CN212810358U - 一种清洁能源供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种清洁能源供电系统，包括：燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统和控制系统，所述燃料箱中的清洁燃料通过设置的第一管路向所述一级转换系统提供原料，所述一级转换系统将生成的产物通过设置的第二管路向二级转换系统提供原料，所述二级转换系统通过电路向外部用电装置、和/或储能器件提供电源输出，所述控制系统通过电路和/或无线电传输控制所述燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统之间电源的输出。本实用新型简单方便，容易操作，节能环保，且可持续，本实用新型充分考虑了能量存储和利用的原理，扩展清洁能源的使用范围和利用方式，为能源的可持续利用提供借鉴，有较高的推广价值。

Description

一种清洁能源供电系统

技术领域

本实用新型涉及制氢技术领域，特别涉及一种清洁能源供电系统。

背景技术

随着石油煤炭等不可再生能源的不断消耗，以及日益严重的环境污染和温室效应，世界各国均在努力寻求可再生的清洁能源，其中包括风能、太阳能和氢能等绿色能源。相比于风能和太阳能，氢能具有不受地域环境和气候限制、易存储和运输的优点，因此受到越来越多的关注。

工业上氢气的制备方式主要包括天然气重整法和电解水法。天然气重整法具有可大规模生产，成本低的优点；电解水法具有氢纯度高的优点，然而成本较高，不利于高规模生产。这两种方法均是化学物质中存储的氢经过化学反应转变为氢气。除天然气和水以外，甲酸、甲醇等也是优异的储氢物质，具有储氢密度高、便于存储和运输的优点。

氢气作为清洁燃料，可以通过氢燃料电池将其中存储的化学能转变为电能。该技术已经成熟并实现产业化，具有转化效率高和零污染物排放的优点。因此，氢气作为一种极具应用前景的清洁能源，越来越受到各国政府和投资者的亲睐。然而氢气具有难以压缩和存储压力高、易燃易爆的缺点，直接利用氢气作为能量来源成本较高并且存在很高的安全隐患。基于以上分析，本专利根据能量逐级转化的思路，设计了一种将清洁燃料中存储的化学能转化为电能的清洁能源供电系统。以甲醇和水为例(它们具有成本低、储氢密度高、便于运输和存储的优点)，根据本专利的设计，所述供电系统将制氢和氢燃料电池结合起来，从而实现小型制氢工厂和氢燃料电池发电装置的有机结合，可以为家庭和汽车等小型用电设施或装置提供备用电源或长期电源。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种简单方便，容易操作，节能环保，且可持续的清洁能源供电系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种清洁能源供电系统，包括：燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统和控制系统，所述燃料箱一侧的输料管路上设有加料入口，所述一级转换系统分别与所述燃料箱、二级转换系统管路连接，所述燃料箱中的清洁燃料通过设置的第一管路向所述一级转换系统提供原料，所述一级转换系统将生成的产物通过设置的第二管路向所述二级转换系统提供原料，所述二级转换系统与所述电源输出系统相连，所述二级转换系统通过电路向外部用电装置、和/或储能器件提供电源输出，所述控制系统分别与所述燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统电性连接，所述控制系统通过电路和/或无线电传输控制所述燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统之间电源的输出。

优选地，所述燃料箱为容器、和/或燃料管路、和/或基站。

优选地，所述一级转换系统为非均相催化反应装置，所述一级转换系统包括重整制氢装置，所述一级转换系统不直接将所述燃料箱中的燃料直接转变为电能。

优选地，所述二级转换系统为电化学装置，所述二级转换系统包括氢燃料电池，所述二级转换系统用于将所述一级转换系统或者燃料箱中的原料中的化学能转变为电能。

优选地，所述控制系统包括操作面板及与所述操作面板连接的主控电路板、报警系统，所述主控电路板包括设置在所述主控电路板上的管理电路，所述报警系统与所述管理电路电性连接，所述控制系统监控所述电源输出系统的仪器参数。

优选地，所述第一管路、第二管路上均活动设有电动机，所述电动机与设置的外部电源、和/或可再生能源电性连接。

优选地，所述电源输出系统包括锂离子电池或电源线，所述电源输出系统与外部电器或电力装置电性连接，所述电源输出系统通过线路向外部电器或电力装置。

优选地，还包括散热装置，所述散热装置与所述一级转换系统、和/或二级转换系统连接。

优选地，所述重整制氢装置包括燃烧室、重整室、提纯室，所述燃烧室、重整室、提纯室管路连接，所述重整制氢装置与所述燃料箱管路连接。

本实用新型的优点在于：

本实用新型简单方便，容易操作，节能环保，且可持续，本实用新型充分考虑了能量存储和利用的原理，扩展清洁能源的使用范围和利用方式，为能源的可持续利用提供借鉴。

附图说明

图1为本实用新型一种清洁能源供电系统实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种清洁能源供电系统实施例中甲醇水氢供电系统结构示意图；

