CN114937798A - 一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统 - Google Patents

Abstract

一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统，其包括至少两条向燃料电池部提供氢燃料的供氢路线，分别为直接供氢路线和重整供氢路线。重整供氢路线至少包括被配置为能够储存至少甲醇或天然气的燃料储存部，以及位于相对下游且连通至燃料储存部以在至少接受到上游传递的甲醇或天然气燃料原料时，基于所接受燃料的种类切换催化床结构的重整制氢部，使得如此设置的催化制氢部能够在不改变催化制氢流程的情况下适应于至少甲醇和天然气两种燃料的制氢路线。

Description

一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统。

背景技术

氢燃料电池由于其清洁高效而正在成为目前新能源探索的重要项目之一。但是对于氢气本身来说，其储存条件困难，难以在实际的电能项目中投入使用，而随着重整制氢的工艺方案提出，利用多种其他燃料催化制氢的方式逐渐成为研发重点。

CN107302100A公开了一种基于乙醇重整制氢的氢燃料电池系统及其发电方法。本发明采用乙醇反应器，以乙醇作为氢燃料电池的原料，乙醇发生水蒸气重整反应生成氢气；并经过水气转换反应器的水气转换和一氧化碳选择性氧化反应器的一氧化碳的选择性氧化，将副产物中的全部一氧化碳都反应生成二氧化碳，水蒸气重整反应生成的无CO富氢气体作为燃料，电化学反应释放出电能输出；本发明发电效率高，理想状态下的乙醇重整质子交换膜燃料电池系统在低负载时可以达到60％的发电效率，在峰值功率时可达到30％～35％的效率；在实际的实验测试中，各效率也可达到上述数据的80％～85％；本发明原料环保，污染小，且温室气体排放少。

现有技术虽然对直接氢燃料电池、单一燃料来源的重整制氢燃料电池研究较为广泛，但是对于多燃料来源的重整燃料电池的研究却寥寥无几，这实际上不利于实际燃料电池投入工程，因为在实际使用中，尤其是在持续变更燃料电池使用场景的情况下，燃料的来源以及种类有很多，若电池系统不能适应于多种燃料、不能将其转化为电池原生动力来源、不能使用这些燃料的产物进行发电的话，将会造成很大的使用困扰，对燃料电池的泛用性造成挑战。另外，现有采用除直接氢外的单一燃料或者多种燃料制氢的燃料电池，均存在一个较大的问题在于，利用重整制氢产生富氢气，再将富氢气通入燃料电池进行发电需要较长一段时间进行准备，也就是说此类燃料电池必定存在一段热机时间，针对不定时间的用电需求，其所需产电时间往往是随机的、突然的。以日本较为普及的家庭式热电联用燃料电池为例，该设备被设计为利用家用天然气重整制氢以作为燃料电池的原料。该设备的设计标准是一旦开机之后，在时长大约5年的时间内，燃料电池是持续处于不关机状态的，因为家庭生活场景下，什么时候需要用电、需要用多少电、用电的紧迫性如何，这些需求是相当随机且多样的，为满足家庭用电的紧迫要求，具备热机时间的重整制氢燃料电池显然不能关机，因此被迫选择长时间持续开机发电的模式。而上述使用场景具备的问题同样存在于一些应急发电的场景下，燃料电池使用场景受限。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统，其包括至少两条向燃料电池部提供氢气的供氢路线，分别为直接供氢路线和重整供氢路线，重整供氢路线至少包括被配置为能够储存至少甲醇或天然气的燃料储存部，以及位于相对下游且连通至燃料储存部以在至少接受到上游传递的甲醇或天然气燃料原料时，基于所接受燃料的种类切换催化床结构的重整制氢部，使得如此设置的催化制氢部能够在不改变催化制氢流程的情况下适应于至少甲醇和天然气两种燃料的制氢路线。

优选地，直接供氢路线由氢气储存部起始，其连通至燃料电池部以向后者直接提供氢气，其中，在连通至燃料电池部的管道中，氢气至少经历两次减压。

优选地，减压由第一调压部和第二调压部完成，其中，第一调压部位于氢气储存部的气流下游，第二调压部位于第一调压部的气流下游，两者依次将氢气储存部中的加压氢气减压为第一压力和第二压力。

