一种甲醇重整供氢燃料电池系统及房车的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种甲醇重整供氢燃料电池系统及房车。

背景技术：

甲醇重整供氢燃料电池是以甲醇水溶液作为燃料，通过甲醇重整将其转化为氢气，氢气流经燃料电池将化学能直接转换成电能输出的装置。由于甲醇是最经济廉价的原料，而且工作高效、环境友好，因此甲醇重整供氢燃料电池逐渐被人们认识并常常应用于房车、占地医院等临时户外活动场所。

甲醇重整供氢燃料电池在产生发电的同时，伴随有大量的热量产生。热量主要从甲醇重整供氢模块和氢气发电模块两处产生，其中，甲醇重整供氢模块产生的尾排温度高达400℃左右，这些高温尾排空气直接排入环境中不仅造成了能源的浪费，而且排放过程也存在一定的风险。氢气发电模块排出的温度虽然比甲醇重整供氢模块产生的尾排温度相对较低，但直接排入大气仍然是一种浪费。据统计，目前甲醇产生的能量的利用率不足70％，其余30％的能量以热量方式被肆意排入大气中。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种甲醇重整供氢燃料电池系统及房车，用以解决现有甲醇能量利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种一种甲醇重整供氢燃料电池系统，其包括甲醇重整供氢模块和氢气发电模块，所述甲醇重整供氢模块用于将甲醇重整产生氢气，所述氢气发电模块用于利用所述甲醇重整供氢模块产生的氢气产生电能，所述甲醇重整供氢燃料电池系统还包括第一热交换装置和/或第二热交换装置，所述第一热交换装置与所述氢气发电模块中的冷却液进行热交换，吸收所述冷却液中的热量并加热气体；所述第二热交换装置与所述甲醇重整供氢模块产生的尾排进行热交换，吸收所述尾排中的热量并加热储能介质。

优选地，所述第一热交换装置为热交换器，所述冷却液在所述热交换器中流动的同时，与所述热交换器外部的气体进行热交换。

优选地，在所述第一热交换装置和所述氢气发电模块之间设置有手动阀门，所述手动阀门的用于控制流入所述第一热交换装置的冷却液的流量。

优选地，所述第二热交换装置包括热交换器、水泵和水箱，所述热交换器包括内管和外管，所述内管设置在所述外管内，所述外管与所述水箱连通，所述水箱用于储存储能介质，所述水泵设置在所述外管和所述水箱之间，所述水泵用于驱动所述储能介质在所述水箱和所述外管之间流动；所述尾排在所述内管内流动，所述尾排中的热量在所述热交换器中与所述储能介质进行热交换。

优选地，所述内管和所述外管的材质为铜或铝，所述热交换器为导热式热交换器和/或换热式热交换器。

优选地，所述甲醇重整供氢燃料电池系统还包括中央控制系统，所述中央控制系统包括终端、中央处理器和温度传感器，所述终端和所述温度传感器与所述中央处理器电连接，所述温度传感器用于检测气体和/或储能介质的温度，并将检测到的温度信号传输至所述中央处理器，所述中央处理器根据所述温度信号控制所述第一热交换装置和/或第二热交换装置的运行状态。

优选地，在所述第一热交换装置和所述氢气发电模块之间设置有电磁阀门，所述电磁阀门的控制端与所述中央处理器电连接，所述中央控制器根据所述温度信号控制所述电磁阀门的导通，从而控制流入所述第一热交换装置的冷却液的量。

优选地，所述第二热交换装置包括流量控制器、热交换器、水泵和水箱，所述热交换器包括内管和外管，所述内管设置在所述外管内，所述外管与所述水箱连通，所述水箱用于储存储能介质，所述水泵设置在所述外管和所述水箱之间，所述水泵用于驱动所述储能介质在所述水箱和所述外管之间流动；所述尾排在所述内管内流动，所述尾排中的热量在所述热交换器中与储能介质进行热交换；所述流量控制器与所述中央处理器电连接，所述流量控制器设置在所述热交换器的外管，所述流量控制器根据所述中央处理器的指令控制所述热交换器的外管内储能介质的流速。

另外，本发明实施例还提供一种房车，包括房间和甲醇重整供氢燃料电池系统，在所述房间内设置有空调系统和淋浴系统，所述甲醇重整供氢燃料电池系统采用本发明实施例所述的甲醇重整供氢燃料电池系统，第一交换装置为空调系统提供热量，第二热交换装置为淋浴系统提供热量。

其中，所述房车用于战地医院、战地指挥所或旅游车。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提供的甲醇重整供氢燃料电池系统，利用第一热交换装置将氢气发电模块中的热量回收，用于加热气体，利用第二热交换装置将甲醇重整供氢模块中尾排的热量回收，用于加热储能介质，降低了尾排的温度，提高了安全性；更重要的是，将甲醇发电过程中产生的热量的利用率提高到90％以上，从而将甲醇燃料的利用率提高到97.6％以上，有利于降低了能源的消耗。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的甲醇重整供氢燃料电池系统的结构示意图。