图3为本实用新型一种清洁能源供电系统实施例中甲醇水氢供电系统一体机结构示意图；

图4为本实用新型一种清洁能源供电系统实施例中重整反应器的结构示意图。

图中，1-燃料箱，101-输料管路，102-第一管路，2-一级转换系统，201-第二管路，3-二级转换系统，301-电路，4-电源输出系统，401-线路，5-控制系统，501-控制线路一，502-控制线路二，503-控制线路三，504-控制线路四，20-燃烧室，30-重整室，40-提纯室，01-甲醇水燃料箱，02-重整制氢装置，03-氢燃料电池，04-锂电池/电路，05-集成电路，100-醇水燃料箱，200-甲醇水重整装置，300-氢燃料电池，400-散热系统，601-第一隔板，602-第二隔板。

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作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-4所示，一种清洁能源供电系统，包括：燃料箱1、一级转换系统2、二级转换系统3、电源输出系统4和控制系统5，燃料箱1一侧的输料管路101上设有加料入口，一级转换系统2分别与燃料箱1、二级转换系统3管路连接，燃料箱1中的清洁燃料通过设置的第一管路102向一级转换系统2提供原料，一级转换系统2将生成的产物通过设置的第二管路201向二级转换系统3提供原料，二级转换系统3与电源输出系统4相连，二级转换系统3 通过电路向外部用电装置、和/或储能器件提供电源输出，控制系统5分别与燃料箱1、一级转换系统2、二级转换系统3、电源输出系统4电性连接，控制系统5通过电路和/或无线电传输控制所述燃料箱1、一级转换系统2、二级转换系统3、电源输出系统4之间电源的输出。

具体的，本实施例中，如图1所示，清洁能源供电系统包括燃料箱1，一级转换系统2，二级转换系统3、电源输出系统4和控制系统5。其中，所述燃料箱1通过输料管路101上加入口加注液体或气体燃料，通过管路102向一级转换系统2输送原料，输料管路101、第一管路102上设置有电动机，从而将原料自动输入进燃料箱1和一级转换系统2。或者，人力通过加注口向燃料箱1中加注燃料。如果燃料为气体，也可以设定燃料箱1为一定数值的高压，从而使燃料箱1与一级转换系统2之间存在压差，然后使用流量阀使以一定的流量从燃料箱1向一级转换系统2输送原料。从燃料箱1输入的原料在一级转换系统2中发生化学反应生成与燃料箱1中存储的原料不同的化学物质，所生成的化学物质为液体或气体一般先经过分离和纯化将不能直接为二级转换系统3所利用的副产物或杂质和毒化物除去，从而生成高纯度的产物。所得到的高纯度产物经过第二管路201输入二级转换系统3。如果产物为液体，则在第二管路201上设置电动机(图中未标注)将液体产物以一定流量输入二级转换系统3。如果产物为气体，则可以在一级转换系统1中设置一定压力的储气罐(图中未标注)，利用储气罐与二级转换系统3入管口(管路201与二级转换系统3之间的连接处)之间的压差将由一级转换系统201产生的高纯度气体注入二级转换系统3中。二级转换系统3将高纯度的气体或液体中存储的化学能通过原电池反应转变为电能，所转化成的电能功率主要由二级转换系统3的转化效率决定。为了充分利用一级转换系统2所生成的产物，二级转换系统 3在技术条件允许的最大转化效率的前提下规定所需安装的原电池的个数。在一级转换系统2 和二级转换系统3运作过程中，一级转换系统2和二级转换系统3排放出低污染且无害的化学物种，从而实现所述供电系统清洁环保的目的。二级转换系统3生成的电能通过电路301 进入到电源输出系统4。电源输出系统4通过线路401向外部电器或电力装置供电。在燃料箱1、一级转换系统2、二级转换系统3和电源输出系统4工作的过程中，控制系统5通过控制线路501监控燃料箱1存储的燃料量或压力。当燃料箱1中液体燃料液面低于一定量或是气体燃料压力低于一定值时，控制系统5报警并提示加注燃料。如果燃料箱1中的燃料量进一步降低，则控制系统5自动关闭第一管路102和第二管路201，并使一级转换系统2和二级转换系统3处于待机状态。控制系统5分别通过控制线路二502和控制线路天503操控一级转换系统2和二级转换系统3的启动和停机，并监测一级转换系统2和二级转换系统3的运转。控制系统5通过控制线路四504监测电源输出系统4的工作和输出。此外，设置在输料管路101和第二管路201上的电动机所需的电能可以由可再生能源如太阳能电池提供。整个系统启动时可以由电源输出系统4所存储的电能或者外部电源提供，工作所需电源可以由自身产生的电能提供。

