一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)及其工作方法。
【背景技術】
[0002]高溫燃料電池作為一種車用新能源，越來越成為研究的熱點，其中高溫氫氣供應技術也成為研究的重點。高溫燃料電池具有一定的CO容忍度、無需水管理系統(tǒng)、噪音低和無污染等優(yōu)點，可作為某些特殊用途柴油車(如冷藏車)的輔助能源系統(tǒng)。高溫燃料電池的工作溫度約160°C，需要高溫的氫氣和空氣，啟動成為一大難題。
[0003]文章(Remzi Can Samsun 等，Design and test of a 5kff high-temperaturepolymer electrolyte fuel cell system operated with diesel and kerosene，AppliedEnergy, 114 (2014)，238 - 249)給出了高溫燃料電池啟動方案，利用單獨的加熱器對高溫燃料電池進行啟動，但是沒有與柴油車形成整體方案，對供應高溫氫氣的設計還不充分，實際應用性還需進一步研究。
[0004]利用交流電加熱氫氣是應用在實驗室生成高溫氫氣的方法，這種方法不能應用于移動裝置上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是對柴油車用高溫燃料電池的啟動進行系統(tǒng)研究，提出更具有可行性的新型柴油車高溫燃料電池冷啟動整體方案。
[0006]本發(fā)明提供了一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)，包括:柴油箱，空氣過濾器，柴油機，水箱，自熱重整器，氣體混合分離器，高溫燃料電池，催化燃燒器。
[0007]其中，柴油箱經(jīng)管道分別與柴油機、自熱重整器連接；空氣過濾器經(jīng)管道分別與柴油機、自熱重整器、氣體混合分離器連接；柴油機另與水箱連接；自熱重整器與氣體混合分離器連接；氣體混合分離器分別與高溫燃料電池、催化燃燒器連接；高溫燃料電池分別與氣體混合分離器、催化燃燒器連接。
[0008]上述具體連接關系是:空氣過濾器的空氣入口與大氣相通，該空氣過濾器的三個氣體出口經(jīng)管道分別連接至柴油機的空氣入口、自熱重整器的空氣入口、氣體混合分離器的空氣入口 ；柴油箱的出油管一連接柴油機，水箱中的水由出水管流經(jīng)柴油機外部夾層；該外部夾層具有蒸汽出口連接至自熱重整器的蒸汽入口 ；柴油箱的出油管二連接至自熱重整器的柴油入口 ；自熱重整器的混合氣體出口連接氣體混合分離器的混合氣體入口 ；氣體混合分離器的高溫比和O2出口連接高溫燃料電池的燃料入口 ；高溫燃料電池的廢氣出口連接至催化燃燒器。
[0009]作為優(yōu)選，自熱重整器具有外殼，該外殼頂部設置有水蒸汽入口，外殼側下部設置有高溫比和O2出口。
[0010]作為優(yōu)選，還包括蓄電池。
[0011]作為優(yōu)選，催化燃燒器設置在能夠對氣體混合分離器中混合氣體進行加熱的位置。
[0012]本發(fā)明還提供了所述車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)的工作方法:柴油機啟動，柴油從柴油箱中進入柴油機燃燒；空氣經(jīng)空氣過濾器分別提供給柴油機、自熱重整器、氣體混合分離器；柴油機在本身預熱過程中，將水箱的水加熱變成水蒸汽進入自熱重整器；水蒸汽在自熱重整器中與進入自熱重整器的柴油、及空氣中的氧氣進行重整反應，產(chǎn)生約180°C的高溫CO和H2;當高溫CO和H 2進入氣體混合分離器時，對經(jīng)空氣過濾器過濾的空氣進行加熱，這樣就同時產(chǎn)生了符合高溫燃料電池的電極所需的高溫比和02(120°(:?180°C );高溫比和02進入高溫燃料電池進行電化學反應生成電能，供柴油車所用；未反應完的HjPCO進入催化燃燒器中進行燃燒，最后生成CO2和水排入空氣中；同時催化燃燒器產(chǎn)生的熱量對氣體混合分離器中的混合氣體加熱。這樣柴油車實現(xiàn)不需加裝另外燃燒器就能實現(xiàn)高溫燃料電池的啟動。
[0013]本發(fā)明是通過柴油機加熱水，產(chǎn)生重整反應所需的高溫水蒸氣，在自熱重整器中與柴油和空氣經(jīng)過重整反應生成高溫CO和比，高溫比和CO同時加熱空氣中的O2，提供高溫燃料電池所需的燃料，實現(xiàn)高溫燃料電池的啟動。
