1.1d将废热回收器2.1.1内部隔成第一换热区2.1.1e和第二换热区2.1.1f，第一换热盘管2.1.1a位于第一换热区2.1.1e内，第二换热盘2.1.1c管位于第二换热区2.1.1f内，预热直管2.1.1b贯穿第一换热区2.1.1e、第二换热区2.1.1f，中间隔板2.1.1d与废热回收器2.1.1内壁、第一换热盘管2.1.1a外壁、第二换热盘管2.1.1c外壁、预热直管2.1.1b外壁的连接处焊接密封，保证第一换热区2.1.1e、第二换热区2.1.1f相互隔离且密封。
其中燃烧重组反应器2.1.2包括由内到外依次套置的第三换热盘管2.1.2a、催化燃烧腔2.12b、重组反应内腔2.1.2c、重组反应外腔2.1.2d和燃烧烟气腔2.1.2e，催化燃烧腔2.1.2b与燃烧烟气腔2.1.2e相连通，催化燃烧腔2.1.2b内填充有用于催化燃烧的催化剂(甲醇催化燃烧催化剂或者H2、CO催化燃烧催化剂)，重组反应内腔2.1.2c与重组反应外腔2.1.2d相连通，第三换热盘管2.1.2a与重组反应内腔2.1.2c相连通，预热直管2.1.1b通过外部连接管2.1.12与催化燃烧腔2.1.2b连通，第二换热区2.1.1f通过外部连接管2.1.12与燃烧烟气腔2.1.2e连通，第二换热盘管2.1.1c通过外部连接管2.1.12与第三换热盘管2.1.2a连通，第一换热区2.1.1e通过外部连接管2.1.12与重组反应外腔2.1.2d连通，预热直管2.1.1b向下延伸连接有空气进口管2.1.4，该空气进口管2.1.4上连接有甲醇进口管2.1.3，第二换热区2.1.1f靠近中间隔板2.1.1d处设有燃烧烟气出口管2.1.11，第一换热盘管2.1.1a向外延伸有甲醇水燃料进口2.1.5，第二换热盘管2.1.1c向外延伸有连接外部连接管的出口管2.1.6，第三换热盘管2.1.2a向外延伸有连接外部连接管的进口管2.1.7，重组反应外腔2.1.2d向外设置有连接外部连接管的重组气出口管2.1.8，第一换热区2.1.1e靠近中间隔板2.1.1d处设有重组气进口管2.1.9，第一换热区2.1.1e的底部设有粗氢出口管2.1.10。使用催化燃烧方式供热启动重组器，可无需使用外界市电维持反应器的温度，达到启动迅速，又可脱离电网，实现可移动发电的目的。
热交换单元，采用第一热交换器6用于对重组反应后的粗氢气体进行降温输出，并用于对变压吸附装置7.3输出的高纯氢通过该第一热交换器6且利用粗氢气体降温散出的热量进行预升温；
甲烷化反应单元，采用甲烷化反应器5用于供升温后的高纯氢通过并将其中的一氧化碳转化为甲烷，输出一氧化碳含量＜0.1PPM一氧化碳的高纯氢。
热交换单元还包括有第二热交换器10，甲烷化反应器5输出的高纯氢通过第二热交换器10进行降温，且甲醇水进入重组反应器2.1前先通过第二热交换器10并利用高纯氢降温散出的热量进行预升温。
重组反应后的粗氢气体通过第一热交换器6后再通过冷凝器7.1第二次降温后输出至气水分离器7.2，气水分离器7.2对重组反应后并经过降温的粗氢气体进行气水分离，输出不含水的粗氢气体，且将未完全反应的水排出。
重组反应器2.1通过加热装置2.2加热，且变压吸附装置7.3排出的废气导入至加热装置2.2进行回烧。
所述加热装置2.2产生的废气通过尾气燃烧反应器进行净化。
其中，甲烷化反应器5设于燃料重组单元的周边均置于高温工作区。
实施例：
一种可移动式甲醇重组燃料电池，包括以下步骤，
将甲醇水输入第二热交换器10，第二热交换器10将甲醇水预升温至100℃~150℃；
预升温后的甲醇水经过重组反应器2.1，重组反应器2.1通过加热装置2.2加热，将甲醇水升温至250℃~350℃并开始重组反应，甲醇水转化为富含氢气的粗氢气体；
粗氢气体通过第一热交换器6进行第一次降温，降温至50℃~100℃；
粗氢气体通过冷凝器7.1第二次降温降至室温；
粗氢气体通过第一气水分离器7.2，粗氢气体中未完全反应的水排出,并收集至回收桶9.1中；
第一气水分离器7.2输出的粗氢气体进入变压吸附装置7.3，对粗氢气体进行纯化，输出高纯氢，且产生的废气导入加热装置2.2进行回烧；
高纯氢通过第一热交换器6进行预升温加热升温至250℃~350℃；
升温后的高纯氢经过甲烷化反应器5，将其中的一氧化碳转化为甲烷；