本实用新型较佳的实施例中，燃料箱1为容器、和/或燃料管路、和/或基站。

本实用新型较佳的实施例中，一级转换系统2为非均相催化反应装置，一级转换系统2 包括重整制氢装置，一级转换系统2不直接将燃料箱1中的燃料直接转变为电能。

本实用新型较佳的实施例中，二级转换系统3为电化学装置，二级转换系统3包括氢燃料电池，二级转换系统3用于将一级转换系统2或者燃料箱1中的原料中的化学能转变为电能。

本实用新型较佳的实施例中，控制系统5包括操作面板及与操作面板连接的主控电路板、报警系统，主控电路板包括设置在主控电路板上的管理电路，报警系统与管理电路电性连接，控制系统5监控所述电源输出系统的仪器参数。

本实用新型较佳的实施例中，第一管路102、第二管路201上均活动设有电动机，电动机与设置的外部电源、和/或可再生能源电性连接。

本实用新型较佳的实施例中，电源输出系统4包括锂离子电池或电源线，电源输出系统 4与外部电器或电力装置电性连接，电源输出系统4通过线路向外部电器或电力装置。

本实用新型较佳的实施例中，还包括散热装置，散热装置与一级转换系统2、和/或二级转换系统3连接。

本实用新型较佳的实施例中，重整制氢装置包括燃烧室20、重整室30、提纯室40，所述燃烧室20、重整室30、提纯室40管路连接，所述重整制氢装置与燃料箱1管路连接。

具体的，本实施例的实施方案2中，如图2所示，甲醇水氢供电系统包括甲醇水燃料箱 1，重整制氢装置02，氢燃料电池03、锂电池/电路04和集成电路05。其中，甲醇水燃料箱01通过管路/加入口101加注液体或气体燃料，通过管路102向重整制氢装置2输送原料。管路101和102设置有电动机，从而将甲醇水原料自动输入进甲醇水燃料箱01和重整制氢装置02。或者，人力通过输料管路上101的加注口向甲醇水燃料箱01加注甲醇水燃料。从甲醇水燃料箱01输入的原料在重整制氢装置02中发生催化重整反应生成氢气，所生成的氢气使用钯膜片将其中的CO、CO₂和未反应完全的少量H₂O和CH₃OH除去，从而生成高纯度的氢气(99.99％)。所得到的高纯度氢气先储存在一定压力的储氢罐(图中未标记)中，然后经过管路201输入氢燃料电池03。这样做可以稳压，也可以利用储氢罐和氢燃料电池03之间的压差自动将高纯氢气从储氢罐送入氢燃料电池。为了控制氢气进入氢燃料电池03的流量，管路201上设置有气体流量阀。氢燃料电池03将高纯度的氢气中存储的化学能通过原电池反应(阴极为氧还原反应，阳极为氢气氧化反应，总反应为H₂+O₂＝H₂O)转变为电能，所转化成的电能功率主要由氢燃料电池3的转化功率决定。由于氢燃料电池03在运转过程中会放出大量热量，因此可根据氢燃料电池03的功率分别采用风冷或水冷吸收反应过程中产生的热量，防止氢燃料电池03由于过热而影响正常工作或产生危险。在重整制氢装置02和氢燃料电池03 运作过程中，重整制氢装置02和氢燃料电池03仅排放CO₂和少量CO，从而实现所述供电系统清洁环保的目的。氢燃料电池03生成的电能通过电路301进入到锂电池/电路04。锂电池 /电路04通过线路401向外部电器或电力装置供电。在甲醇水燃料箱01、重整制氢装置02、氢燃料电池03和锂电池/电路04工作的过程中，集成电路05通过控制线路501监控甲醇水燃料箱01存储的甲醇水燃料量。当甲醇水燃料箱01中甲醇水液面低于一定量低于警戒值时，集成电路05报警并提示加注甲醇水燃料。如果甲醇水燃料箱中的甲醇水量进一步降低，则集成电路5自动关闭管路102和201，并使重整制氢装置02和氢燃料电池03处于待机状态。集成电路05分别通过控制线路二502和控制线路三503操控重整制氢装置02和氢燃料电池 03的启动和停机，并监测重整制氢装置02和氢燃料电池03的运转。集成电路05通过控制线路四504监测锂电池/电路04的工作和输出。此外，设置在管路101和201上的电动机所需的电能可以由可再生能源如太阳能电池提供。整个系统启动时可以由锂电池04所存储的电能或者外部电源提供，工作所需电源可以由自身产生的电能提供。

