一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是提供一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池作為一種車用新能源，越來越成為研宄的熱點(diǎn)，其中氫氣供應(yīng)技術(shù)也成為研宄的重點(diǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電池具有效率高、啟動(dòng)快、能量密度大、噪音低和無污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為最有可能替代內(nèi)燃機(jī)成為下一代車用動(dòng)力裝置。氫氣作為質(zhì)子交換膜電池的燃料，自然界中不存在，只能通過別的能源轉(zhuǎn)換，但由于氫氣化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡瑑涑蔀橐淮箅y題。如果采用本專利設(shè)計(jì)的柴油自熱轉(zhuǎn)化，既實(shí)現(xiàn)了燃料電池的零排放，又解決了氫氣來源的問題。專利(CN101142016B，US8349288)給出了油、氧均質(zhì)轉(zhuǎn)化的設(shè)備和方法以及甲烷的自熱轉(zhuǎn)化的途徑和方法，但沒有與燃料電池形成整體方案，對為燃料電池自供應(yīng)氫氣的設(shè)計(jì)還不充分，實(shí)際應(yīng)用性還需進(jìn)一步研宄，本專利將對柴油熱解生成氫氣進(jìn)行系統(tǒng)研宄，提出更具有可行性的新型柴油自供應(yīng)氫氣整體方案。電解水可以生成氫氣，是應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室生成氫氣的方法，這種方法不能應(yīng)用于車載氫氣的生成，本發(fā)明是對柴油車實(shí)現(xiàn)自生成氫氣進(jìn)而為燃料電池零排放提供能源設(shè)計(jì)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的正是為了實(shí)現(xiàn)上面所敘述的氫氣自供應(yīng)，同時(shí)它能實(shí)現(xiàn)燃料電池的零排放，符合現(xiàn)在中國目前汽車減排的改革現(xiàn)狀。
[0004]本發(fā)明提供一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)，包括柴油箱，氣體分離器，燃料電池，低溫分離反應(yīng)器，高溫分離反應(yīng)器，自熱重整器，水箱，催化燃燒器；
[0005]其中，柴油箱和催化燃燒器分別經(jīng)管道與自熱重整器連接；催化燃燒器又分別連接水箱與燃料電池；自熱重整器、高溫分離反應(yīng)器、低溫分離反應(yīng)器、氣體分離器、燃料電池按順序依次串聯(lián)連接；
[0006]其中，水箱的出水管連接催化燃燒器的進(jìn)水口，催化燃燒器的蒸汽出口經(jīng)管道連接自熱重整器的油/汽入口，柴油箱的出油口也經(jīng)管道連接自熱重整器的油/汽入口，自熱重整器的混合氣體出口經(jīng)管道連接高溫分離反應(yīng)器的氣體入口，高溫分離反應(yīng)器的氣體出口經(jīng)管道連接低溫分離反應(yīng)器的氣體入口，低溫分離反應(yīng)器的氣體出口經(jīng)管道連接氣體分離器的混合氣體進(jìn)氣口，氣體分離器的出氣口連接燃料電池的燃料入口，燃料電池的廢氣出口連接催化燃燒器的燃燒室。
[0007]進(jìn)一步地，氣體分離器具有外殼，該外殼頂部設(shè)置有空氣入口，外殼側(cè)下部設(shè)置有分咼氣體出口。
[0008]本發(fā)明還提供了所述自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)的工作方法，柴油在自熱重整器中與加熱的水進(jìn)行裂變反應(yīng)，通過高溫分離反應(yīng)器，低溫分離反應(yīng)器，柴油的裂變反應(yīng)非常充分，生成的CO和H2進(jìn)入氣體分離器中，與空氣混合，得到適宜溫度的O 2和H 2。作為燃料電池的陰、陽極產(chǎn)生電能，多余4以及前述生成的CO進(jìn)入催化燃燒器中進(jìn)行燃燒，最后生成水和CO2排入空氣中。
