CN204927425U - 甲醇水蒸气制氢发电系统及其燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种甲醇水蒸气制氢发电系统及其燃料电池系统，燃料电池系统包括气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，将所需气体输送至电堆中。所述压缩气体输送至一混合容器后进入电堆，混合容器的一端连接空气；压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，调节氧气含量。本实用新型提出的甲醇水蒸气制氢发电系统及其燃料电池系统，利用压缩氧气作为输送动力，代替现有的输送泵，无需能源带动气体输送，从而降低能源，提高发电量及发电效率。此外，本实用新型可以利用发电系统发出的直流电，通过电磁加热的方式直接为制氢设备加热，无需电能转换，发电速度快。

Description

甲醇水蒸气制氢发电系统及其燃料电池系统

技术领域

本实用新型属于氢气发电技术领域，涉及一种氢气发电系统，尤其涉及一种甲醇水蒸气制氢发电系统；同时，本实用新型还涉及一种可用于甲醇水蒸气制氢发电系统的燃料电池系统。

背景技术

在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。

氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。

在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。泥土里约有1.5％的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70％为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。

氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了110公里。

用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机作多大的改进。

氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。

另外，使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。

现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法。而用甲醇、水重整制氢可减少化工生产中的能耗和降低成本，有望替代被称为“电老虎”的“电解水制氢”的工艺，利用先进的甲醇蒸气重整──变压吸附技术制取纯氢和富含CO₂的混合气体，经过进一步的后处理，可同时得到氢气和二氧化碳气。

甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：

CH₃OH→CO+2H₂(1)

H₂O+CO→CO₂+H₂(2)

CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂(3)

重整反应生成的H₂和CO₂，再经过钯膜分离将H₂和CO₂分离，得到高纯氢气。变压吸附法的耗能高、设备大，且不适合小规模的氢气制备。

现有的氢气发电系统，通常是利用已经制备好的氢气发电，即制备氢气与氢气发电是分离的。首先利用制氢设备制备氢气，将氢气放置于氢气缓冲罐中，而后通过氢气缓冲罐中的氢气发电。氢气缓冲罐的体积较为庞大，不便携带，移动性较差，从而制约了氢气制备及发电设备的便携性。

为了提高制氢设备的便携性，本申请人于2013年提出了移动制氢系统，体积小，便于携带。移动制氢系统采用氢气或制氢后的尾气燃烧为重整室、分离室提供能源，效率低。

此外，现有氢燃料电池需要利用泵体输送反应气体氧气，泵体需要电力能源，浪费资源，降低了发电效率。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的氢气发电系统，以便克服现有氢气发电系统的上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种甲醇水蒸气制氢发电系统，可降低能源消耗，提高发电量及发电效率。

此外，本实用新型还提供一种燃料电池系统，可降低能源消耗，提高发电量及发电效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种甲醇水蒸气制氢发电系统，所述系统包括：固态氢气储存容器、快速启动装置、液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、膜分离装置、氢气发电装置；

所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部；

所述固态氢气储存容器、液体储存容器分别与制氢设备连接；液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；

通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置为制氢设备提供启动能源；

所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气为氢气发电装置发电，作为制氢设备的启动电源；

所述快速启动装置包括第一启动装置、第二启动装置；所述第一启动装置包括第一加热机构、第一气化管路，第一气化管路的内径为1～2mm，第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上；所述第一气化管路的一端连接液体储存容器，通过原料输送装置将甲醇送入第一气化管路中；第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇；所述第二启动装置包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂；

所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热；

所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度；

所述分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；所述制氢设备制得的氢气输送至膜分离装置进行分离；所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中；

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路；所述压缩的气体主要为氧气；空气与氧气在混合容器混合后进入电堆；

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器。

一种甲醇水蒸气制氢发电系统，所述系统包括：液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、氢气发电装置；

所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室、分离室；所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂；所述分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中。

作为本实用新型的一种优选方案，所述压缩气体输送至一混合容器后进入电堆，混合容器的一端连接自然空气。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池系统还包括空气进气管路、反应后气体出气管路；所述压缩的气体主要为氧气或为空气；自然空气与压缩气体在混合容器混合后进入电堆。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合气体中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩气体的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置与氧气含量传感器、压缩气体压缩比传感器连接，控制压缩气体、自然空气的输送比例；

所述压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，利用自然空气做稀释减压。

一种燃料电池系统，所述系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，将所需气体输送至电堆中。

作为本实用新型的一种优选方案，所述压缩气体输送至一混合容器后进入电堆，混合容器的一端连接自然空气；压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池系统还包括空气进气管路、反应后气体出气管路；所述压缩的气体主要为氧气或为空气；自然空气与压缩气体在混合容器混合后进入电堆。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器；

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合气体中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩气体的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置与氧气含量传感器、压缩气体压缩比传感器连接，控制压缩气体、自然空气的输送比例；