甲烷化反应器5输出的高纯氢经过第二热交换器10，降温至室温，输出供燃料电池3.1使用；
供燃料电池3.1发电产生的水经过第二汽水分离器分离的水收集起来，也流入回收桶9.1中，然后回收桶9.1的回收腔内的水经净化装置净化后供给燃料自动调配单元的纯水配重。
其中，加热装置2.2燃烧产生的废气经过尾气燃烧反应器净化之后通过废气出口D排出。
燃料电池单元3中，包含一组二次电池3.3，当使用者有电力需求时可提供初始的电力输出，同时为重组器的启动提供电力，待产氢装置稳定运行供给燃料电池发电系统发电后，再由燃料电池单元3提供电力给用户端，同时给二次电池3.3充电，补充其所消耗的电量。发电过程仅以纯甲醇作为燃料，水通过回收再次利用，并且不需要使用外部电力维持反应器温度，如此实现甲醇燃料电池系统的可移动式发电。
其中自动调配单元的工作实施例：
以调配60%的甲醇水溶液为例，假设总共需要调配重量为50 kg的燃料，因此调配系统会计算50 kg x 60% = 30 kg，第一阶段将加入30 kg的甲醇。此时甲醇电磁阀开启，甲醇输送单元抽取外部甲醇进入调配桶内，直到重量感测组件侦测到30 kg时停止加入甲醇，之后进入第二阶段加料。此时纯水泵9.3启动，将回收桶9.1的回收水经净化装置净化后加入调配桶4.1内，于此同时，调配电磁阀与混合泵4.4将启动，作为预先混合功能。直到称重单元侦测到50 kg后，纯水泵9.3停止运作，纯水停止加入，并继续混合5分钟，就算调配完成。调配完成之后，若储存桶4.2内的液位侦测器指示低液位，将从调配桶4.1抽取燃料直到液位侦测指示高液位。如此由调配桶4.1抽取燃料至储存桶4.2，直到调配桶4.1重量低于设定值，便会进再下一次调配，如此重复循环。
其中重组反应器2.1的工作实施例：
甲醇从甲醇进口管2.1.3进入，空气从空气进口管2.1.4进入，混合后进入预热直管2.1.1b，通过外部连接管2.1.12进入燃烧重组反应器2.1.2内部催化燃烧腔2.1.2b内，在催化剂的催化作用下甲醇空气开始燃烧，甲醇空气燃烧释放的热量开始给装置预热和升温，剩余的高温燃烧烟气由燃烧烟气腔2.1.2e排出，通过外部连接管2.1.12进入废热回收器2.1.1的第二换热区2.1.1f内，与预热直管2.1.1b内的甲醇空气进行换热后从燃烧烟气出口管2.1.11排出，待催化燃烧腔2.1.2b内温度达到500℃时，开始从甲醇水燃料进口2.1.5通入总量35%的甲醇水燃料，甲醇水燃料在第二换热区2.1.1f内与燃烧释放的高温烟气进行换热升温后通过外部连接管2.1.12进入重整反应器2.1.2内的第三换热盘管2.1.2a，在催化燃烧腔2.1.2b再次进行预热和升温后进入重整反应内腔2.1.2c和重整反应外腔2.1.2d内进行重整反应，其中重整反应所需要吸收的热量由甲醇空气催化燃烧释放的热量提供，反应后产生的高温重整粗氢气体从重组气出口管2.1.8通过外部连接管2.1.12与重组气进口管2.1.9进行密封连接进入废热回收器2.1.1的第一换热区2.1.1e内，与第一换热盘管2.1.1a内的甲醇水燃料、预热直管2.1.1b内的甲醇空气进行换热后从粗氢出口管2.1.10排出。待第二换热区2.1.1f温度达到200℃时，增大甲醇水的用量至预定值，装置稳定运行后，供燃料电池系统使用。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (9)

1.一种可移动式甲醇重组燃料电池系统，包括集成于同一机柜内的燃料自动调配单元、燃料重组单元、氢气纯化单元、热交换单元，甲烷化反应单元，燃料电池单元及排水回收单元，其中，
燃料自动调配单元，用于自动调配一定浓度的燃料并对其进行储存，并作为重整生产氢气的燃料来源；其中，燃料自动调配单元置于机柜内腔的中部以将燃料重组单元及燃料电池单元隔开设置；
