CN209312923U - 一种燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池装置，包括燃料箱、反应装置、发电装置、尾气分配器、流量阀、温度感应器、控制器和排气管道，所述燃料箱与所述反应装置连通，所述反应装置与所述发电装置连通，所述排气管包括一分支管、第二分支管和第三分支管，所述分支管所述流所述发电装置设有三个分支管，其中两个分支管设有所述尾气分配器，另一个管道设有所述温度感应器和控制器，所述控制器用于控制所述流量阀开启或关闭，本实用新型能够有效回收高温尾气，提高综合热效率，提高燃料的利用率，减少氢气浪费，降低冷却系统负担。

Description

一种燃料电池装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池装置。

背景技术

目前，电力设备主要以柴油和汽油发电为主要电力来源，但其噪音大、污染严重、维护频率高、供电弹性低；太阳能、风力等再生能源发电技术受日照、地域和气候影响较大，无法进行有效稳定供电；燃料电池发电系统具有高稳定性、低维护、长效运转、低排放的优点，目前被认为极具发展潜力的发电技术。

当前，由于氢燃料电池对氢气的制备、运输和储存要求非常高，造成氢燃料电池及其设备价格过高；甲醇作为一种常见的制氢原料，其在制备、运输和储存等方面均比氢燃料方便经济；因此以甲醇水溶液为燃料的甲醇重整燃料电池应用方便。

甲醇重整燃料电池是以甲醇水溶液为燃料，甲醇水溶液经过高温气化后，在重整器中进行甲醇重整反应制备氢气，以所得氢气为燃料电池的燃料，其发应公式如：

现今燃料电池多为低温燃料电池，电堆工作温度大约在80℃左右，在甲醇重整反应过程中可能会出现反应不充分现象，导致甲醇重整反应产物中含有一氧化碳，一氧化碳对燃料电池电堆有毒化作用，并且影响电堆性能和寿命。而高温运行的电堆对一氧化碳的耐受能力明显高于低温燃料电池，高温燃料电池电堆最大可耐受一氧化碳含量为3％，其一氧化碳耐受能力是低温燃料电池电堆的数十倍。

高温燃料电池电堆工作温度一般高于150℃，因此电堆废气中含有大量热量，一般情况下该部分热量以废热的形式排进空气中，造成能量浪费，降低了燃料电池的综合热效率。同时，重整器和燃料器以及电堆之间均处于独立工作状态，相互之间没有联系，可能造成电堆负载、氢气产出过剩等情况。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池装置，该燃料电池装置中包括温度感应器、控制器和尾气分配器，将高温燃料电池电堆中产生的尾气，合理分配给蒸发室和重整室，能够回收高温尾气，提高综合热效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的具体技术方案如下：

本实用新型提供一种燃料电池装置，其特征在于，包括燃料箱、反应装置、发电装置、尾气分配器、流量阀、温度感应器、控制器和排气管道，所述燃料箱与所述反应装置连通，所述反应装置与所述发电装置连通，所述发电装置出气端与所述排气管道连通；

所述排气管道设有第一分支管、第二分支管和第三分支管，所述第一分支管和所述第二分支管均设有所述尾气分配器，所述第三分支管设有所述温度感应器和控制器，所述温度感应器与所述控制器电性连接，所述控制器与所述流量阀电性连接。

进一步地，所述反应装置包括蒸发室和反应室。

进一步地，所述蒸发室与所述反应室连通。

进一步地，所述蒸发室与第一分支管通过热转换装置连接，所述反应室与所述第二分支管通过热转换装置连接。

进一步地，所述发电装置为高温燃料电池电堆。

进一步地，所述流量阀用于控制燃料供应速度。

进一步地，所述燃料电池装置气还包括氢气提纯器、氢气压缩机和储氢罐。

进一步地，所述氢气提纯器进气端与所述反应器出气端连通。

进一步地，所述储氢罐出气端与所述发电装置进气端连通。

进一步地，所述氢气压缩机进气端与所述氢气提纯器连通，所述氢气压缩机出气端与所述储氢罐连通。

采用上述技术方案，本实用新型所述的一种燃料电池装置，具有如下有益效果：

1.本实用新型所述的燃料电池装置，在蒸发室和重整室分别与高温燃料电池电堆通过尾气分配器通过热转换装置连接，能够高效率的利用高温尾气的热量，减少能耗，提高热效率，降低了冷却系统的负担。

2.本实用新型所述的燃料电池装置，温度感应器与控制器电性连接，控制器与流量阀电性连接，控制供应燃料速度，确保电堆的最佳工作状态，提高燃料利用率，减少氢气产出过剩现象。

3.实用新型所述的燃料电池装置，设有高温燃料电池电堆增加抵抗一氧化碳毒化作用，增加工作温度，减少一氧化碳等有害气体生成。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1本实用新型实施例1所述的燃料电池装置结构示意图；

