CN203691286U - 一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统，所述系统包括制氢装置，氢气净化除杂装置、氢氧燃料电池发电装置和压力发电装置，制氢装置用以通过产氢的厌氧微生物分解生物质来产生氢气，氢气净化除杂装置用以分离氢气中的二氧化碳，对氢气进行除杂干燥，并将分离出来的二氧化碳收集用作其他用途，氢氧燃料电池发电装置用以将氢气的化学能转化为电能，压力发电装置利用制氢装置中发酵罐的压强变化，将由于压强变化推动活塞运动产生的机械最终到电能的转化。本实用新型实现了压力发电和氢氧燃料电池持续发电，两种方式所发电能可以单独输出或者合并输出，能将发电过程中二氧化碳收集，具有节能减排的特点。

Description

一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统

技术领域

本实用新型属于新能源发电技术领域，具体涉及一种基于暗发酵产氢过程的压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统。

背景技术

氢气作为能源使用具有环保、高效的特点，氢气的主要利用方式是制成氢氧燃料电池，但是氢氧燃料电池存在的不足之处是：一旦氢气用完就需要更换新的氢气源，这样不利于氢氧燃料电池进行持续发电。

获得氢气可以通过生物制氢、电解水等方法。暗发酵产氢是常用生物制氢方法之一，暗发酵产氢的基本原理是在发酵罐中利用厌氧微生物对有机原料进行发酵作用来产生氢气。通过暗发酵产氢可以持续不断地产生氢气，而且暗发酵产氢的主要原料极为低廉，可以是各种农产品加工废弃物、农产品和果蔬的腐坏物或者牛奶加工厂、豆腐加工厂的废水。

现有的暗发酵产氢装置和氢氧燃料电池装置通常是两个独立的系统，但是，如果将暗发酵制氢系统与氢氧燃料电池组合成一个系统，也就是将暗发酵产生的氢气经除杂净化后作为氢氧燃料电池的氢气源，则氢氧燃料电池可以实现持续发电。同时，在暗发酵制氢这个过程中厌氧微生物会不断消耗有机物并产生氢气和二氧化碳的混合气体，在气体不排出去的情况下，发酵管内气压会逐渐增大，当气体顺利排出后，发酵罐内的气压又减小，可以考虑对发酵罐内的气压变化过程进行有效利用，利用气体的压力变化来发电。另外利用暗发酵制氢时产生的二氧化碳一般都被直接排出，而工业中如制糖等行业都需要用到二氧化碳作为原料，因此可以考虑将氢气中的二氧化碳分离出来进行收集再利用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了给氢氧燃料电池发电提供持续不断的氢气源，同时充分利用发酵罐中的气压变化，并实现对副产品二氧化碳收集利用，提供了一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统。该发电系统实现了氢氧燃料电池持续发电和利用发酵罐内气压变化的进行压力发电这两种发电方式同步使用，同时氢气净化过程中分离出来的二氧化碳可以收集用于其他用途。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统，所述发电系统包括：制氢装置、氢气净化除杂装置，氢氧燃料电池发电装置、压力发电装置，制氢装置的导气口通过导气管与氢气净化除杂装置连接，使制氢装置产生的氢气进入到氢气净化除杂装置中，氢气净化除杂装置的导气口通过导气管与氢氧燃料电池发电装置连接，使经过净化和除杂以后的氢气进入到氢氧燃料电池发电装置中。制氢装置与压力发电装置通过制氢装置中的活塞相连接，活塞随制氢装置中气体压强变化而产生的机械能经过压力发电装置后转化为电能。

所述的制氢装置利用暗发酵方式制氢，主体是发酵罐，发酵罐用以培育糖丁酸梭菌分解有机物产生氢气。发酵罐顶部装有活塞，发酵罐内的气体压强变化会推动活塞上下移动。同时发酵罐有气体导气口，可以周期性的开闭，当气体导出口打开时可将产生的氢气与二氧化碳混合气体导出到氢气净化除杂装置。

所述的氢气净化除杂装置包括二氧化碳吸收装置和氢气净化装置。二氧化碳吸收装置利用醇胺法塔式结构吸收并分离出氢气中二氧化碳，二氧化碳吸收装置包含二氧化碳收集器，用于收集和储存分离出来的二氧化碳。所述的氢气净化装置通过管道与二氧化碳吸收装置中的吸收塔相连接，通过导气口与氢氧燃料电池发电装置相连接。氢气净化装置内部分层填充着二氧化碳吸附剂、二氧化硫吸收剂、干燥剂等试剂，可以对氢气中残余气体除杂和干燥。

所述的氢氧燃料电池发电装置包括氢气缓冲罐和氢氧原电池。氢气缓冲罐用以收集经过氢气净化除杂装置净化后的氢气，并为氢氧原电池提供持续平稳的氢气源，氢气存储罐和氢氧原电池通过导气管相连接。

所述的压力发电装置采用液压回路的转化方式，将气体压力推动活塞往复运动产生的机械能转化为液压能，再将液压能通过液压马达带动发电机运转实现发电。

所述的压力发电装置所发电可单独输出或者和氢氧燃料电池发电装置所发电通过导线合并输出。

本实用新型的有益效果是，可以通过暗发酵制氢的方法为氢氧燃料电池提供持续不断的氢气供应，实现了氢氧燃料电池发电的持续与持久工作，并且充分利用发酵罐中压强变化进行压力发电，强化了整个发电系统的发电能力。同时发电系统以腐坏的农产品、有机废水为原料，为处理这些废弃物与废水提供了一种环保的处理方式，同时对于发电系统产生的二氧化碳吸收后再收集，达到了节能减排，充分利用资源的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1是本实用新型的结构总图；