[0014]采用本發(fā)明可以使柴油機在無需另外裝配加熱裝置，就能把高溫燃料電池冷啟動，高溫燃料電池反應后只生成水，不含有任何污染物，徹底解決了耗電柴油車的供電及零排放問題。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的原理圖。
[0016]圖中:1-柴油箱，2-空氣過濾器，3-柴油機，4-水箱，5-自熱重整器，6_氣體混合分離器，7-高溫燃料電池，8-催化燃燒器。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0018]如圖1所示，一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)，包括:柴油箱1，空氣過濾器2，柴油機3，水箱4，自熱重整器5，氣體混合分離器6，高溫燃料電池7，催化燃燒器8。
[0019]其中，柴油箱I經(jīng)管道分別與柴油機3、自熱重整器5連接；空氣過濾器2經(jīng)管道分別與柴油機3、自熱重整器5、氣體混合分離器6連接；柴油機3另與水箱4連接；自熱重整器5與氣體混合分離器6連接；氣體混合分離器6分別與高溫燃料電池7、催化燃燒器8連接；高溫燃料電池7分別與氣體混合分離器6、催化燃燒器8連接；
[0020]上述連接具體分別是:空氣過濾器2的空氣入口與大氣相通，該空氣過濾器2的三個氣體出口經(jīng)管道分別連接至柴油機3的空氣入口、自熱重整器5的空氣入口、氣體混合分離器6的空氣入口 ；柴油箱I的出油管一連接柴油機3，水箱4中的水由出水管流經(jīng)柴油機3外部夾層；該外部夾層具有蒸汽出口連接至自熱重整器5的蒸汽入口 ；柴油箱I的出油管二連接至自熱重整器5的柴油入口 ；自熱重整器5的混合氣體出口連接氣體混合分離器6的混合氣體入口 ；氣體混合分離器6的高溫比和O 2出口連接高溫燃料電池7的燃料入口 ；高溫燃料電池7的廢氣出口連接至催化燃燒器8。
[0021 ] 本發(fā)明的自熱重整器5具有外殼，該外殼頂部設置有水蒸汽入口，外殼側下部設置有高溫比和O 2出口。該高溫H 2和O 2混合氣體中含有重整反應所產(chǎn)生的CO。
[0022]另外，催化燃燒器8設置在合適位置，以能夠對氣體混合分離器6中混合氣體進行加熱。
[0023]根據(jù)圖1，本發(fā)明一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)的工作方法是:柴油機3啟動，柴油從柴油箱I中進入柴油機3燃燒；空氣經(jīng)空氣過濾器2分別提供給柴油機3、自熱重整器5、氣體混合分離器6 ;柴油機3在本身預熱過程中，將水箱4的水加熱100°C變成水蒸汽進入自熱重整器5 ;水蒸汽在自熱重整器5中與進入自熱重整器5的柴油、及空氣中的氧氣進行重整反應，產(chǎn)生約180°C的高溫CO和H2;當高溫CO和H 2進入氣體混合分離器6時，對經(jīng)空氣過濾器2過濾的空氣進行加熱，這樣就同時產(chǎn)生了符合高溫燃料電池的電極所需的比和0 2(120°(:?180°C );高溫比和O2進入高溫燃料電池7進行電化學反應生成電能，供柴油車所用；未反應完的HjP CO進入催化燃燒器8中進行燃燒，最后生成CO 2和水排入空氣中；同時催化燃燒器8產(chǎn)生的熱量對氣體混合分離器6中的混合氣體加熱。這樣柴油車實現(xiàn)不需要加裝另外燃燒器就能實現(xiàn)高溫燃料電池的自啟動。
[0024]本發(fā)明的車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)中可以使用在需要用電的柴油車上，比如冷藏車、攪拌車等工程車輛。同時，燃料電池生成的電還可存儲在蓄電池中，以供車載其它電器設備使用，如駕駛室制冷、座椅加熱、音響等。
[0025]本發(fā)明利用柴油車實現(xiàn)自生成高溫氫氣，為高溫燃料電池提供適宜溫度的燃料，既實現(xiàn)了柴油車的預熱，又解決了高溫燃料電池的啟動問題，同時又實現(xiàn)了柴油車輛的零排放，符合現(xiàn)在中國目前汽車減排的改革現(xiàn)狀。
