CN209544526U - 一种氢气稳流输入的氢气发电*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种氢气稳流输入的氢气发电***,包括燃料电池和氢气输送***,所述氢气输送***包括氢气源、稳压输送组件和氢气输出管道,所述稳压输送组件包括稳压罐、第一氢气输送管道和第二氢气输送管道,所述稳压罐包括由柔性隔膜分隔形成的第一气室和第二气室,所述第一氢气输送管道和第二氢气输送管道均与第一气室连通,所述氢气经第一氢气输送管道、第一气室、第二氢气输送管道进入燃料电池内;所述稳压罐用于通过调节所述第一气室及第二气室的压力,以达到氢气能以稳定流量输送给燃料电池的目的。本实用新型能以稳定的氢气流量输入燃料电池,使燃料电池一直满状态工作,提高燃料电池的发电性能,同时还降低制造成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电设备技术领域,特别涉及一种氢气稳流输入的氢气发电***。
背景技术
氢,是一种21世纪最理想的能源之一,在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下,氢气产生的能量最多,而且它燃烧的产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境;而煤和石油燃烧生成的主要是CO2和SO2,可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的,而氢主要存于水中,燃烧后唯一的产物也是水,可源源不断地产生氢气,永远不会用完。氢的分布很广泛,水就是氢的大“仓库”,其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢;石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的,而地球表面约70%为水所覆盖,储水量很大,因此可以说,氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法制取氢,那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
目前,利用甲醇水蒸气重整技术制取H2与CO2的混合气体,再经钯膜分离器分离,可分别得到H2和CO2。参照中国发明申请201310340475.0(申请人:上海合既得动氢机器有限公司),该专利公开了一种甲醇水制氢***,甲醇与水蒸气重整器的重整室内,在350-409℃温度下1-5M Pa的压力条件下通过催化剂,在催化剂的作用下,发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢气和二氧化碳,这是一个多组份、多反应的气固催化反应***。反应方程如下:(1)CH3OH→CO+2H2;(2)H2O+CO→CO2+H2;(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2,重整反应生成的H2和CO2,再经过分离室的钯膜分离器将H2和CO2分离,得到高纯氢气。
随着技术的发展,氢气在产业中的应用越来越广泛,例如合成氨工业和石油精制加氢工业等等,除此之外,氢气还可用于发电,参照中国发明申请201410622203.4(申请人:上海合既得动氢机器有限公司),该发明公开了一种基于甲醇水制氢***的发电机及其发电方法,该发电机采用燃料电池作为发电设备,该燃料电池用于氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能,在燃料电池的阳极:2H2→4H++4e-,H2***成两个质子和两个电子,质子穿过质子交换膜(PEM),电子通过阳极板,通过外部负载,并进入阴极双极板,在燃料电池的阴极:O2+4e-+4H+→2H2O,质子、电子和O2重新结合以形成H2O。该发电机将甲醇水重整制氢与燃料电池整合成一体,实现了制氢与发电合为一体的技术目的。现有技术中,在氢气输送至燃料电池的输送通道中通常设置有压力表、流量计和电磁阀等仪器,以便监测燃料电池的氢气输入情况,但这样的设置既导致整个发电***的造价升高,又无法稳定输入燃料电池的氢气流量,致使有时氢气过多使燃料电池需排走过多的氢气,有时氢气过小无法使燃料电池不能满状态工作,降低燃料电池的发电性能。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是,针对上述现有技术中的不足,提供一种氢气稳流输入的氢气发电***,其能以稳定的氢气流量输入燃料电池,使燃料电池一直满状态工作,提高燃料电池的发电性能,同时还降低制造成本。