优选地，在第一调压部连通至第二调压部的管路中连接有被配置为能够切断该段管道流通关系的开关部。

优选地，重整供氢路线由被配置为能够储存燃料的燃料储存部起始，其燃料出口连通至燃料预处理部的入口，燃料预处理部被配置为能够对燃料执行至少一项预处理。

优选地，燃料预处理部出口连通至重整制氢部，重整制氢部被配置为，基于当前接收的燃料种类，切换其催化床结构以适应对应燃料地产生富氢燃料，其中，燃料能够被分为甲醇和天然气。

优选地，重整制氢部出口连通至相对下游的净化部，净化部接收重整制氢部产生的富氢燃料，并且将其进行净化后通过与下游中间储存部的连通传输至后者。

优选地，中间储存部被构造为能够储存富氢燃料，且其至少具备两个出口通路，其中，第一管路连通至直接供氢路线上的开关部与第二调压部之间的管线上，并且第一管路上还设置有能够控制第一管路通断的支路开关阀，第二管路连通至加压部，并且经过加压部连通至供氢路线上的氢气储存部出口与第一调压部之间的管线上。

优选地，中间储存部上设置有能够检测中间储存部内储存氢气的浓度的氢气浓度检测装置，还包括处理部，处理部获取燃料电池的输出需求，并基于输出需求监控氢气浓度检测装置获取的参数，当氢气浓度达到燃料电池输出需求时，控制第一管线上的支路开关阀打开、直接供氢线路上的开关部关闭，使得向燃料电池部的氢气供应全部切换至重整供氢线路。

优选地，燃料电池单元被配置为能够基于不同原料重整产氢而产生的不同含量的富氢燃料或者直接供氢线路提供的纯氢而进行发电工作，在如此条件下，燃料电池能够获取相同的发电效能。

优选地，在燃料电池部阴极和阳极分别排出含有氧气的尾气以及含有氢气的尾气的情况下，燃料电池部至少通过泵将至少一部分阴极和阳极的尾气导入具有气体燃烧反应腔的处于需要预热情况下的燃料预处理部，使得燃料预处理部能够在被阴极含氧尾气与阳极含氢尾气在燃烧反应腔中自发燃烧反应而升温的情况下将燃料储存部中储存的燃料处理为重整制氢部能够使用的状态。

为了充分利用氢能源，将燃料电池部尾气中至少一部分或者全部的剩余未反应氢气用于燃料预处理部的升温或保温，使得燃料预处理部能够尽可能较少地使用外部供能，使得整体电池自持性更高，能够适应于更加严苛的使用环境，尤其是缺乏外部供能的偏远地区。同时上述方案在一定成度上解决了燃料电池尾气处理的问题，一般情况下，针对氢氧燃料电池，其从阴极和阳极排出的尾气中包含仍没有反应的气体，针对阴极的排出尾气，由于其为含氧的空气，可以直接排放到大气当中；但是针对阳极排出的尾气，由于其含有一定浓度的氢气，具备燃烧的风险，并且氢气直接排放到大气会造成较大的浪费，一般是将氢气进行回收，此种情况下，需要在阳极尾气排出位置设置较为复杂的氢气回收结构，至少需要包含加压泵等设备，对于处理含量较大的含氢尾气，能源消耗成本较大。而本方案，其不仅是能够直接利用阳极排出的至少一部分氢气，还能够同时利用阴极排出的一部分含有氧气的空气，将其应用至燃料预处理部的点燃升温，相较于对气体进行回收，仅仅是将尾气转移位置到燃料预处理部并且点燃以产生自发的燃烧反应，本方案相较于现有技术所需要的尾气处理能耗更低，并且同时能够实现内部化学能自循环，有效提升整体电池设备的效能、自持性。

优选地，在燃料电池部输出功率能够大于其所供给电力的外部负载的需求的情况下，重整供氢路线被配置为能够向直接供氢路线的氢气储存部提供由其重整制氢部制备并由净化部处理后的富氢气，以使得氢气储存部中的氢得以补充。

