CN211654956U - 一种燃料电池发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池发电装置，该装置包括：氢气产生单元、氢燃料电池单元，供电单元，箱体,在供电单元的作用下，使甲醇在氢气产生单元产生氢气，氢燃料电池单元接收进气口接收氢气产生单元所生成的氢气，在输出电极模块生成电位差，以供连接外部负载使用。由于甲醇重组制氢相对于传统的制氢方法相比，来源广泛价格低廉，氢元素利用率高，制氢装置简单，具有广泛的应用场景。

Description

一种燃料电池发电装置

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发电装置。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水利发电、热能发电和原子能发电后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此，效率高；另外,燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少，从能源保护和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

燃料电池电池中有一种氢燃料电池，氢燃料电池的发电热效率可达65％～ 85％,重量能量密度500～700Wh/kg,体积能量密度1000～1200Wh/L,发电效率高于固体氧化物燃料电池。氢燃料电池在30～90℃下运行,启动时间很短,0～20s 内即可达到满负荷工作,寿命可以达到10年,无震动,无废气排放,大批量生产成本可降到100～200美元/kW。将氢燃料电池用于电动车,与燃油汽车比较,除成本外, 各方面性能均优于现有的汽车。只要进一步降低成本,预计不久就会有实用的电动车问世。

但是氢燃料电池没有实现大规模工业化应用是有原因的，电解水制氢是一种完全清洁的制氢方式，但是这种方法能耗量较大，在现场制氢方面应用方面受到了一些限制，目前还在进一步的研究和开发。

为了减少化工生产中的能耗和降低成本，以替代被称为“电老虎”的电解水制氢的工艺，利用先进的甲醇蒸汽重整-变压吸附技术制取纯氢和富含CO2的混合气体，经过进一步处理，可同时得到氢气和二氧化碳。

现有技术中，CN201711372821.8公开一种甲醇重整高温燃料电池系统，主要由高温燃料电池电堆模块、重整器模块、和能量利用模块构成，其中能量利用模块利用电堆产热汽化甲醇，利用阳极尾气中氢气燃烧为蒸汽重整反应供热。

现有技术中，CN201910190490.9公开另一种直接甲醇燃料电池系统，其包括：电堆、混液桶、气液分离器和换热器，所述混液桶向所述电堆输送甲醇溶液，所述电堆将甲醇溶液反应产生的反应物排至所述气液分离器，所述气液分离器对所述反应物进行气液分离，并将分离的液体输送至所述换热器的热流体侧，分离液体经换热器散热降温后排至所述混液桶。该技术据称能够减小待散热反应物的体积，降低散热量，从而减小散热设备的体积，减小直接甲醇燃料电池系统的体积，满足车辆的使用要求，还可实现水的循环再利用，节约生产成本，方便维修和装配。

现有技术中，CN201811340448.2公开一种经由甲醇联产电能及氢气的甲烷燃料电池系统，包括甲烷供应单元、空气供应单元、第一燃料电池和第二燃料电池；空气供应单元分别连接第一燃料电池的阴极和第二燃料电池的阴极；甲烷供应单元连接第一燃料电池的阳极的甲烷进口，甲烷在第一燃料电池的阳极发生电化学反应生成甲醇；第一燃料电池的阳极的甲醇出口连接第二燃料电池的阳极的甲醇进口，甲醇在第二燃料电池的阳极发生电化学反应生成氢气。该技术据称整体的发电量远大于传统的直接将甲烷氧化获得氢气的燃料电池，还根据需要通过电化学手段调节甲醇与氢气的比例，实现联产电能、甲醇和氢气，并且不需要水蒸气的制备系统和外部供热。

现有技术中，CN201910080431.6公开一种基于甲醇的燃料电池混合发电系统，包括PEMFC、SOFC、用于对甲醇进行重整反应以获得重整气的甲醇前处理组件、用于对重整气进行分离提纯以获得氢气的氢气提纯组件、和氢气燃烧器；甲醇前处理组件的重整气出口连接氢气提纯组件的重整气入口；氢气提纯组件的氢气出口连接PEMFC的阳极入口；燃料电池混合发电系统处于预定的稳定运行阶段时，PEMFC的阳极出口连接SOFC的阳极入口，SOFC的阳极出口连接氢气燃烧器的气体入口。该系统同时利用PEMFC和SOFC进行发电，PEMFC与SOFC分别在低温、高温下运行，可以实现氢气的梯级利用，提高氢气的燃料利用率，提高系统发电效率。