燃料重组单元，包含燃烧重组器及加热装置，用于燃料重整反应制得氢气；所述的燃烧重组器包括相互连接的废热回收器和燃烧重组反应器，所述废热回收器内还设有中间隔板，该中间隔板将废热回收器内部隔成第一换热区和第二换热区，所述燃烧重组反应器包括由内到外依次套置的第三换热盘管、催化燃烧腔、重组反应内腔、重组反应外腔和燃烧烟气腔，所述第三换热盘管与重组反应内腔相连通，所述重组反应内腔与重组反应外腔相连通，所述第一换热区通过外部连接管与重组反应外腔连通以使得重组粗氢在第一换热区内提供给甲醇水燃料、甲醇空气一级预热；所述催化燃烧腔与燃烧烟气腔相连通，所述第二换热区通过外部连接管与燃烧烟气腔连通以使得燃烧尾气在第二换热区提供给甲醇水燃料、甲醇空气二级预热，采用甲醇催化燃烧方式进行供热来启动装置，到达稳定运行工况时间非常迅速，实现可移动发电；
氢气纯化单元，包含冷凝器、第一气水分离器及变压吸附装置；
热交换单元，采用第一热交换器用于对重组反应后的粗氢气体进行降温输出，并用于对变压吸附装置输出的纯氢通过第一热交换器且利用粗氢气体降温散出的热量进行预升温；
甲烷化反应单元，采用甲烷化反应器用于供升温后的纯氢通过并将其中的一氧化碳转化为甲烷，输出一氧化碳含量＜0.1PPM的高纯氢；
燃料电池单元，包括燃料电池、第二气水分离器、二次电池，所述燃料电池用于高纯氢与氧气发生电化学反应产生电能；
排水回收单元，用于将重组反应中过量的水蒸汽冷凝后进入第一气水分离器分离的水以及燃料电池发电产生的水经过第二汽水分离器分离的水收集起来，然后经水净化后供给燃料自动调配单元的纯水配重。
2.根据权利要求1所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：所述的燃料自动调配单元包括调配桶、储存桶及混合泵，且所述的储存桶与所述的调配桶相连通；所述混合泵用于实现在预调配的过程中将甲醇水在甲醇水调配桶内往复抽取以实现甲醇水在甲醇水调配桶中的充分混合。
3.根据权利要求2所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：所述的调配桶的正下方设有按顺序分别称取甲醇与上述排水回收单元纯化后的水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元。
4.根据权利要求1所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：所述的热交换单元还包括有第二热交换器，所述的甲烷化反应器输出的高纯氢通过第二热交换器进行降温，且甲醇水进入重组反应器先通过第二热交换器并利用高纯氢降温散出的热量进行预升温。
5.根据权利要求1所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：所述的甲烷化反应器设于所述的燃料重组单元的周边置于高温工作区。
6.根据权利要求1所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：所述的排水回收单元包括回收桶和净水装置，所述的回收桶内腔的一侧靠近侧壁的位置处设有将内腔分隔为回收腔和排水腔的立式隔板，且所述的回收腔和排水腔的上端相连通以用于回收水过多时溢流至排水腔，所述的排水腔的下端设有用于将多余的水排出的排水管。
7.根据权利要求6所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：所述的回收桶上还设有保持桶内与外界大气流通的空气滤芯，所述的回收桶内腔设有液位传感器以用于水量不足时报警。
8.根据权利要求6所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：所述的回收桶的回收腔内的水通过纯水泵打入净水装置净化后供给燃料自动调配单元。
9.根据权利要求1所述的可移动式甲醇重组燃料电池系统，其特征在于：它还包括有废气处理单元，用于将燃料重组单元中加热装置产生的废气以及电池堆排放出来的少量氢气进行催化净化处理。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109980243B (zh) * 2019-04-30 2023-11-10 肇庆学院 一种液体燃料电池工作系统及控制方法
CN110416572A (zh) * 2019-07-26 2019-11-05 北京青木子科技发展有限公司 一种利用燃料电池余热加热甲酸反应器的加热系统及方法
CN111916804A (zh) * 2020-07-28 2020-11-10 上海元城汽车技术有限公司 甲醇重整燃料电池甲醇水混合液生成系统和方法