附图说明

图1是本发明提供的系统结构示意图；

图2是本发明提供的重整制氢部的结构示意图；

图3是本发明提供的一种能够适应于较宽泛富氢燃料气体的组成燃料电池部的单个电池组的结构示意图；

图4是本发明提供的一种能够适应于较宽泛富氢燃料气体的燃料电池部的结构示意图；

图中：001、氢气储存部；002、第一调压部；003、开关部；004、第二调压部；005、燃料电池部；006、燃料储存部；007、燃料预处理部；008、重整制氢部；009、净化部；010、中间储存部；011、氢气浓度检测装置；012、第一管路；013、支路开关阀；014、加压部；015、第二管路；016、泵；030、单个电池组；031、阳极板；032、阳极透气层；033、催化剂层；034、质子交换膜；035、阴极透气层；036、阴极板；037、氢气(富氢燃料)输入口；038、氢气(富氢燃料)输出口；039、空气(氧气)输出口；040、空气(氧气)输入口；041、氢气(富氢燃料)流道；042、空气(氧气)流道；043、集流板；044、压板。

具体实施方式

下面结合附图1进行详细说明。

本发明提供一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统，其主体产电单元是基于氢氧电化学反应产生电力，其中，氧气主要来源于压缩空气中的氧气，而针对氢气来源，根据本发明，具备多种氢气提供路线。根据本发明，氢气至少具备两种结构上的提供路线，分别为直接供氢路线和重整供氢路线，其中，重整供氢路线基于重整催化的原料不同具备催化重整设备结构上的改变。基于此，本方案能够为燃料电池提供至少两种来源的氢气，以在当前环境下，最快地将氢气供应给燃料电池使用。

结合图1，说明本系统的结构，按照上述两种供氢路线的方式进行逐一说明。直接供氢路线的起始点为氢气储存部001，其通过至少两极减压的管道连通至燃料电池部005，以对燃料电池部005提供氢气。具体地，氢气储存部001出口连通至第一调压部002入口，第一调压部002出口连通至开关部003的上游端，开关部003的下游端连通至第二调压部004入口，第二调压部004出口连通至燃料电池的入口。

氢气储存部001被构造为能够储存氢气的结构，具体地，基于本方案的选择，氢气储存部001采用高压储存的方案对氢气进行储存。在此方案下，氢气储存部001可以构成为单个高压储氢罐或者多个彼此连通或不连通的高压储氢罐的组合体，由于是高压储存，故储氢罐结构被设置为能够承受高压的结构。进一步地，氢气储存部001还可以包括氢气补充口、保护组件、检测组件和控制组件等。氢气补充口开设在氢气储存部001上，其贯通外部与氢气储存部001内部，并且为防止气体在非期望阶段泄漏，氢气补充开口可以设置有阀门结构。在另一种实施例中，氢气补充口可以直接利用氢气储存部001的氢气输出口代替，即形成一个双功能开口，在氢气储存部001向外提供氢气时，该开口作为氢气输出口工作，在氢气储存部001不向外提供氢气且需要对其内的储存氢气进行补充时，该开口作为氢气补充口使用。保护组件被构造为能够在氢气储存部001达到或者超过安全临界状态时对氢气储存部001执行至少一项保护措施以保证氢气储存部001不会产生安全事故。上述保护措施可以是锁定阀门、强制泄压、灭火降温、惰性气体释放等措施，相应地，保护组件可以构成为阀门、泄压阀门、灭火设备、惰性气弹等设备。检测组件被构造为能够检测氢气储存部001的至少一项参数，在本实施例中，检测参数选择为温度和气压，则检测组件被构成为温度检测器和气压检测器。检测氢气的温度，目的在于对氢气的温度进行监控，防止高温导致氢气膨胀泄漏或者燃烧爆炸等风险。检测氢气的压力，目的在于对氢气的压力进行监控，防止氢气异常高压或者低压，造成氢气泄漏或者爆裂。