所述压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，利用自然空气做稀释减压。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的甲醇水蒸气制氢发电系统及其燃料电池系统，利用压缩氧气作为输送动力，代替现有的输送泵，无需能源带动气体输送，从而降低能源，提高发电量及发电效率。

此外，本实用新型可以利用发电系统发出的直流电，通过电磁加热的方式直接为制氢设备加热，无需电能转换，发电速度快。

附图说明

图1为本实用新型甲醇水蒸气制氢发电系统的组成示意图。

图2为收集利用子系统的工作示意图。

图3为本实用新型气压调节子系统的组成示意图。

图4为甲醇制氢装置的组成示意图。

图5为第一启动装置的组成示意图。

图6为本实用新型燃料电池系统的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本实用新型揭示了一种甲醇水蒸气制氢发电系统，所述系统包括：甲醇制氢装置100、氢气发电装置200；甲醇制氢装置100包括固态氢气储存容器、快速启动装置、液体储存容器10、原料输送装置50、制氢设备20、电磁加热装置30。

所述制氢设备20包括换热器、气化室、重整室、膜分离装置；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部(也可以在其他位置，图中未示出)。

所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热。

所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度。

系统启动时，通过快速启动装置制备氢气，将制备得到的氢气输送至氢气发电装置发电；而后将发出的电能启动制氢设备；

所述制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块；所述电能估算模块用以估算氢气发电装置实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能；如果满足，则关闭快速启动装置；

氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定；若制氢设备制备的氢气不稳定，则控制快速启动装置再次启动，并将得到的电能部分存储于电能存储模块，当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用。

所述固态氢气储存容器、液体储存容器10分别与制氢设备20连接；液体储存容器10中储存有液态的甲醇和水。

通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置或/和为制氢设备提供启动能源。

当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气为氢气发电装置发电，作为制氢设备的启动电源。

所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气储存容器中的固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢设备20提供启动热能，作为制氢设备20的启动能源。当然，固态氢气储存容器80不是本实用新型的必要设备，可以通过其他能源启动制氢设备20。

请参阅图4、图5，所述快速启动装置也可以为制氢设备提供启动能源；所述快速启动装置包括第一启动装置40、第二启动装置60。

所述第一启动装置40包括壳体41、第一加热机构42、第一气化管路43，第一气化管路43的内径为1～2mm，第一气化管路43紧密地缠绕于第一加热机构42上；第一加热机构42可以为电加热棒，利用交流电或蓄电池、干电池即可。

所述第一气化管路43的一端连接液体储存容器10，甲醇被送入第一气化管路43中；第一气化管路43的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路43的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路43输出后直接自燃。

所述第二启动装置60包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第二气化管路为重整室加热(还可以为制氢系统其他单元加热)。第一气化管路43或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化。

首先，需要第一气化管路43输出的甲醇加热第二气化管路，待第二气化管路可以持续产生气化的甲醇后设定时间，可以选择关闭第一启动装置40，而由第二气化管路输出的甲醇为第二气化管路加热；这样可以进一步减少对外部能源的依赖。

为了提高制氢设备的加热速度，在所述制氢设备20的重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂(如可以将加热温度控制在380℃～480℃)；所述快速启动装置40通过加热所述加热管路为重整室加热，可以提高加热效率。所述制氢系统启动后，制氢系统通过制氢设备制得的氢气发电后提供运行所需的能源；此时，可以关闭快速启动装置。

此外，为了在没有其他能源的情况下也可以启动系统，所述快速启动装置的初始启动能源为若干太阳能启动模块，太阳能启动模块包括依次连接的太阳能电池板、太阳能电能转换电路、太阳能电池；太阳能启动模块为第一加热机构提供电能；或者，所述快速启动装置的初始启动能源为手动发电机，手动发电机将发出的电能存储于电池中。

所述原料输送装置50提供动力，将液体储存容器10中的原料输送至制氢设备20；所述原料输送装置50向原料提供0.15～5MPa的压强(如提供0.2MPa或1.1MPa或1.2MPa或1.5MPa或5MPa的压强)，使得制氢设备20制得的氢气具有足够的压强。

气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为350℃～409℃；所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接；所述分离室内的温度设定为400℃～570℃；

所述重整室内设有催化剂，催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物。其中贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.5％～2％，Pd含量占催化剂总质量的1％～5％，Cu的氧化物占催化剂总质量的5％～15％，Fe的氧化物占催化剂总质量的2％～10％，Zn的氧化物占催化剂总质量的10％～25％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5％～45％，其余为过渡金属氧化物。

或者，所述催化剂为铜基催化剂，包括物质及其质量份数为：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃。如，铜基催化剂包括物质及其质量份数为：10份的CuO，10份的ZnO，2份的ZrO，60份的Al₂O₃，2份的CeO₂，2份的La₂O₃。