上述公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池发电装置。

根据本实用新型具体实施方式的一种燃料电池发电装置，包括氢气产生单元、氢燃料电池单元，供电单元，箱体,氢气产生单元和氢燃料电池单元以及供电单元设置于箱体内，氢燃料电池单元包含输出电极模块，还包括有氢气产生单元，氢气产生单元包括：

甲醇水浓度设定器，供用户可调整的设定合适的甲醇浓度；

甲醇水调配桶，将原料甲醇与水调配成符合甲醇浓度；

甲醇水缓冲桶，收容符合甲醇浓度的甲醇水；

进料泵，将甲醇水加压至预设压力以上；

加热器，将加压后的甲醇水加热至预设温度以上；

反应器，将加压与加热后的甲醇水通过催化反应生成气体及水，气体包含氢气与二氧化碳；

气液分离器，将气体与水互相分离后导出；

液体回流管，将导出的水回流导入甲醇水调配桶；

分子筛重组器，将导出的氢气与二氧化碳分离后导出氢气；

氢燃料电池单元接收进气口接收氢气产生单元所生成的氢气，在输出电极模块生成电位差，以供连接外部负载使用。

优选地，上述技术方案中，分子筛重组器是变压吸附重组器。

优选地，上述技术方案中，变压吸附重组器使用的是改性5埃分子筛。

优选地，上述技术方案中，改性5埃分子筛是钙分子筛。

优选地，上述技术方案中，通过甲醇水浓度设定器将甲醇浓度控制在50％至70％之间。

优选地，上述技术方案中，较佳的，通过甲醇水浓度设定器将甲醇浓度控制在60％之间。

优选地，上述技术方案中，进料泵中预设压力是2MPa。

优选地，上述技术方案中，更包含一个供电单元，提供所述氢气产生单元运作所需的基本电力。

优选地，上述技术方案中，供电单元主要是提供所述加热器与反应器运作所需的基本电力。

优选地，上述技术方案中，更包含一个箱体，设置有电力输入端口及电力输出端口，氢气产生单元和氢燃料电池单元设置于所述箱体内，供电单元连接至电力输入端口，氢燃料电池单元的输出电极模块连接至所述电力输出端口。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

利用先进的甲醇蒸汽重整-变压吸附技术制取纯氢和富含CO2的混合气体，经过进一步处理，可同时得到氢气和二氧化碳，通过变压吸附重组器过滤掉二氧化碳和其他杂质，得到相对纯净的氢气。甲醇重组制氢相对于传统的制氢方法相比，来源广泛价格低廉，氢元素利用率高，制氢装置简单，具有广泛的应用场景。附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

100-氢气产生单元，200-氢燃料电池单元，300-供电单元，400-箱体，110- 甲醇浓度设定器，120-甲醇水调配桶，130-甲醇水缓冲桶，140-进料泵，150-加热器，160-反应器，170-气液分离器，180-液体回流管，190-分子筛重组器，210- 输出电极模块，410-电力输入端口，420-电力输出端口。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1

如图1所示，根据本实用新型具体实施方式的一种燃料电池发电装置，包括氢气产生单元(100)、氢燃料电池单元(200)，供电单元(300)，箱体(400), 氢气产生单元(100)和氢燃料电池单元(200)以及供电单元(300)设置于箱体内 (400)，氢燃料电池单元(200)包含输出电极模块(210)，还包括有氢气产生单元 (100)，氢气产生单元(100)包括：