第一调压部002被构造为能够将加压的氢气减压为第一压力的减压结构。第二调压部004同样被构造为能够将第一压力减压为第二压力的减压结构。第二压力的氢气能够被燃料电池部005所接受，由此，仅针对直接氢气供氢线路来观察，氢气从高压的氢气储存部001中经过了两极减压，最终进入燃料电池部005。额外地，在第一调压部002连通至第二调压部004的管路中连接有被配置为能够切断该段管道流通关系的开关部003。藉由该开关部003，能够控制直接供氢路线的通断。

重整供氢路线从燃料储存部006开始，经过重整制氢流程，产生氢气，经过提纯的氢气最终被调压至符合燃料电池部005的需求后进入燃料电池部005。具体地，燃料储存部006的燃料输出口连通至燃料预处理部007的入口，经过至少一项预处理后，燃料预处理部007出口连通至重整制氢部008入口。重整制氢部008按照由燃料储存部006输送的经过预处理后的燃料种类进行反应不同的重整制氢流程以获得氢气，并将氢气送入净化部009。净化部009设置在重整制氢部008的下游，用于接受上游部件制取的氢气，并且其被构造为能够对上游输送的氢气进行净化提纯，继而将净化后的氢气经由其自身的出口连接的管道输送至中间储存部010。中间储存部010设置在净化部009的下游，并且其为了能够储存一定量的氢气而构成为容器结构。优选地，中间储存部010上设置有氢气浓度检测装置011，后者能够实时检测中间储存部010中的氢气浓度。中间储存部010出口划分为两路，可以分别称为第一管路012和第二管路015，其中，第一管路012连通至直接供氢路线上的开关部003与第二调压部004之间的管线上，并且第一管路012上还设置有能够控制第一管路012通断的支路开关阀013；第二管路015连通至加压部014，并且经过加压部014连通至供氢路线上的氢气储存部001出口与第一调压部002之间的管线上。

设备启动阶段：在氢气储存部001内存在剩余氢气的情况下，控制与氢气储存部连通的开关部打开，以将存氢快速通入燃料电池部005，以使得燃料电池部005能够以最快的速度启动并产生电力。在设备启动阶段，直接使用储存的氢气为燃料电池供电是速度最快的，尤其是涉及到一些较为紧急的使用情况，例如本电池作为备用应急电源的情况时，在被需要时，要求能够立即发电，燃料电池单元本身的产电响应性较高，即在给足燃料的情况下，能够快速达到反应条件并产生电力。则影响整体电池的产电瞬态性的因素主要是燃料的来源，氢氧燃料电池其中一个燃料氧气能够快速的从环境中的空气中获取，但是氢气由于不是空气中的主要气体而比较难以获取。因此针对启动阶段，选择采用直接储氢供氢路线，使得燃料电池对用电需求的动态响应性提升，能够满足应急使用需要。

在开关部003打开以使得储存在氢气储存部001中的氢气进入燃料电池部005以产生电力的情况下，开通重整制氢流程，经过预热阶段后，判断重整制氢流程能够满足燃料电池部005需求之情况下，控制开关部003关闭并开启支路开关阀013，从而使得重整制氢流程产生的富氢燃料能够替代储氢供应燃料电池部005。本方案中，在使用直接储氢来满足燃料电池瞬态性响应的同时，引入了重整制氢方案，重整制氢流程相较于直接使用储存氢气来说具备更好的经济性以及持续性，首先，重整制氢的原理是采用一些含有氢元素的燃料，利用重整反应制取氢气，例如本发明中选择的甲醇和天然气燃料，而这些燃料均比氢气更易储存，储存安全性也更高；其次，重整制氢能够在相同的原料储存体积下产生更多的氢气，这为燃料电池可持续性使用提供了保证。