为解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是:
一种氢气稳流输入的氢气发电***,包括燃料电池和氢气输送***,所述燃料电池用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能,所述氢气输送***用于向燃料电池输送氢气,所述氢气输送***包括氢气源、稳压输送组件和氢气输出管道,所述稳压输送组件包括稳压罐、第一氢气输送管道和第二氢气输送管道,所述稳压罐包括由柔性隔膜分隔形成的第一气室和第二气室,所述第一氢气输送管道和第二氢气输送管道均与第一气室连通,所述氢气经第一氢气输送管道、第一气室、第二氢气输送管道进入燃料电池内,在燃料电池内,氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能,生成水,该生成的水及未反应的氢气再从燃料电池输出至氢气输出管道;所述稳压罐用于通过调节所述第一气室及第二气室的压力,以达到氢气能以稳定流量输送给燃料电池的目的。
作为一种优选方案,所述稳压输送组件还包括进气阀和出气阀,所述进气阀装设于第一氢气输送管,所述出气阀装设于第二氢气输送管。
作为一种优选方案,所述氢气源为甲醇水制氢***,该甲醇水制氢***包括甲醇水储存容器、输送泵、换热器和重整器,其中:
甲醇水储存容器,其内存储有液态的甲醇和水;
输送泵,用于将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至重整器之重整室;
换热器,安装于输送泵与重整器之间的输送管道上,低温的甲醇和水在换热器中,与重整室输出的高温氢气进行换热,甲醇和水温度升高、汽化;
重整器,设有重整室、电加热器、分离室和燃烧室,电加热器为重整室提供热能,重整室内设有催化剂,甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应,制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体,该高温混合气体进入分离室分离出高温氢气,该高温氢气在换热器中,与低温的甲醇和水进行换热,氢气温度降低,所述燃烧室用于燃烧制得的部分氢气,提供重整器运行的热量。
作为一种优选方案,所述氢气输送***还包括控制装置和压力传感器,所述压力传感器设于第一气室内,所述压力传感器与控制装置通信连接,所述输送泵与控制装置电连接,所述控制装置根据压力传感器测得的压力值控制输送泵的开关。
作为一种优选方案,所述稳压输送组件还包括充气管道、充气阀、充气泵和泄气阀,所述充气管道连接充气泵和稳压罐的第二气室,所述充气阀设于充气管道上,所述充气阀用于在开启状态下向第二气室填充压缩空气,所述泄气阀与第二气室连接,所述泄气阀用于在开启状态下泄出第二气室内的压缩空气以调整第二气室内的气压。
作为一种优选方案,所述换热器和重整器之间还设有补偿汽化装置,该补偿汽化装置设有电加热器,所述甲醇和水经补偿汽化装置后可进一步汽化。
作为一种优选方案,所述氢气输送***还包括氢水分离器,所述氢水分离器设置于氢气输出管道上,所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器分离后,氢气回流至氢气源之输出端。
作为一种优选方案,所述氢气输出管道还设置有温度计、气压表和流量计,所述生成的水及未反应的氢气依次经温度计、气压表、流量计和氢水分离器后,氢气回流至氢气源之输出端。
作为一种优选方案,所述氢气稳流输入的氢气发电***还包括空气输送***,所述空气输送***包括风机及空气过滤网,外界空气可在所述风机的驱动作用下,经空气过滤网后,从燃料电池之空气进口进入,再从燃料电池之空气出口排出;在燃料电池内,氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能。
作为一种优选方案,所述燃料电池产生的电能中,一部分电能为控制装置、压力传感器、氢水分离器、空气输送***的风机、输送泵、重整器的电加热器及补偿汽化装置的电加热器供电,余下电能输出。