CN113299961A (zh) * 2021-05-20 2021-08-24 上海申风投资管理有限公司 一种装有燃料电池电堆和系统的机柜

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1301407A (zh) * 1998-05-20 2001-06-27 大众汽车有限公司 燃料电池系统和利用一种燃料电池系统发电的方法
CN101222975A (zh) * 2005-06-28 2008-07-16 赫多特普索化工设备公司 紧凑型重整反应器
CN105655612A (zh) * 2014-12-05 2016-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统及制氢方法
CN205335342U (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 苏州氢洁电源科技有限公司 甲醇浓度自动补偿装置
CN105977510A (zh) * 2016-07-07 2016-09-28 苏州氢洁电源科技有限公司 一种车载甲醇水自动混配系统
CN107359361A (zh) * 2017-08-24 2017-11-17 中海石油气电集团有限责任公司 一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置及方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002056403A1 (fr) * 2001-01-12 2002-07-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Dispositif de production de puissance par pile a combustible a electrolyte haut polymere solide
US20100055518A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Idatech, Llc Hydrogen-producing assemblies, fuel cell systems including the same, methods of producing hydrogen gas, and methods of powering an energy-consuming device
DE102011101616A1 (de) * 2011-05-14 2012-11-15 Howaldtswerke-Deutsche Werft Gmbh Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1301407A (zh) * 1998-05-20 2001-06-27 大众汽车有限公司 燃料电池系统和利用一种燃料电池系统发电的方法
CN101222975A (zh) * 2005-06-28 2008-07-16 赫多特普索化工设备公司 紧凑型重整反应器
CN105655612A (zh) * 2014-12-05 2016-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种封闭式甲醇水蒸汽重整燃料电池氢源系统及制氢方法
CN205335342U (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 苏州氢洁电源科技有限公司 甲醇浓度自动补偿装置
CN105977510A (zh) * 2016-07-07 2016-09-28 苏州氢洁电源科技有限公司 一种车载甲醇水自动混配系统
CN107359361A (zh) * 2017-08-24 2017-11-17 中海石油气电集团有限责任公司 一种天然气制氢及与质子交换膜燃料电池集成热电冷三联供的撬装式集成装置及方法

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