甲醇水浓度设定器(110)，供用户可调整的设定合适的甲醇浓度；

甲醇水调配桶(120)，将原料甲醇与水调配成符合甲醇浓度；

甲醇水缓冲桶(130)，收容符合所述甲醇浓度的甲醇水；

进料泵(140)，将甲醇水加压至预设压力以上；

加热器(150)，将加压后的甲醇水加热至预设温度以上；

反应器(160)，将加压与加热后的甲醇水通过催化反应生成气体及水，气体包含氢气与二氧化碳；

气液分离器(170)，将气体与水互相分离后导出；

液体回流管(180)，将导出的水回流导入甲醇水调配桶；

分子筛重组器(190)，将导出的所述氢气与二氧化碳分离后导出所述氢气；

氢燃料电池单元(200)接收进气口接收所述氢气产生单元(100)所生成的氢气，在输出电极模块(210)生成电位差，以供连接外部负载使用。

分子筛重组器(190)是变压吸附重组器。

变压吸附重组器使用的是改性5埃分子筛。

改性5埃分子筛是钙分子筛。

通过甲醇水浓度设定器(110)将甲醇浓度控制在50％至70％之间。

较佳的,通过甲醇水浓度设定器(110)将甲醇浓度控制在60％。

进料泵预定压力设定为是2MPa。

供电单元(300)提供氢气产生单元(100)运作所有的电力。

供电单元(300)主要是提供加热器(150)与反应器(160)运作所需的基本电力。

更包含一个箱体(400)，设置有电力输入端口(410)及电力输出端口(420)，氢气产生单元(100)和所述氢燃料电池单元(200)设置于所述箱体(400)内，供电单元(300)连接至电力输入端口(410)，氢燃料电池单元(200)的输出电极模块(210)连接至电力输出端口(420)。

工作人员通过甲醇水浓度设定器(110)，将甲醇水调配桶内(120)的甲醇浓度调整为60％，将浓度为60％的甲醇水倒入甲醇水缓冲桶(130)，通过进料泵(140)将浓度为60％的甲醇水加压到预设压力2MPa,通过加热器(150)将加压后的甲醇水加热到预设温度，将加压和加热都的甲醇水通过反应器(160)进行催化反应，生成气体和水，气体包含二氧化碳和氢气，通过气液分离器(170)，将气体与水互相分离后导出，通过液体回流管(180)，将导出的水回流导入到甲醇水调配桶(120)，通过分子筛重组器(190)，将导出的氢气与二氧化碳分离后导出氢气，氢燃料电池单元(200)接收进气口氢气产生单元(100)所生成的氢气，在所述输出电极模块(210)生成电位差，以供连接外部负载使用。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池发电装置，包括氢气产生单元(100)、氢燃料电池单元(200)，供电单元(300)，箱体(400),所述氢气产生单元(100)和所述氢燃料电池单元(200)以及所述供电单元(300)设置于所述箱体(400)内，所述氢燃料电池单元(200)包含输出电极模块(210)，其特征在于：所述氢气产生单元(100)包括：

甲醇水浓度设定器(110)，供用户可调整的设定合适的甲醇浓度；

甲醇水调配桶(120)，将原料甲醇与水调配成符合所述甲醇浓度；

甲醇水缓冲桶(130)，收容符合所述甲醇浓度的甲醇水；

进料泵(140)，将所述甲醇水加压至预设压力以上；

加热器(150)，将加压后的所述甲醇水加热至预设温度以上；

反应器(160)，将加压与加热后的所述甲醇水通过催化反应生成气体及水，所述气体包含氢气与二氧化碳；

气液分离器(170)，将所述气体与所述水互相分离后导出；

液体回流管(180)，将导出的所述水回流导入所述甲醇水调配桶；

分子筛重组器(190)，将导出的所述氢气与所述二氧化碳分离后导出所述氢气；

所述氢燃料电池单元(200)接收所述进气口接收所述氢气产生单元(100)所生成的所述氢气，在所述输出电极模块(210)生成电位差，以供连接外部负载使用。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：所述分子筛重组器(190)是变压吸附重组器。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：所述变压吸附重组器使用的是改性5埃分子筛。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：所述改性5埃分子筛是钙分子筛。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：通过所述甲醇水浓度设定器将甲醇浓度控制在50％至70％之间。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：较佳的，通过所述甲醇水浓度设定器(110)将甲醇浓度控制在60％。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：所述进料泵中所述预设压力为2MPa。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：所述供电单元(300)提供所述氢气产生单元(100)运作所需的基本电力。

9.根据权利要求8所述的燃料电池发电装置，其特征在于：所述供电单元(300)主要是提供所述加热器(150)与所述反应器(160)运作所需的基本电力。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池发电装置，其特征在于：所述箱体(400)，设置有电力输入端口(410)及电力输出端口(420)，所述氢气产生单元(100)和所述氢燃料电池单元(200)设置于所述箱体(400)内，所述供电单元(300)连接至所述电力输入端口(410)，所述氢燃料电池单元(200)的所述输出电极模块(210)连接至所述电力输出端口(420)。

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