[0026]本發(fā)明不限于以上對實施例的描述，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎上不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所進行的改進和修改，比如自熱重整器和催化燃燒器的選擇設置等，都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)，其特征在于: 所述車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)包括:柴油箱，空氣過濾器，柴油機，水箱，自熱重 整器，氣體混合分離器，高溫燃料電池，催化燃燒器； 其中，柴油箱經(jīng)管道分別與柴油機、自熱重整器連接；空氣過濾器經(jīng)管道分別與柴油機、自熱重整器、氣體混合分離器連接；柴油機另與水箱連接；自熱重整器與氣體混合分離器連接；氣體混合分離器分別與高溫燃料電池、催化燃燒器連接；高溫燃料電池分別與氣體混合分離器、催化燃燒器連接； 上述連接具體分別是:空氣過濾器的空氣入口與大氣相通，該空氣過濾器的三個氣體出口經(jīng)管道分別連接至柴油機的空氣入口、自熱重整器的空氣入口、氣體混合分離器的空氣入口 ；柴油箱的出油管一連接柴油機；水箱中的水由出水管流經(jīng)柴油機外部夾層，該外部夾層具有蒸汽出口連接至自熱重整器的蒸汽入口 ；柴油箱的出油管二連接至自熱重整器的柴油入口 ；自熱重整器的混合氣體出口連接氣體混合分離器的混合氣體入口 ；氣體混合分離器的高溫比和02出口連接高溫燃料電池的燃料入口 ；高溫燃料電池的廢氣出口連接至催化燃燒器。2.根據(jù)權利要求1所述的一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)，其特征在于:所述自熱重整器具有外殼，該外殼頂部設置有蒸汽入口，側下部設置有高溫HjP O 2出口。3.根據(jù)權利要求1所述的一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)，其特征在于:還包括蓄電池。4.根據(jù)權利要求1所述的一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)，其特征在于:所述催化燃燒器設置在能夠對所述氣體混合分離器中混合氣體進行加熱的位置。5.基于權利要求1所述的一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:柴油機啟動，柴油從柴油箱中進入柴油機燃燒；空氣經(jīng)空氣過濾器分別提供給柴油機、自熱重整器、氣體混合分離器；柴油機在本身預熱過程中，將水箱的水加熱變成水蒸汽進入自熱重整器；水蒸汽在自熱重整器中與進入自熱重整器的柴油、及空氣中的氧氣進行重整反應，產(chǎn)生約180°C的高溫CO和H2;當高溫CO和H 2進入氣體混合分離器時，對經(jīng)空氣過濾器過濾的空氣進行加熱，這樣就同時產(chǎn)生了符合高溫燃料電池的電極所需的高溫比和02(120°C?180°C );高溫比和O2進入高溫燃料電池進行電化學反應生成電能，供柴油車所用；未反應完的HjP CO進入催化燃燒器中進行燃燒，最后生成CO 2和水排入空氣中。6.根據(jù)權利要求4所述的工作方法，其特征在于:所述催化燃燒器產(chǎn)生的熱量對氣體混合分離器中的混合氣體加熱。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)，包括：柴油箱(1)，空氣過濾器(2)，柴油機(3)，水箱(4)，自熱重整器(5)，氣體混合分離器(6)，高溫燃料電池(7)，催化燃燒器(8)。本發(fā)明同時公開了上述車載高溫燃料電池冷啟動系統(tǒng)的工作方法：采用柴油機(3)加熱常溫水成水蒸氣，與柴油、空氣在自熱重整器(5)中發(fā)生裂解反應，生成高溫的H2和CO，高溫H2和CO同時加熱空氣中的O2給高溫燃料電池(7)的提供高溫燃料，保證車載高溫燃料電池的冷啟動。本發(fā)明解決了高溫燃料電池的啟動問題，同時又能實現(xiàn)柴油車輛的零排放。
【IPC分類】H01M8/06, H01M8/04
【公開號】CN105024088
【申請?zhí)枴緾N201510383242
【發(fā)明人】劉永峰, 陳紅兵, 秦建軍, 姚圣卓, 裴普成
【申請人】北京建筑大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月2日