所述制氢设备20制得的氢气输送至膜分离装置30进行分离，用于分离氢气的膜分离装置30的内外压强之差大于等于0.7MPa(如膜分离装置30的内外压强为0.7MPa或1.1MPa或1.2MPa或1.5MPa或5MPa)。本实施例中，所述膜分离装置30为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％。

所述甲醇制氢装置将制得的氢气通过传输管路实时传输至氢气发电系统；所述传输管路设有气压调节子系统，用于调整传输管路中的气压；所述氢气发电系统利用甲醇制氢装置制得的氢气发电。本实施例中，所述氢气发电系统包括燃料电池，燃料电池包括若干子燃料电池模块，各个子燃料电池模块包括至少一个超级电容；这样可以高效地输出电能，而不需要大容量的锂电池。

此外，本实用新型制氢发电系统还包括气压调节子系统300、收集利用子系统。如图3所示，所述气压调节子系统300包括微处理器21、气体压力传感器22、阀门控制器23、出气阀24、出气管路25。所述气体压力传感器22设置于传输管路中，用以感应传输管路中的气压数据，并将感应的气压数据发送至微处理器21；所述微处理器21将从气体压力传感器22接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对，并以此控制出气阀24的开关。当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值，微处理器21控制阀门控制器23打开出气阀设定时间，使得传输管路中气压处于设定范围。优选地，出气管路25的一端连接出气阀24，另一端连接所述甲醇制氢装置100，通过燃烧为甲醇制氢装置100的需加热设备(如重整室)进行加热；当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值，微处理器21控制所述甲醇制氢装置100加快原料的输送速度，从而提高制氢速度。

所述收集利用子系统连接氢气发电装置200的排气通道出口，从排出的气体中收集氢气，或利用收集到的氢气供甲醇制氢装置100或/和氢气发电装置200使用。如图2所示，所述收集利用子系统包括氢水分离器401、氢气止回阀402，氢气发电装置200的排气通道出口连接氢水分离器401的入口，氢水分离器401出口处连接的管路内设有氢气止回阀402，防止氢气倒灌；所述氢水分离器401用于分离氢气与水。此外，所述收集利用子系统还包括氢氧分离器，用于分离氢气及氧气；氢氧分离器设置于所述氢气发电系统排气通道出口与氢水分离器之间。

本实施例中，所述收集利用子系统还包括氧水分离器411、氧气止回阀412，用于收集氧气。所述收集利用子系统400收集的氢气与氧气供甲醇制氢装置100使用，也可以供氢气发电装置200使用。此外，收集到的氧气可以存放于设定容器中，供人们吸氧；收集到的水可以供人们饮用。

由于所述收集利用子系统包括气水分离器(如上述氢水分离器、氧水分离器)，因此可以收集到水(比原料中的水分还要多若干倍，因为甲醇中也含有氢原子，制得氢气后与氧气反应得到水)，将水输送至甲醇制氢装置100，原料水可以循环利用，无需另外添加。

因此，本实用新型系统可以从氢气发电系统的余气中收集氢气、氧气、水等有用物质，可以提高系统的发电效率，同时节省原料(水)。

请参阅图6，本实施例中，所述氢气发电装置200为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆201；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆201中。

本实施例中，气体供给装置为压缩气体供给装置202，所述压缩气体输送至一混合容器203后进入电堆201，混合容器203的一端连接空气；压缩气体进入混合容器203后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，调节氧气含量。

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路，空气进气管路、出气管路均经过湿化系统204。所述压缩的气体主要为氧气(也可以为空气)；自然空气与压缩氧气在混合容器混合后进入电堆201。

所述燃料电池系统还包括气体调节系统，气体调节系统设置于混合容器203内；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器。

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合的空气与氧气中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置。

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩氧气的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置。

所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器的感应结果调节氧气输送阀门、空气输送阀门，控制压缩氧气、自然空气的输送比例(如自然空气比例可以为0-70％)；压缩氧气进入混合容器后产生的动力将混合气体推送至电堆反应，利用自然空气做稀释减压。

所述湿化系统204包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器。

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通。湿度交换管路在湿度交换容器中螺旋设置，可以充分进行湿度交换。

实施例二

一种燃料电池系统，包括气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，将所需气体输送至电堆中。

本实施例中，所述压缩气体输送至一混合容器后进入电堆，混合容器的一端连接空气；压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，调节氧气含量。

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、反应后气体出气管路；所述压缩的气体主要为氧气或为空气；自然空气与压缩气体在混合容器混合后进入电堆。

具体地，所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器。

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合气体中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置。

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩气体的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置。

所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器的感应结果调节压缩气体输送阀门、空气输送阀门，控制压缩气体、自然空气的输送比例。