本实用新型的有益效果是:通过稳压罐、进气阀和出气阀的共同作用,能以稳定的流量输出经第二氢气输送管道进入燃料电池内,使燃料电池一直满状态工作,提高燃料电池的发电性能;由于稳压罐的体积小,便于安装,且价格便宜,能有效降低氢气发电***的制造成本;稳压罐还能存储多余的氢气,节省原料,更环保;所述压力传感器设于第一气室内,所述压力传感器与控制装置通信连接,所述输送泵与控制装置电连接,使本氢气发电***能智能调节氢气量,更有效节省原材料,更加环保。
附图说明
图1为本实用新型之实施例的组装结构示意图;
图2为本实用新型之优选实施例的组装结构示意图。
图中:1-甲醇水储存容器,2-输送泵,3-换热器,4-重整器,41-重整室,42-电加热器,43-分离室,44-燃烧室,45-排气管,5-补偿汽化装置,51-电加热器,6-燃料电池,7-稳压罐,71-第一气室,72-第二气室,73-柔性隔膜,8-进气阀,9-出气阀,10-压力传感器,11-控制装置,12-温度计,13-气压表,14-流量计,15-氢水分离器,16-风机,17-空气过滤网,18-充气阀,19-充气泵,20-泄气阀,21-交直流转换器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
如图1所示,一种氢气稳流输入的氢气发电***,包括燃料电池6和氢气输送***,所述燃料电池6用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能,所述氢气输送***用于向燃料电池6输送氢气,所述氢气输送***包括氢气源、稳压输送组件和氢气输出管道,所述稳压输送组件包括稳压罐7、第一氢气输送管道和第二氢气输送管道,所述稳压罐7包括由柔性隔膜73分隔形成的第一气室71和第二气室72,所述第一氢气输送管道和第二氢气输送管道均与第一气室71连通,所述氢气经第一氢气输送管道、第一气室71、第二氢气输送管道进入燃料电池6内,在燃料电池6内,氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能,生成水,该生成的水及未反应的氢气再从燃料电池6输出至氢气输出管道;所述稳压罐7用于通过调节所述第一气室71及第二气室72的压力,以达到氢气能以稳定流量输送给燃料电池6的目的。
作为一种优选方案,所述稳压输送组件还包括进气阀8和出气阀9,所述进气阀8装设于第一氢气输送管,所述出气阀9装设于第二氢气输送管。
作为一种优选方案,所述氢气源为甲醇水制氢***,该甲醇水制氢***包括甲醇水储存容器1、输送泵2、换热器3和重整器4,其中:
甲醇水储存容器1,其内存储有液态的甲醇和水;
输送泵2,用于将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至重整器4之重整室41;
换热器3,安装于输送泵2与重整器4之间的输送管道上,低温的甲醇和水在换热器3中,与重整室41输出的高温氢气进行换热,甲醇和水温度升高、汽化;
重整器4,设有重整室41、电加热器42、分离室43、燃烧室44和排气管45,电加热器42为重整室41提供热能,重整室41内设有催化剂,甲醇和水在重整室41内,1-5M Pa的压力条件下通过催化剂,在催化剂的作用下,发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢气和二氧化碳,这是一个多组份、多反应的气固催化反应***,反应方程为(1)CH3OH→CO+2H2、(2)H2O+CO→CO2+H2 、(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2,制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体,该高温混合气体进入分离室43分离出高温氢气,该高温氢气在换热器3中,与低温的甲醇和水进行换热,氢气温度降低,而分离了氢气后的剩余的高温混合气体进入燃烧室44内进行燃烧(此处燃烧的主要燃料为剩余未被分离的氢气),提供重整器4运行的热量,经燃烧室44燃烧后的剩余混合气体经排气管45排出。
作为一种优选方案,所述换热器3和重整器4之间还设有补偿汽化装置5,该补偿汽化装置5设有电加热器51,所述甲醇和水经补偿汽化装置5后可进一步汽化。
进一步,所述甲醇水制氢***中,重整器4需要设置启动装置,该启动装置有三种方案:其一、重整器4设置电池启动装置,该电池启动装置可在重整器4启动过程中,为输送泵2及重整器4的电加热42器供电;其二、重整器4或设置有燃烧式启动装置,该燃烧式启动装置可在重整器4启动过程中,通过燃烧甲醇为重整室41加热;其三、稳压罐7可在重整器4启动过程中,为燃烧电池输入氢气,使燃料电池6工作,产生电能。