图2本实用新型实施例2所述的燃料电池装置结构示意图；

图中：1-甲醇水溶液箱，2-反应装置，21-蒸发室，22-重整室，3-高温燃料电池电堆，4-温度开关，5-流量阀，6-温度感应器，7-控制器，8-排气管道，81-第一分支管，82-第二分支管，83-第三分支管，9-氢气提纯器，10-氢气压缩机，11-储氢罐。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供了一种燃料电池装置，包括甲醇水溶液箱1、反应装置2、高温燃料电池电堆3、温度开关4、流量阀5、温度感应器6、控制器7和排气管道8，所述甲醇水溶液箱1用于存储甲醇水溶液，所述反应装置2包括蒸发室21和重整室22，所述蒸发室21进液端与所述甲醇水溶液箱1通过流量阀5连通，所述蒸发室21出气端与所述重整室22进气端连通，所述高温燃料电池电堆3出气端与所述排气管道8连通。

如图1所示，所述排气管道8设有第一分支管81、第二分支管82和第三分支管83，所述第一管道81与所述蒸发室21连通，所述第一分支管81上设有所述温度开关4，所述第二分支管312与所述反应室22连通，所述第二分支管312上设有所述温度开关4，所述第三分支管313与所述流量阀5连通，所述第三分支管83上设有所述温度感应器6和控制器7，所述温度感应器6与所述控制器7电性连接，所述控制器7与所述流量阀5电性连接。

如图1所示，所述燃料电池装置还包括氢气提纯器9、氢气压缩机10和储氢罐11；所述氢气提纯器9进气端与所述重整室22出气端连通，所述储氢罐11出气端与所述高温燃料电池电堆3进气端连通，所述氢气提纯器9与所述储氢罐11通过所述氢气压缩机8连通。

具体地，所述甲醇水溶液箱1的出液端与所述蒸发器21进液端连通，甲醇水溶液进入所述蒸发室21，所述蒸发室21蒸发甲醇水溶液为甲醇水溶液蒸汽，所述蒸发室21出气端与所述重整室22进气端连通，所述甲醇水溶液蒸汽在所述重整室22中进行重整反应制备氢气，反应公式为：

具体地，通过上述公式制备的氢气由所述氢气提纯器9提纯，去除氢气中混合的二氧化碳气体和水蒸汽，保证氢气纯度，提纯后的氢气由所述氢气压缩机10进行压缩储存在所述储氢罐11，能够保存更多的氢气，便于使用。

具体地，氢气在所述高温燃料电池电堆3中反应，产生高温尾气，高温尾气回收利用。

优选地，所述第一分支管81和第二分支管82分别设有所述温度开关4，所述温度开关4提前设置好所述蒸发室21和所述重整室22的最佳工作温度，当工作温度达到所述蒸发室21的最佳工作温时，所述温度开关4断开与所述蒸发室21的连接，为所述重整室22提供热量；当工作温度达到所述重整室22的最佳工作温时，所述温度开关4断开与所述重整室22的连接，为所述蒸发室21提供热量，有效回收高温尾气，提高综合热效率。

优选地，所述控制7用于控制所述流量阀5开启或关闭，所述温度感应器6提前设置好所述高温燃料电池电堆3的最佳工作温度，当工作温度达到所述高温燃料电池电堆3的最佳工作温度时，所述高温燃料电池电堆3处于过载状态，所述流量阀5限制所述甲醇水溶液箱1供应速度，提高燃料的利用率。

本实施例1中所述一种燃料电池装置，所述装置中设有温度开关、温度感应器和控制器，能够有效的回收尾气，提高综合热效率，提高燃料的利用率，减少氢气的浪费，降低了高温燃料电池电堆的温度，降低了冷却系统的负担。

实施例2

如图2所示，如图1所示，本实用新型提供了一种燃料电池装置，包括甲醇水溶液箱1、反应装置2、高温燃料电池电堆3、三个流量阀5和温度感应器6、控制器7和排气管道8，所述甲醇水溶液箱1用于存储甲醇水溶液，所述反应装置2包括蒸发室21和重整室22，所述蒸发室21进液端与所述甲醇水溶液箱1通过流量阀6连通，所述蒸发室21出气端与所述重整室22进气端连通，所述高温燃料电池电堆3出气端与所述排气管道8连通。

如图1所示，所述出排管道8设有第一分支管81、第二分支管82和第三分支管83，所述第一分支管81与所述蒸发室21连通，所述第一分支管81上设有所述流量阀5、所述温度感应器6和控制器7，所述第二分支管82与所述反应室22连通，所述第二分支管312上设有所述流所述流量阀5、所述温度感应器6和控制器7，所述第三分支管83与所述流量阀5连通，所述第三分支管83上设有所述流量阀5、所述温度感应器6和控制器7，所述温度感应器6与所述控制器7电性连接，所述控制器7与所述流量阀5电性连接。