设备运行阶段：当整体设备完成上述启动阶段流程后，进入了以重整制氢流程的供氢状态，重整制氢流程还被设置为，能够以超出燃料电池部005需求的方式过量产生富氢气以将其按照加压返送入氢气储存部。加压返送的方式为，中间储存部010被用于暂存重整制氢流程产生的富氢气，并且由其连出一条第一管路012进入燃料电池部005以提供富氢气，当中间储存部内存有的气体量大于燃料电池部005的需求量时，中间储存部010内压升高以驱动多余的富氢气进入第二管路015，并通过加压部进行压缩，以使得该部分富氢气压力与氢气储存部001中的气压相当或者超出，最终使得该部分多余富氢气被存入氢气储存部001。由上述，本方案实现了自发地选择氢气补充时机下的氢气补充效果，其中，自发选择氢气补充时机是由中间储存部实现的，其利用了燃料电池部005需求气压与重整制氢流程的输出气压的差值而自发形成向第二管路015输送多余富氢气的动力，同时基于向第二管路015输送富氢气的同时，燃料电池部005需求气压与重整制氢流程的输出气压的压差变换，不会使得燃料电池部005得不到足够的氢气原料。

设备停机阶段：当整体设备需要停机时，在先行停止燃料电池部005的情况下，检查氢气储存部001是否存在足量氢气，若氢气不足，维持重整制氢流程持续工作，将支路开关阀013关闭的以使得重整制氢获得全部富氢气送入氢气储存部。当氢气储存部中的氢气含量满足需求之后，再关闭重整制氢流程中的所有部件。在设备停机之后，可以根据燃料储存部006燃料的剩余储量以及预计需求补充燃料。上述方案优势在于，本设备在一些情况下，仅需要依靠一次直接氢气供给，就能够实现长时间的随机时刻立即供电的功能，在一些没有办法补充氢气的使用环境下，本装置中的重整制氢路线能够作为直接供氢路线的反哺，其产生的富氢气能够被储存在氢气储存部001中，以使得在设备处于关机状态同时需要紧急快速用电时，即便原本的储氢已经用完且没有办法补充，本装置也能够利用预制备且预存的富氢气实现电量的及时供应。仍然以日本普及的家庭热电联用燃料电池为例，现有技术中，当用电负载出现低需求甚至无需求的情况时，为保持燃料电池不停机运转，其会持续产生不会被负载利用的多余电量，该日本设备处理这些多余电量的方式是将多余电量接入社会电网，同时相关电力负责机构以一定收购标准回购这些多余电量。但是上述方案在没有或者无法与社会电网达成接入协议的使用环境下较难展开，更为常规的做法是额外设置大量的蓄电池来将这些剩余电量进行储存回收，但是这无疑是大量增加了设备的场地、购入、管理成本，尤其是针对家庭以及偏远地区的使用环境，这是非常难以接受的。而本方案不同之处在于，首先本方案采用直接氢气供给路线与重整制氢供给路线相结合的方案，使得本设备完全可以在低用电需求或者无用电需求时关机，使得设备的整体寿命得以提升，同时可以减少或排除为极限沿长持续使用寿命而做出的设计以及相关成本，还能够在突发性用电需求时，越过重整制氢所需要的热机时间，直接利用直接供氢路线达成快速供电的需求；另一方面，针对低需求或者无需求的供电环境下，本方案能够实现将燃料中的能量以并非转化为不易储存且价值较低常规理解下非实体的电能而是转化为相对可以储存且价值较高的实体氢气，以使得无论用户选择将剩余能量以价值较高的氢气方式售出，还是将富氢气用于即时启动燃料电池，都相对能够获得更大的收益，同时还能够减少用户为配置电力储存或者额外消耗设备所付出的成本。

上述重整制氢流程为从燃料储存部到燃料预处理部到重整制氢部到净化部再到中间储存部的所有部件联合形成的工艺流程，其与重整制氢线路大致属于同一概念。

上述重整供氢线路能够利用除了直接氢气之外的数种燃料以重整制氢的工艺产生能够用于氢氧燃料电池的氢气，在重整供氢线路的产氢量达到燃料电池部005的需求之后，可以控制直接供氢线路切断，而燃料电池部005将全部使用重整供氢线路产生的氢气来做反应原料。相较于不便于储存且具有较大安全风险的氢气，其余能够重整制氢的燃料，例如甲醇和天然气，其相对储存更加方便、难度较低、危险性较低，并且相对更加方便补充，具备更好的环境适配性，因此在条件允许的情况下(即在非紧急使用的情况下)，采用重整供氢线路更加符合安全使用、高效使用的标准。