作为一种优选方案,所述氢气输送***还包括氢水分离器15,所述氢水分离器15设置于氢气输出管道上,所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器15分离后,氢气回流至氢气源之输出端。
作为一种优选方案,所述氢气输出管道还设置有温度计12、气压表13和流量计14,所述生成的水及未反应的氢气依次经温度计12、气压表13、流量计14和氢水分离器15后,氢气回流至氢气源之输出端。
作为一种优选方案,所述氢气稳流输入的氢气发电***还包括空气输送***,所述空气输送***包括风机16及空气过滤网17,外界空气可在所述风机16的驱动作用下,经空气过滤网17后,从燃料电池6之空气进口进入,再从燃料电池6之空气出口排出;在燃料电池6内,氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能,在燃料电池6的阳极:2H2→4H++4e-,H2***成两个质子和两个电子,质子穿过质子交换膜(PEM),电子通过阳极板,通过外部负载,并进入阴极双极板,在燃料电池6的阴极:O2+4e-+4H+→2H2O,质子、电子和O2重新结合以形成H2O;该生成的水及未反应的氢气再从燃料电池6输出至氢气输出管道,所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器15分离后,氢气回流至氢气源之输出端,这样便能减少氢气的排放,同时也能节省原料,环保节能。
本实施例中的稳压罐7使用的是不锈钢材质的稳压罐7,所述稳压罐7的容量为3L,并且预先在稳压罐7的第二气室72内填充一定量的压缩空气,致使第二气室72内具有一定气压。
稳压罐7的稳压原理:当第一气室71内的气压大于第二气室72的气压时,此时柔性隔膜73在第一气室71的气压压迫下发生形变,而第一气室71内的氢气是流动的,在第二气室72的气压及柔性隔膜73的共同作用下,第一气室71内的氢气能以稳定的流量输出经第二氢气输送管道进入燃料电池6内,使燃料电池6一直满状态工作,提高燃料电池6的发电性能;由于稳压罐7的体积小,便于安装,且价格便宜,能有效降低氢气发电***的制造成本;稳压罐7还能存储多余的氢气,节省原料,更环保。
作为一种优选方案,所述氢气输送***还包括控制装置11和压力传感器10,所述压力传感器10设于第一气室71内,所述压力传感器10与控制装置11通信连接,所述输送泵2与控制装置11电连接。
工作时,当压力传感器10测得的压力值大于控制装置11内设定的第一压力阈值时,所述控制装置11控制输送泵2停止向重整器4输送甲醇水,即停止制氢,利用稳压罐7内的氢气向燃料电池6稳流输送;当压力传感器10测得的压力值小于控制内设定的第二压力阈值时,所述控制装置11控制输送泵2启动向重整器4输送甲醇水,重整器4重整制氢,向稳压罐7补充氢气,如此能智能调节氢气量,更有效节省原材料,更加环保。
作为一种优选方案,所述燃料电池6产生的电能中,一部分电能为控制装置11、压力传感器10、氢水分离器15、空气输送***的风机16、输送泵2、重整器4的电加热器42及补偿汽化装置5的电加热器51供电,余下电能经交直流转换器21后再输出,该交直流转换器21能进行DC/AC转化或DC/DC转化。
如图2所示为本实用新型之一优选实施例,其与上述实施例的不同之处在于:所述稳压输送组件还包括充气管道、充气阀18、充气泵19和泄气阀20,所述充气管道连接充气泵19和稳压罐7的第二气室72,所述充气阀18设于充气管道上,所述充气阀18用于在开启状态下向第二气室72填充压缩空气,所述泄气阀20与第二气室72连接,所述泄气阀20用于在开启状态下泄出第二气室72内的压缩空气以调整第二气室72内的气压,这样便能根据实际情况来调整第二气室72的气压,从而对向燃料电池6输送的氢气流量的控制更加精准,使氢气发电***运行更加稳定。
以上所述,仅是本实用新型较佳实施方式,凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种氢气稳流输入的氢气发电***,包括燃料电池和氢气输送***,所述燃料电池用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能,所述氢气输送***用于向燃料电池输送氢气,其特征在于:所述氢气输送***包括氢气源、稳压输送组件和氢气输出管道,所述稳压输送组件包括稳压罐、第一氢气输送管道和第二氢气输送管道,所述稳压罐包括由柔性隔膜分隔形成的第一气室和第二气室,所述第一氢气输送管道和第二氢气输送管道均与第一气室连通,所述氢气经第一氢气输送管道、第一气室、第二氢气输送管道进入燃料电池内,在燃料电池内,氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能,生成水,该生成的水及未反应的氢气再从燃料电池输出至氢气输出管道;所述稳压罐用于通过调节所述第一气室及第二气室的压力,以达到氢气能以稳定流量输送给燃料电池的目的。