图2是本实用新型的制氢装置结构简图；

图3是本实用新型氢气净化除杂装置结构简图；

图4是本实用新型的氢氧燃料电池装置结构简图；

图5是本实用新型的压力发电装置结构简图。

具体实施方式

如图1所示，为一种一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统的结构总图，所述系统包括：制氢装置1、氢气净化除杂装置2、氢氧燃料电池发电装置3和压力发电装置4。制氢装置1的导气口与氢气净化装置2通过导气管连接，氢气净化除杂装置2的导气口与氢氧燃料电池发电装置3通过导气管连接，制氢装置1顶端的活塞与压力发电装置4相连接。

如图2所示，是本实用新型的制氢装置结构简图。制氢装置1主体为发酵罐5,根据暗发酵制氢方法产生氢气，以烂蔬果瓜菜等有机物为原料，利用糖丁酸梭菌产生氢气和二氧化碳的混合气体。产生的气体积累到一定量时，发酵罐5的导气口8打开，气体通过导气口8沿着导气管道进入到氢气净化除杂装置2中。发酵罐5顶端装有活塞6，活塞6与压力发电装置4的液压杆7相连，这样将发酵罐5内由气体压强变化引起活塞6上下运动产生的机械能传递到压力发电装置4中。

如图3所示，是本实用新型氢气净化除杂装置结构简图。氢气净化装置包含两部分：二氧化碳分离装置和除杂干燥装置10。二氧化碳分离装置采用醇胺法塔式结构吸收和分离出氢气中的二氧化碳，主要由吸收塔9、解析塔12、缓冲罐13、恒流器14、冷凝器15、二氧化碳收集器16构成。

制氢装置1产生的气体通过导气口8进入吸收塔9中，从吸收塔9上部喷淋下来的醇胺溶液与气体作用，带走氢气中的二氧化碳。吸收塔9的底部通过管道与解吸塔12相连，将吸收了二氧化碳的溶液输送到解吸塔12。解吸塔12通过管道与缓冲罐13相连，将经解吸塔加热发生可逆反应得到醇胺溶液输送到缓冲罐13。缓冲罐13通过管道与恒流泵14相连，缓冲罐13为恒流泵14提供稳定的流量，并可通过缓冲罐添加新鲜醇胺溶液。恒流泵14与吸收塔相连，通过管道18将醇胺溶液输进吸收塔9中。解吸塔通过管道19、管道21与冷凝器15相连，冷凝器通过导气管20与二氧化碳收集器16相连，解吸塔12中加热产生的二氧化碳通过冷凝器15再经过导气管20进入到二氧化碳收集器16中，而二氧化碳气体所含的水分通过冷凝器15冷凝后，由管道21流进解吸塔中。由此通过二氧化碳分离装置实现二氧化碳的分离与收集。

吸收塔9通过导气管17与除杂干燥装置10相连，将去除了二氧化的氢气输送至除杂净化装置10中。通过导气口11与氢氧燃料电池发电装置3相连。除杂干燥装置10的容腔内分层装着二氧化碳吸收剂、二氧化硫吸收剂、干燥剂等试剂，用以对氢气除剩余杂质和干燥。

如图4所示，为氢氧燃料电池发电装置结构简图。氢氧燃料电池发电装置3主要由氢气缓冲罐19和氢氧原电池20构成。氢气缓冲罐19和氢氧原电池20通过导气管连接。经过净化后的氢气经由导气口11进入到氢气缓冲罐19中。氢气缓冲罐19可以存储氢气，也可以根据氢氧原电池20中氢气的消耗量将氢气平稳持续地供应到氢氧原电池20中。由氢氧原电池20产生的电能被送到输电系统中或者直接接用电器。

如图5所示，是本实用新型的压力发电装置结构简图。压力发电装置是由液压杆7、液压缸21、增压缸22、液控换向阀23、调速阀24、蓄能器25、液压马达26、油箱27、发电机28构成。各液压零件之间都通过液压油管连接。液压马达26通过联轴器与发电机28连接。压力发电装置4所发电可单独输出，或者通过导线和氢氧燃料电池发电装置3所发电合并输出。

Claims (4)

1.一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统，其特征在于：由制氢装置、氢气净化除杂装置、氢氧燃料电池发电装置和压力发电装置构成，制氢装置的导气口与氢气净化除杂装置通过管道相连接，氢气净化除杂装置的导气口与氢氧燃料电池发电装置通过管道连接，压力发电装置通过制氢装置顶端的活塞相连接。

2.根据权利要求1所述的压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统，其特征在于：所述的制氢装置主体为发酵罐，发酵罐顶部有能随着发酵罐能压强变化而上下运动的活塞。

3.根据权利要求1所述的压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统，其特征在于：所述的氢氧燃料电池发电装置包含氢气缓冲罐，可以收集经过净化除杂后的氢气，同时为氢氧原电池提供稳定的氢气。

4.根据权利要求1所述的压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统，其特征在于：压力发电装置所发电可单独输出或者和氢氧燃料电池发电装置所发电通过导线合并输出。

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