上述根据燃料电池部005的需求和现阶段重整供氢线路的氢气产量来切换向燃料电池供氢的线路的方案可以由如下步骤实现：

系统包括处理部，处理部获取燃料电池的输出需求，并基于化学能转电能关系算式计算出燃料电池为满足当前输出需求所需要的氢气量/氢气压力/氢气流量参数，基于其中的氢气压力参数，设置在中间储存部010上的氢气浓度检测装置011将实时检测数据发送至处理部，以使得处理部能够获取重整供氢路线的实时氢气浓度量，当氢气浓度量达到燃料电池输出需求所需要的氢气压力参数时，控制第一管线上的支路开关阀013打开、直接供氢线路上的开关部003关闭，使得向燃料电池部005的氢气供应全部切换至重整供氢线路。

根据本发明，重整制氢部008能够根据不同的燃料来源选择不同的催化结构来实现稳定的重整制氢。本方案中，基于对不同燃料的重整制氢路线的异同以及对催化结构通用性的、可改造性的考量，将本方案能够使用的燃料选择为甲醇和天然气。

根据一种优选实施例，提供能够基于催化对象而变更的催化床结构，其大致构成为抽拉式结构，并且其至少具备两个侧面以及穿过该两个侧面的通道。通道的至少一端被用于通用于进入重整制氢反应的原料，在本实施例中，例如是燃料气体与水的混合气体，进一步地，燃料气体可以是天然气或者甲醇气。通道的另一端被用于排出重整制氢的产物，即氢气，在此，产物通常不是纯氢气体，而是含有一定氢气占比的富氢气体。在两个侧面的与上述进入反应原料的一端和/或在通道内和/或在两侧面上设置有催化材料。可理解地，催化材料通常是采用一定手段固定在催化床上的，例如化学沉积的手段，并且针对不同的反应原料，催化物的种类通常不一致，因此本方案采用的可变更催化床结构能够针对不同的原料气体而做出快速变换。

本方案设置的重整制氢部008，如图2所示，针对不同种类的气态燃料的重整制氢相同点，设置了能够快速替换的结构。例如本方案中，至少针对天然气和甲醇气体两种原料给出催化床。以蒸汽法制氢为例，都有相同性质的前处理过程(例如蒸汽与燃料掺混)，上述步骤在燃料预处理部内完成。重整制氢部008的催化床设计具备相似性，差别在于催化剂0082不同，本发明设计催化剂介入单元0081，能够在不改变重整制氢部的其余部分的情况下，仅通过更换催化剂介入单元0081以实现更换催化剂0082种类。进一步地，本方案中的催化剂介入单元0081被配置为网孔状抽屉式抽拉结构，还可以包括但不限于网孔提篮式结构，其中承装选配不同尺寸的颗粒状催化剂0082，构成便于气体流通多孔流道。这种抽屉式或提篮式结构能够从重整制氢部中快速抽提出并被更换。需要说明的是，可快速替换结构本身可以被设置为多种多样的结构，上述抽屉式结构仅仅为一种可行的示例，本方案的关键在于，在选择重整制氢路线的情况下，基于燃料预处理过程中的异同点，将其中的相同部分固化为通用结构(例如泵入泵出设备、阀门等)或者条件参数(例如流量等)，同时将其中差异部分设置为能够快速替换的替换结构以及能够快速改变的可调参数，例如替换结构可以包括针对不同原料燃料而改变的催化剂或者催化床结构，可调参数可以包括针对不同原料燃料重整制氢时的不同温度条件。

根据本发明，不同燃料重整制氢产生的产物中含氢量是不同的，在750-100％范围内可选定制。此类产物称为富氢燃料。基于本发明，若采用重整供氢路线，则进入燃料电池部005的原料即为富氢燃料，而为适应于不同占比的富氢燃料，本方案对燃料电池部005的宽容度也做出了特别设计。