2.根据权利要求1所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述稳压输送组件还包括进气阀和出气阀,所述进气阀装设于第一氢气输送管,所述出气阀装设于第二氢气输送管。
3.根据权利要求2所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述氢气源为甲醇水制氢***,该甲醇水制氢***包括甲醇水储存容器、输送泵、换热器和重整器,其中:
甲醇水储存容器,其内存储有液态的甲醇和水;
输送泵,用于将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至重整器之重整室;
换热器,安装于输送泵与重整器之间的输送管道上,低温的甲醇和水在换热器中,与重整室输出的高温氢气进行换热,甲醇和水温度升高、汽化;
重整器,设有重整室、电加热器、分离室和燃烧室,电加热器为重整室提供热能,重整室内设有催化剂,甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应,制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体,该高温混合气体进入分离室分离出高温氢气,该高温氢气在换热器中,与低温的甲醇和水进行换热,氢气温度降低,所述燃烧室用于燃烧制得的部分氢气,提供重整器运行的热量。
4.根据权利要求3所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述氢气输送***还包括控制装置和压力传感器,所述压力传感器设于第一气室内,所述压力传感器与控制装置通信连接,所述输送泵与控制装置电连接,所述控制装置根据压力传感器测得的压力值控制输送泵的开关。
5.根据权利要求4所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述稳压输送组件还包括充气管道、充气阀、充气泵和泄气阀,所述充气管道连接充气泵和稳压罐的第二气室,所述充气阀设于充气管道上,所述充气阀用于在开启状态下向第二气室填充压缩空气,所述泄气阀与第二气室连接,所述泄气阀用于在开启状态下泄出第二气室内的压缩空气以调整第二气室内的气压。
6.根据权利要求4所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述换热器和重整器之间还设有补偿汽化装置,该补偿汽化装置设有电加热器,所述甲醇和水经补偿汽化装置后可进一步汽化。
7.根据权利要求4所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述氢气输送***还包括氢水分离器,所述氢水分离器设置于氢气输出管道上,所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器分离后,氢气回流至氢气源之输出端。
8.根据权利要求7所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述氢气输出管道还设置有温度计、气压表和流量计,所述生成的水及未反应的氢气依次经温度计、气压表、流量计和氢水分离器后,氢气回流至氢气源之输出端。
9.根据权利要求8所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:还包括空气输送***,所述空气输送***包括风机及空气过滤网,外界空气可在所述风机的驱动作用下,经空气过滤网后,从燃料电池之空气进口进入,再从燃料电池之空气出口排出;在燃料电池内,氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能。
10.根据权利要求9所述的一种氢气稳流输入的氢气发电***,其特征在于:所述燃料电池产生的电能中,一部分电能为控制装置、压力传感器、氢水分离器、空气输送***的风机、输送泵、重整器的电加热器及补偿汽化装置的电加热器供电,余下电能输出。
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