[0009]作為優(yōu)選，水從水箱進(jìn)入催化燃燒器前被預(yù)加熱。
[0010]本發(fā)明是使柴油通過熱水蒸汽和O2產(chǎn)生充分裂變反應(yīng)，生成CO和H2，其中H2就是燃料電池所需的燃料，與空氣中的氧氣在燃料電池中生成電能，CO進(jìn)入催化燃燒器中進(jìn)行燃燒生成0)2排入空氣中，實(shí)現(xiàn)超低排放。
[0011]采用本發(fā)明可以使柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)超低排放，做功能力提高，消除了 NOx和顆粒物的生成。燃料電池反應(yīng)后只生成水，不含有任何污染物，徹底解決了柴油車供電問題，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)的超低排放。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的總體方案系統(tǒng)圖，
[0013]圖中:1-柴油箱，2-氣體分離器，3-燃料電池，4-低溫分離反應(yīng)器，5-高溫分離反應(yīng)器，6-自熱重整器，7-水箱，8-催化燃燒器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0015]本發(fā)明的自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)包括柴油箱1，氣體分離器2，燃料電池3，低溫分離反應(yīng)器4，高溫分離反應(yīng)器5，自熱重整器6，水箱7，催化燃燒器8 ;
[0016]其中，柴油箱I和催化燃燒器8分別經(jīng)管道與自熱重整器6連接；催化燃燒器8又分別連接水箱7與燃料電池3 ;自熱重整器6、高溫分離反應(yīng)器5、低溫分離反應(yīng)器4、氣體分離器2、燃料電池3按順序依次串聯(lián)連接；
[0017]其中，水箱7的出水管連接催化燃燒器8的進(jìn)水口，催化燃燒器8的蒸汽出口經(jīng)管道連接自熱重整器6的油/汽入口，柴油箱I的出油口也經(jīng)管道連接自熱重整器6的油/汽入口，自熱重整器6的混合氣體出口經(jīng)管道連接高溫分離反應(yīng)器5的氣體入口，高溫分離反應(yīng)器5的氣體出口經(jīng)管道連接低溫分離反應(yīng)器4的氣體入口，低溫分離反應(yīng)器4的氣體出口經(jīng)管道連接氣體分離器2的混合氣體進(jìn)氣口，氣體分離器2的出氣口連接燃料電池3的燃料入口，燃料電池3的廢氣出口連接催化燃燒器8的燃燒室。
[0018]本發(fā)明的氣體分離器2具有外殼，該外殼頂部設(shè)置有空氣入口，外殼側(cè)下部設(shè)置有分離好的氣體出口，該氣體分離器2氣體出口處設(shè)有流量調(diào)節(jié)裝置，如流量閥，能夠調(diào)節(jié)對燃料電池3的氣體供應(yīng)量。
[0019]基于前述燃料電池系統(tǒng)的工作方式為:水從水箱7進(jìn)入催化燃燒器8進(jìn)行加熱，加熱到100°C變成水蒸氣進(jìn)入自熱重整器6，柴油從柴油箱I進(jìn)入自熱重整器6，在自熱重整器6中與水蒸氣、空氣中的氧氣進(jìn)行裂變反應(yīng)，為使反應(yīng)充分，將經(jīng)過高溫分離反應(yīng)器5和低溫分離反應(yīng)器4，從低溫分離反應(yīng)器4出來的是180°C的CO和H2,進(jìn)入氣體分離器2與空氣混合，加熱了空氣中的O2，此時(shí)4和02溫度約為150°C，正好符合高溫燃料電池的電極所需，&和02進(jìn)入燃料電池3進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)生成電能，為柴油車提供電能所需，未反應(yīng)完的H#PC0進(jìn)入催化燃燒器8中進(jìn)行燃燒，最后生成CO2和水排入空氣中。這樣柴油車實(shí)現(xiàn)不燃燒發(fā)電、超低排放。
[0020]需要說明的是，水在從水箱7進(jìn)入催化燃燒器8可以被預(yù)加熱至合適溫度，以加快其在催化燃燒器8中的汽化過程。
[0021]本發(fā)明系統(tǒng)的燃料電池可以工作在需要經(jīng)常用電的柴油車上，比如冷藏車、攪拌車等。同時(shí)，燃料電池生成的電還可供車載其它電器設(shè)備使用，用于駕駛室制冷、座椅加熱、