实际上广泛应用的使用氢气和空气(含氧)的燃料电池发电设备中，空气中的氧含量常常都小于等于21％，对此燃料电池的阴极流场设计可以充分容纳低含量的空气流体，同理可以轻松设计阳极流场接受不同浓度的(50％～100％范围的含氢量)富氢燃料流体。

燃料电池部005具有排出口，其排出反应后产生的废弃物，例如反应产生的水分和多余的空气或者氢气。优选地，燃料预处理部007连通一个管路至该燃料电池部005排出管路，并且在该管路上设置有泵。

本方案中，排出管路上设置有泵016，其被配置为能够将排出管路中排出的含有氢气的尾气导入燃料预处理部007，以使得尾气能够在燃料预处理部007内的可以是燃烧反应腔的结构内被燃烧以将其内部加温。燃料预处理部007需要一定的温度来对燃料进行预处理，例如需要将常温为液态的甲醇气化为气体状态。而本方案中，为了充分利用氢能源，将燃料电池部005尾气中至少一部分或者全部的剩余未反应氢气用于燃料预处理部007的升温或保温，使得燃料预处理部007能够尽可能较少地使用外部供能，使得整体电池自持性更高，能够适应于更加严苛的使用环境，尤其是缺乏外部供能的偏远地区。同时上述方案在一定成度上解决了燃料电池尾气处理的问题，一般情况下，针对氢氧燃料电池，其从阴极和阳极排出的尾气中包含仍没有反应的气体，针对阴极的排出尾气，由于其为含氧的空气，可以直接排放到大气当中；但是针对阳极排出的尾气，由于其含有一定浓度的氢气，具备燃烧的风险，并且氢气直接排放到大气会造成较大的浪费，一般是将氢气进行回收，此种情况下，需要在阳极尾气排出位置设置较为复杂的氢气回收结构，至少需要包含加压泵等设备，对于处理含量较大的含氢尾气，能源消耗成本较大。而本方案，其不仅是能够直接利用阳极排出的至少一部分氢气，还能够同时利用阴极排出的一部分含有氧气的空气，将其应用至燃料预处理部的点燃升温，相较于对气体进行回收，仅仅是将尾气转移位置到燃料预处理部并且点燃以产生自发的燃烧反应，本方案相较于现有技术所需要的尾气处理能耗更低，并且同时能够实现内部化学能自循环，有效提升整体电池设备的效能、自持性。

燃料电池部005被配置为能够基于不同原料重整产氢而产生的不同含量(比如50％～100％氢含量)的富氢燃料或者直接供氢线路提供的纯氢而进行发电工作，在如此条件下，燃料电池能够获取相同的发电效能。

如图3和4，优选地，提供一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统，其包括至少一个燃料电池部005和至少两条向燃料电池部005提供氢燃料的供氢路线，分别为直接供氢路线和重整供氢路线，燃料电池部005包含至少一组单个电池组030，其由阳极板031和阴极板036，阳极透气层032和阴极透气层035以及催化层033和质子交换膜034构成，而且两端装有集流板043和压板044构成的燃料电池部005，重整供氢路线至少包括被配置为能够储存至少甲醇或天然气的燃料储存部006，以及位于相对下游且连通至燃料储存部006以在至少接受到上游传递的甲醇或天然气燃料原料时，基于所接受燃料的种类切换催化剂介入单元0081结构的重整制氢部008，使得如此设置的催化制氢部能够在不改变催化制氢流程的情况下至少适应于甲醇和天然气两种燃料的制氢路线。

燃料电池部005由若干个单个电池组030串联或并联经两端压板044压紧构成，并由两端集流板043分别紧贴两端电池组，连接外路用电器构成总体电回路对外输出电流。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统，其包括至少两条向燃料电池部(005)提供氢燃料的供氢路线，分别为直接供氢路线和重整供氢路线，