所述压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，利用自然空气做稀释减压。

实施例三

本实用新型甲醇水蒸气制氢发电系统可以用于电动汽车中，电动汽车包括甲醇水蒸气制氢发电系统、电动发动机、车架等。甲醇水蒸气制氢发电系统的组成可参考实施例一中的说明。

此外，所述汽车还可以包括第二电动发动机、能量存储单元、动能转换单元，动能转换单元、能量存储单元、第二电动发动机依次连接；所述动能转换单元将汽车刹车制动的能量转换为电能存储于能量存储单元内，为第二电动发动机提供电能。所述第二电动发动机还连接氢气发电系统，由氢气发电系统为第二电动发动机提供能源。如此可以将刹车制动消耗的能量存储为电能，从而有效节约能源。

同时，所述汽车还包括道路环境感应模块、分配数据库、氢气分配模块；氢气分配模块分别与道路环境感应模块、分配数据库连接，根据道路环境感应模块感应的数据以及分配数据库中的数据为各电动发动机分配对应的氢气。

所述道路环境感应模块用以感应道路拥堵信息、地面平整度信息；道路拥堵信息根据汽车实时速度，加速、减速频率，以及停车时间确定；地面平整度信息根据汽车底盘上设置的倾角传感器确定。

所述分配数据库中存储若干数据表，数据表中记录各个道路拥堵信息、地面平整度信息对应的为电动发动机、第二电动发动机分配氢气的数据(该数据能根据环境信息对两个电动发动机分配不同的动力，提高效率)；电动发动机、第二电动发动机中一个用于驱动后轮或/和前轮(如后轮)，另一个用于驱动前轮或/和后轮(如前轮及后轮)。如此，可以更加有效地对汽车分配动能，提高效率，节省能源。

实施例四

本实施例与以上实施例的区别在于，本实施例中，燃料电池系统还包括压缩子系统，通过压缩机构将自然空气或氧气压缩至设定压缩比，而后按照本实用新型的方式输送至电堆中。

综上所述，本实用新型提出的甲醇水蒸气制氢发电系统及其燃料电池系统，利用压缩氧气作为输送动力，代替现有的输送泵，无需能源带动气体输送，从而降低能源，提高发电量及发电效率。

此外，本实用新型可以利用发电系统发出的直流电，通过电磁加热的方式直接为制氢设备加热，无需电能转换，发电速度快。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种甲醇水蒸气制氢发电系统，其特征在于，所述系统包括：固态氢气储存容器、快速启动装置、液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、膜分离装置、氢气发电装置；

所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部；

所述固态氢气储存容器、液体储存容器分别与制氢设备连接；液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；

通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置为制氢设备提供启动能源；

所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气为氢气发电装置发电，作为制氢设备的启动电源；

所述快速启动装置包括第一启动装置、第二启动装置；所述第一启动装置包括第一加热机构、第一气化管路，第一气化管路的内径为1～2mm，第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上；所述第一气化管路的一端连接液体储存容器，通过原料输送装置将甲醇送入第一气化管路中；第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇；所述第二启动装置包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂；

所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热；

所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度；

所述分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；所述制氢设备制得的氢气输送至膜分离装置进行分离；所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中；

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路；所述压缩的气体主要为氧气；空气与氧气在混合容器混合后进入电堆；

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器。

2.一种甲醇水蒸气制氢发电系统，其特征在于，所述系统包括：液体储存容器、原料输送装置、制氢设备、氢气发电装置；

所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室、分离室；所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂；所述分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中。

3.根据权利要求2所述的甲醇水蒸气制氢发电系统，其特征在于：

所述压缩气体输送至一混合容器后进入电堆，混合容器的一端连接自然空气。

4.根据权利要求2所述的甲醇水蒸气制氢发电系统，其特征在于：

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、反应后气体出气管路；所述压缩的气体主要为氧气或为空气；自然空气与压缩气体在混合容器混合后进入电堆。

5.根据权利要求4所述的甲醇水蒸气制氢发电系统，其特征在于：

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合气体中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩气体的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置与氧气含量传感器、压缩气体压缩比传感器连接，控制压缩气体、自然空气的输送比例；

所述压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，利用自然空气做稀释减压。

6.一种燃料电池系统，其特征在于，所述系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，将所需气体输送至电堆中。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于：

所述压缩气体输送至一混合容器后进入电堆，混合容器的一端连接自然空气；压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应。

8.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于：

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、反应后气体出气管路；所述压缩的气体主要为氧气或为空气；自然空气与压缩气体在混合容器混合后进入电堆。

9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于：

所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器；

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通。

10.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于：

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合气体中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩气体的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置与氧气含量传感器、压缩气体压缩比传感器连接，控制压缩气体、自然空气的输送比例；

所述压缩气体进入混合容器后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，利用自然空气做稀释减压。