如图1所示，所述燃料电池装置还包括氢气提纯器9、氢气压缩机10和储氢罐11；所述氢气提纯器9进气端与所述重整室22出气端连通，所述储氢罐11出气端与所述高温燃料电池电堆3进气端连通，所述氢气提纯器9与所述储氢罐11通过所述氢气压缩机10连通。

具体地，所述甲醇水溶液箱1的出液端与所述蒸发室21进液端连通，甲醇水溶液进入所述蒸发室21，所述蒸发室21蒸发甲醇水溶液为甲醇水溶液蒸汽，所述蒸发室21出气端与所述重整室22进气端连通，所述甲醇水溶液蒸汽在所述重整室22中进行重整反应制备氢气，反应公式为：

具体地，通过上述公式制备的氢气由所述氢气提纯器9提纯，去除氢气中混合的二氧化碳气体和水蒸汽，保证氢气纯度，提纯后的氢气由所述氢气压缩机8进行压缩储存在所述储氢罐11，能够保存更多的氢气，便于使用。

具体地，氢气在所述高温燃料电池电堆3中反应，产生高温尾气，高温尾气回收利用。

优选地，所述第一分支管81、第二分支管82和第三分支管8分别设有所述流量阀5、温度感应器6和控制器7，所述温度感应器6提前设置好所述蒸发室21、所述重整室22和所述高温燃料电池电堆3三者的最佳工作温度，当工作温度达到所述蒸发器21的最佳工作温时，所述流量阀5断开与所述蒸发室21的连接，为所述重整室22提供热量；当工作温度达到所述重整室22的最佳工作温时，所述流量阀5断开与所述重整室22的连接，为所述蒸发室21提供热量；当工作温度达到所述高温燃料电池电堆3的最佳工作温度时，所述高温燃料电池电堆3处于过载状态，所述流量阀5限制所述甲醇水溶液箱1供应速度；

实施例2与实施例1的区别在于，通过三个所述温度感应器6和三个所述控制器7控制三个所述流量阀5，可以有效回收高温尾气，提高综合热效率，提高燃料的利用率。

本实施例2中所述一种的燃料电池装置，所述装置中设有流量阀、温度感应器和控制器，通过温度感应器与控制器电性连接，所述控制器控制流量阀开启或关闭，能够有效的回收尾气，提高综合热效率，提高燃料的利用率，减少氢气的浪费，降低了高温燃料电池电堆的温度，降低了冷却系统的负担。

实施例3

本实施例3与实施例1的区别在于，所述甲醇水溶液箱1中储存的燃料为甲醇溶液，甲醇溶液进入所述蒸发室21，所述蒸发室21蒸发甲醇溶液为甲醇蒸汽，所述甲醇蒸汽在所述反应室22中进行裂解反应制备氢气，反应公式为：CH₃OH→CO+H₂。

所述氢气提纯器9已经过滤氢气，去除大多数有毒气体，如一氧化碳气体，所述高温燃料电池电堆3对一氧化碳具有较高抗毒化抗性，不影响电池的正常工作，甲醇溶液气化温度较比甲醇水溶液低，所需的热量更小，降低了冷却系统负担。

本实施例3中所述一种燃料电池装置，能够有效的回收尾气，提高综合热效率，提高燃料的利用率，减少氢气的浪费，降低了高温燃料电池电堆的温度，降低了冷却系统的负担。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池装置，其特征在于，包括燃料箱(1)、反应装置(2)、发电装置(3)、尾气分配器(4)、流量阀(5)、温度感应器(6)、控制器(7)和排气管道(8)，所述燃料箱(1)与所述反应装置(2)连通，所述反应装置(2)与所述发电装置(3)连通，所述发电装置(3)出气端与所述排气管道(8)连通；

所述排气管道(8)包括第一分支管(81)、第二分支管(82)和第三分支管(83)，所述第一分支管(81)和所述第二分支管(82)均设有所述尾气分配器(4)，所述第三分支管(83)设有所述温度感应器(6)和所述控制器(7)，所述温度感应器(6)与所述控制器(7)电性连接，所述控制器(7)与所述流量阀(5)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述反应装置(2)包括蒸发室(21)和反应室(22)。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述蒸发室(21)与所述反应室(22)连通。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述蒸发室(21)与第一分支管(81)通过热转换装置连接，所述反应室(22)与所述第二分支管(82)通过热转换装置连接。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述发电装置(3)为高温燃料电池电堆。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述流量阀(5)用于控制燃料供应速度。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池装置还包括氢气提纯器(9)、氢气压缩机(10)和储氢罐(11)。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述氢气提纯器(9)进气端与所述反应装置(2)出气端连通。

9.根据权利要求7所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述储氢罐(11)出气端与所述发电装置(3)进气端连通。

10.根据权利要求7所述的一种燃料电池装置，其特征在于，所述氢气压缩机(10)进气端与所述氢气提纯器(9)连通，所述氢气压缩机(10)出气端与所述储氢罐(11)连通。