其特征在于，

所述重整供氢路线至少包括被配置为能够储存至少甲醇或天然气的燃料储存部(006)，以及位于相对下游且连通至所述燃料储存部(006)以在至少接受到上游传递的甲醇或天然气燃料原料时，基于所接受燃料的种类切换催化剂介入单元(0081)结构的重整制氢部(008)，使得如此设置的催化制氢部能够在不改变催化制氢流程的情况下至少适应于甲醇和天然气两种燃料的制氢路线。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直接供氢路线由氢气储存部(001)起始，其连通至燃料电池部(005)以向后者直接提供氢气，其中，在连通至所述燃料电池部(005)的管道中，氢气至少经历两次减压，

所述减压由第一调压部(002)和第二调压部(004)完成，其中，所述第一调压部(002)位于所述氢气储存部(001)的气流下游，所述第二调压部(004)位于所述第一调压部(002)的气流下游，两者依次将所述氢气储存部(001)中的加压氢气减压为第一压力和第二压力，在所述第一调压部(002)连通至所述第二调压部(004)的管路中连接有被配置为能够切断该段管道流通关系的开关部(003)。

3.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述重整供氢路线由被配置为能够储存燃料的燃料储存部(006)起始，其燃料出口连通至燃料预处理部(007)的入口，所述燃料预处理部(007)被配置为能够对燃料执行至少一项预处理。

4.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述燃料预处理部(007)出口连通至重整制氢部(008)，所述重整制氢部(008)被配置为，基于当前接收的燃料种类，切换其催化床结构以适应对应燃料地产生富氢燃料，其中，所述燃料能够被分为甲醇和天然气。

5.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述重整制氢部(008)出口连通至相对下游的净化部(009)，所述净化部(009)接收所述重整制氢部(008)产生的富氢燃料，并且将其进行净化后通过与下游中间储存部(010)的连通传输至后者。

6.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述中间储存部(010)被构造为能够储存富氢燃料，且其至少具备两个出口通路，其中，

第一管路(012)连通至所述直接供氢路线上的所述开关部(003)与所述第二调压部(004)之间的管线上，并且所述第一管路(012)上还设置有能够控制所述第一管路(012)通断的支路开关阀(013)，

第二管路(015)连通至加压部(014)，并且经过所述加压部(014)连通至供氢路线上的所述氢气储存部(001)出口与所述第一调压部(002)之间的管线上。

7.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述中间储存部(010)上设置有能够检测所述中间储存部(010)内储存富氢燃料的浓度的氢气浓度检测装置(011)，还包括处理部，所述处理部获取燃料电池的输出需求，并基于所述输出需求监控所述氢气浓度检测装置(011)获取的参数，当氢气浓度和压力达到所述燃料电池输出需求时，控制所述第一管线上的所述支路开关阀(013)打开、直接供氢线路上的所述开关部(003)关闭，使得向所述燃料电池部(005)的氢气供应全部切换至重整供氢线路。

8.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述重整供氢路线被配置为能够根据需要向所述直接供氢路线的所述氢气储存部(001)提供由其重整制氢部(008)制备并由净化部(009)处理后的富氢燃料，以使得所述氢气储存部(001)得以补充。

9.一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统，其包括至少一个燃料电池部(005)和至少两条向燃料电池部(005)提供氢燃料的供氢路线，分别为直接供氢路线和重整供氢路线，

其特征在于，

所述燃料电池部(005)包含至少一组电池(030)，其(030)由阳极板(031)和阴极板(036)，阳极透气层(032)和阴极透气层(035)以及催化层(033)和质子交换膜(034)构成，而且两端装有集流板(043)和压板(044)构成的电池堆(005)，

所述重整供氢路线至少包括被配置为能够储存至少甲醇或天然气的燃料储存部(006)，以及位于相对下游且连通至所述燃料储存部(006)以在至少接受到上游传递的甲醇或天然气燃料原料时，基于所接受燃料的种类切换催化剂介入单元(0081)结构的重整制氢部(008)，使得如此设置的催化制氢部能够在不改变催化制氢流程的情况下至少适应于甲醇和天然气两种燃料的制氢路线。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述燃料电池部(005)由若干个电池组(030)串联或并联经两端压板(044)压紧构成，并由两端集流板(043)分别紧贴两端电池组，连接外路用电器构成总体电回路对外输出电流。

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