本發(fā)明涉及一種燃料電池,尤其是涉及一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)裝置,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同,可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池,堿性燃料電池,磷酸型燃料電池,熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低,電流密度大,響應(yīng)速度快,性能穩(wěn)定。而且反應(yīng)生成物只有水,不存在腐蝕性。因此,質(zhì)子交換膜燃料電池在車輛交通和備用電源等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。
儲(chǔ)氫方法大致可以分兩類,即物理法和化學(xué)法。物理法中典型的有低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、碳材料吸附儲(chǔ)氫等方法;化學(xué)法中主要有液態(tài)有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)和甲醇重整技術(shù)等方法。
液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫技術(shù)和甲醇重置技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)常溫常壓下的安全儲(chǔ)存,通過現(xiàn)場制氫技術(shù),能將氫氣在一定工作條件下進(jìn)行釋放,安全可控。但是無論是液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫技術(shù)還是甲醇重置技術(shù),由于其化學(xué)特性,脫氫反應(yīng)都需要在一定溫度條件下進(jìn)行,液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫需要溫度為120℃~250℃,甲醇重整需要250℃~300℃,當(dāng)現(xiàn)場制氫裝置停止運(yùn)行后,反應(yīng)釜的溫度還會(huì)維持一段時(shí)間,期間還能產(chǎn)生一部分氫氣,目前大部分都沒有直接利用,造成資源浪費(fèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能夠提高氫氣的綜合利用率的基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng),包括現(xiàn)場制氫裝置、氫氣緩沖罐、燃料電池、氫壓傳感器和控制器,現(xiàn)場制氫裝置、氫氣緩沖罐和燃料電池依次連接,所述的氫壓傳感器與氫氣緩沖罐連接,所述的控制器的輸入端與氫壓傳感器連接,控制器的輸出端分別與現(xiàn)場制氫裝置的加熱管開關(guān)和燃料電池連接。
所述的現(xiàn)場制氫裝置包括反應(yīng)釜、加熱管、儲(chǔ)液箱和抽液泵,所述的抽液泵分別與儲(chǔ)液箱和反應(yīng)釜連接,所述的加熱管與反應(yīng)釜連接,所述的反應(yīng)釜內(nèi)生成的氫氣通過管道接入氫氣緩沖罐,所述的氫氣緩沖罐通過管道經(jīng)過電磁閥連接到燃料電池。
所述的氫壓傳感器設(shè)置在氫氣緩沖罐的頂部,為了形成冗余,設(shè)置兩個(gè)。
所述的氫氣緩沖罐上設(shè)有與控制器連接的泄壓閥。
所述的控制器連有顯示屏。
一種所述的基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)的使用方法,包括以下步驟:
s1,現(xiàn)場制氫裝置啟動(dòng),產(chǎn)生氫氣傳輸至氫氣緩沖罐,同時(shí)氫壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測氫氣緩沖罐內(nèi)的壓力;
s2,氫壓傳感器檢測到氫氣緩沖罐內(nèi)的壓力達(dá)到工作壓力后,控制器使燃料電池開始工作,并調(diào)節(jié)燃料電池的輸出能量,使氫氣緩沖罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi);
s3,當(dāng)燃料電池需要停止工作時(shí),控制器切斷現(xiàn)場制氫裝置的加熱管開關(guān),同時(shí)氫壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測氫氣緩沖罐內(nèi)的壓力;
s4,氫壓傳感器檢測到氫氣緩沖罐內(nèi)的壓力小于停機(jī)值后,控制器使燃料電池停止工作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)控制器根據(jù)氫氣緩沖罐內(nèi)壓力控制燃料電池和現(xiàn)場制氫裝置的啟停,使燃料電池工作時(shí)長與氫氣緩沖罐內(nèi)工作壓力的持續(xù)時(shí)長保持一致,避免浪費(fèi)能源,提高氫氣的綜合利用率。
(2)氫壓傳感器設(shè)置在氫氣緩沖罐的頂部,由于氫氣易于聚集在頂部,因此設(shè)置在頂部的檢測值最接近真實(shí)值。
(3)包含泄壓閥,在過壓時(shí)泄放壓力,保證系統(tǒng)安全性。
(4)顯示屏可依據(jù)需求定制顯示內(nèi)容,方便調(diào)試人員調(diào)試系統(tǒng)。
附圖說明
圖1為本實(shí)施例系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本實(shí)施例系統(tǒng)使用方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例
一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng),包括現(xiàn)場制氫裝置1、氫氣緩沖罐2、燃料電池3、氫壓傳感器4和控制器5,現(xiàn)場制氫裝置1、氫氣緩沖罐2和燃料電池3依次連接,氫壓傳感器4與氫氣緩沖罐2連接,控制器5的輸入端與氫壓傳感器4連接,控制器5的輸出端分別與現(xiàn)場制氫裝置1的加熱管開關(guān)和燃料電池3連接。
現(xiàn)場制氫裝置1包括反應(yīng)釜、加熱管、儲(chǔ)液箱和抽液泵,抽液泵分別與儲(chǔ)液箱和反應(yīng)釜連接,加熱管與反應(yīng)釜連接,反應(yīng)釜內(nèi)生成的氫氣通過管道接入氫氣緩沖罐2,氫氣緩沖罐2通過管道經(jīng)過電磁閥連接到燃料電池3。
氫壓傳感器4設(shè)置在氫氣緩沖罐2的頂部,為了冗余可以設(shè)置兩個(gè)。
氫氣緩沖罐2上設(shè)有與控制器5連接的泄壓閥。
控制器5連有顯示屏。
如圖2所示,一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)的使用方法,包括以下步驟:
s1,現(xiàn)場制氫裝置1啟動(dòng),產(chǎn)生氫氣傳輸至氫氣緩沖罐2,同時(shí)氫壓傳感器4實(shí)時(shí)監(jiān)測氫氣緩沖罐2內(nèi)的壓力;
s2,氫壓傳感器4檢測到氫氣緩沖罐2內(nèi)的壓力達(dá)到工作壓力后,控制器5使燃料電池3開始工作,并調(diào)節(jié)燃料電池3的輸出能量,使氫氣緩沖罐2內(nèi)的壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi);
s3,當(dāng)燃料電池3需要停止工作時(shí),控制器5切斷現(xiàn)場制氫裝置1的加熱管開關(guān),同時(shí)氫壓傳感器4實(shí)時(shí)監(jiān)測氫氣緩沖罐2內(nèi)的壓力,此時(shí)反應(yīng)釜停止加熱,但可利用余熱產(chǎn)氫,;
s4,氫壓傳感器4檢測到氫氣緩沖罐2內(nèi)的壓力小于停機(jī)值后,控制器5使燃料電池3停止工作。
由于氫氣緩沖罐2與反應(yīng)釜管道相通,壓力相同,測量兩者壓力均可。