具体的，本实施例中，甲醇水燃料箱01是防水和甲醇的塑料或金属容器，或是与甲醇和水管道相连的管路或基站。重整制氢装置02将甲醇水原料转化成低纯度氢气，其目的甲醇水燃料箱供给的不能直接为氢燃料电池03利用的甲醇水液体原料处理成可直接被氢燃料电池 03利用的原料。重整制氢装置02反应条件为高温(300～400℃)常压，催化剂为固体催化剂，催化反应属于气固界面发生的非均相催化反应。氢燃料电池03将重整制氢装置02生成的高纯氢气中存储的化学能转变为电能。氢燃料电池03通过电路向锂电池充电或外接电源供电，从而实现储氢原料甲醇水中储存的氢能向电能的转化。

具体的，本实施例的实施方案3中，如图3所示，甲醇水氢供电系统包括甲醇水燃料箱 100、甲醇水重整装置200、氢燃料电池300和散热系统400。其中，甲醇水燃料箱100与重整装置200通过管路相连，用于为重整装置200提供重整原料。重整装置200通过管路201 与氢燃料电池相连，用于为氢燃料电池提供氢燃料气。散热装置400用于冷却氢燃料电池的释放的内热，可以根据燃料电池的功率选择水冷或风冷：对于功率大产热多的氢燃料电池03采用水冷，对于功率小产热少的氢燃料电池03采用风冷。整机支架结构被第一隔板601和第二隔板602分为3层，下层用于放置燃料箱，中层502用于放置甲醇水重整装置，上层503 用于放置氢燃料电池和散热装置，且该整机安装有控制板(图中未标注)，用于控制整机的开关和设置，整机底座安装固定装置或轮子。

具体的，如图4所示，本实施例的实施方案4中，重整制氢机由燃烧室20、重整室30和提纯室40等构成。甲醇水燃料从两条进水管分别进入预热底座和重整室30中的盘管(未标注)气化为气体，然后进入重整室中的反应列管生成纯度较低的氢气。纯度较低的氢气后进入提纯室40生成高纯度的氢气(99.99％)，其中一部分氢气回流至燃烧室(为燃烧室提供燃料)，另一部分气体进过甲烷化反应器进一步将其中微量的CO或CO₂转化为CH₄，然后通入到燃料电池。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种清洁能源供电系统，其特征在于，包括：燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统和控制系统，所述燃料箱一侧的输料管路上设有加料入口，所述一级转换系统分别与所述燃料箱、二级转换系统管路连接，所述燃料箱中的清洁燃料通过设置的第一管路向所述一级转换系统提供原料，所述一级转换系统将生成的产物通过设置的第二管路向所述二级转换系统提供原料，所述二级转换系统与所述电源输出系统相连，所述二级转换系统通过电路向外部用电装置、和/或储能器件提供电源输出，所述控制系统分别与所述燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统电性连接，所述控制系统通过电路和/或无线电传输控制所述燃料箱、一级转换系统、二级转换系统、电源输出系统之间电源的输出。

2.根据权利要求1所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，所述燃料箱为容器、和/或燃料管路、和/或基站。

3.根据权利要求1所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，所述一级转换系统为非均相催化反应装置，所述一级转换系统包括重整制氢装置，所述一级转换系统不直接将所述燃料箱中的燃料直接转变为电能。

4.根据权利要求1所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，所述二级转换系统为电化学装置，所述二级转换系统包括氢燃料电池，所述二级转换系统用于将所述一级转换系统或者燃料箱中的原料中的化学能转变为电能。

5.根据权利要求1所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，所述控制系统包括操作面板及与所述操作面板连接的主控电路板、报警系统，所述主控电路板包括设置在所述主控电路板上的管理电路，所述报警系统与所述管理电路电性连接，所述控制系统监控所述电源输出系统的仪器参数。

6.根据权利要求1所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，所述第一管路、第二管路上均活动设有电动机，所述电动机与设置的外部电源、和/或可再生能源电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，所述电源输出系统包括锂离子电池或电源线，所述电源输出系统与外部电器或电力装置电性连接，所述电源输出系统通过线路向外部电器或电力装置。

8.根据权利要求1所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，还包括散热装置，所述散热装置与所述一级转换系统、和/或二级转换系统连接。

9.根据权利要求3所述的一种清洁能源供电系统，其特征在于，所述重整制氢装置包括燃烧室、重整室、提纯室，所述燃烧室、重整室、提纯室管路连接，所述重整制氢装置与所述燃料箱管路连接。

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