音響等。
[0022]本發(fā)明不限于以上對實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)所進(jìn)行的改進(jìn)和修改，比如自熱重整器和催化燃燒器的選擇設(shè)置等，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)，包括柴油箱(I)，氣體分離器(2)，燃料電池(3)，低溫分離反應(yīng)器(4)，高溫分離反應(yīng)器(5)，自熱重整器(6)，水箱(7)，催化燃燒器(8); 其中，柴油箱(I)和催化燃燒器(8)分別經(jīng)管道與自熱重整器(6)連接；催化燃燒器(8)又分別連接水箱(7)與燃料電池(3);自熱重整器(6)、高溫分離反應(yīng)器(5)、低溫分離反應(yīng)器(4)、氣體分離器(2)、燃料電池(3)按順序依次串聯(lián)連接； 其中，水箱(7)的出水管連接催化燃燒器(8)的進(jìn)水口，催化燃燒器(8)的蒸汽出口經(jīng)管道連接自熱重整器(6)的油/汽入口，柴油箱(I)的出油口也經(jīng)管道連接自熱重整器(6)的油/汽入口，自熱重整器￠)的混合氣體出口經(jīng)管道連接高溫分離反應(yīng)器(5)的氣體入口，高溫分離反應(yīng)器(5)的氣體出口經(jīng)管道連接低溫分離反應(yīng)器⑷的氣體入口，低溫分離反應(yīng)器(4)的氣體出口經(jīng)管道連接氣體分離器(2)的混合氣體進(jìn)氣口，氣體分離器(2)的出氣口連接燃料電池⑶的燃料入口，燃料電池⑶的廢氣出口連接催化燃燒器⑶的燃燒室。2.如權(quán)利要求1所述的一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)，其特征在于:所述氣體分離器(2)具有外殼，該外殼頂部設(shè)置有空氣入口，外殼側(cè)下部設(shè)置有分離氣體出口。3.一種基于權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:柴油從柴油箱(I)進(jìn)入自熱重整器￠)，水從水箱(7)經(jīng)過催化燃燒器(8)也進(jìn)入自熱重整器￠);柴油在自熱重整器6中與水蒸汽、空氣中的氧氣進(jìn)行裂變反應(yīng)，并經(jīng)過高溫分離反應(yīng)器(5)和低溫分離反應(yīng)器(4)進(jìn)行充分裂變，生成CO和H2, CO和H2經(jīng)氣體分離器(2)與空氣混合，由氣體分離器(2)為燃料電池(4)輸出適當(dāng)量和適宜溫度的氏和O2，剩余4和CO進(jìn)入催化燃燒器(8)進(jìn)行燃燒。4.如權(quán)利要求3所述的工作方法，其特征在于:水從所述水箱(7)進(jìn)入催化燃燒器(8)前被預(yù)加熱。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)，包括，柴油箱(1)，氣體分離器(2)，燃料電池(3)，低溫分離反應(yīng)器(4)，高溫分離反應(yīng)器(5)，自熱重整器(6)，水箱(7)，催化燃燒器(8)。采用高溫分離反應(yīng)器(5)、低溫分離反應(yīng)器(6)與自熱重整器(7)，將柴油裂解為H2和CO，H2作為燃料電池的燃料與空氣中的O2反應(yīng)可產(chǎn)生電能，未反應(yīng)的H2和CO進(jìn)入催化燃燒器(8)，進(jìn)行燃燒，給水的加熱提供了保障；這樣不僅能為燃料電池提供了氫氣，同時(shí)又為產(chǎn)生氫氣的自熱轉(zhuǎn)化器提供了高溫水，整個(gè)過程柴油沒有燃燒就產(chǎn)生電能，沒有NOx和顆粒物的生成,只生成CO2，實(shí)現(xiàn)超低排放。本發(fā)明還公開了前述一種自供應(yīng)氫氣燃料電池系統(tǒng)的工作方法。
【IPC分類】H01M8/06, H01M8/22
【公開號】CN104953147
【申請?zhí)枴緾N201510383244
【發(fā)明人】劉永峰, 陳紅兵, 秦建軍, 裴普成, 姚圣卓
【申請人】北京建筑大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月2日