图2为本发明实施例2提供的甲醇重整供氢燃料电池系统的结构示意图。

图3为本发明实施例1和实施例2提供的甲醇重整供氢燃料电池系统的原理图。

附图标号：

1-甲醇重整供氢模块，2-氢气发电模块，3-第一热交换装置，4-第二热交换装置，41-热交换器，41a-内管，41b-外管，42-水泵，43-水箱，44-流量控制器，5-手动阀门或磁控阀门，6-中央处理系统，61-终端，62-中央处理器，63-温度传感器。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种甲醇重整供氢燃料电池系统。如图1所示，甲醇重整供氢燃料电池系统包括甲醇重整供氢模块1和氢气发电模块2，甲醇重整供氢模块1用于将甲醇重整产生氢气，氢气发电模块2用于利用甲醇重整供氢模块产生的氢气产生电能。

本实施例提供的甲醇重整供氢燃料电池系统还包括第一热交换装置3和第二热交换装置4两者之一，或第一热交换装置3和第二热交换装置4同时存在。第一热交换装置3与氢气发电模块1中的冷却液进行热交换，吸收冷却液中的热量并加热气体；第二热交换装置4与甲醇重整供氢模块2产生的尾排进行热交换，吸收尾排中的热量并加热储能介质。

在本实施例中，第一热交换装置3是回收氢气发电模块1中的热量，即冷却液中的热量，由于冷却液中热量的较少，温度较低，将冷却液中的热量回收后可以直接作为暖风供应封闭空间。为此，第一热交换装置3为热交换器，将冷却液引入热交换器中，使冷却液在热交换器中流动，并通过热交换器使冷却液中的热量与热交换器外部的气体进行热交换，从而将冷却液中的热量回收。

作为本实施例的一个优选实施例，在第一热交换装置3和氢气发电模块1之间设置有手动阀门5，手动阀门5的用于控制流入第一热交换装置的冷却液的流量。

在本实施例中，第二热交换装置4包括热交换器41、水泵42和水箱43，热交换器包括内管41a和外管41b，内管41a设置在外管41b内，外管41b与水箱43连通，水箱43用于储存储能介质，水泵42设置在外管41b和水箱43之间，水泵42用于驱动储能介质在水箱43和外管41b之间流动；尾排在内管41a内流动，尾排中的热量在热交换器41中与储能介质进行热交换。其中，热交换器41可以采用导热式热交换器，也可以采用换热式热交换器，或者两者都采用。储能介质可以采用但不限于水。内管41a和外管41b的材质为铜或铝等导热良好的材料。

在本实施例中，由于甲醇重整供氢模块产生的尾排中热量较多，不适于将回收的热量直接为空调提供热风，优选将热量存储在某些储能介质中，如储存在水中，然后再利用。在内管41a和外管41b中分别通入尾排和储能介质，实现尾排和储能介质热量的交换，这种热交换方式能够通过控制尾排和储能介质的流速而控制热量交换的速率和量。

实施例2

本实施例提供另一种甲醇重整供氢燃料电池系统。如图2所示，如图1所示，甲醇重整供氢燃料电池系统包括甲醇重整供氢模块1、氢气发电模块2、第一热交换装置3、第二热交换装置4和中央处理器6，甲醇重整供氢模块1用于将甲醇重整产生氢气，氢气发电模块2用于利用甲醇重整供氢模块产生的氢气产生电能。第一热交换装置3与氢气发电模块1中的冷却液进行热交换，吸收冷却液中的热量并加热气体；第二热交换装置4与甲醇重整供氢模块2产生的尾排进行热交换，吸收尾排中的热量并加热储能介质。

在本实施例中，第一热交换装置3和第二热交换装置4的设置方式与实施例1相同，在此不再赘述。另外，在本实施例中，第一热交换装置3和第二热交换装置4也可以二选一，同样属于本发明的保护范围。

中央控制系统6包括终端61、中央处理器62和温度传感器63，所述终端61和所述温度传感器63与所述中央处理器62电连接，所述温度传感器63用于检测气体和/或储能介质的温度，并将检测到的温度信号传输至中央处理器62，中央处理器62根据温度信号控制第一热交换装置3和/或第二热交换装置4的运行状态。其中，终端61可以但不限于采用操控面板和遥控器。

作为本实施例的一个优选实施例，在第一热交换装置3和氢气发电模块1之间设置有电磁阀门5，电磁阀门5的控制端与中央处理器62电连接，中央控制器62根据温度信号控制电磁阀门5的导通，从而控制流入第一热交换装置3的冷却液的量。

作为本实施例的另一个优选实施例，第二热交换装置4包括热交换器41、水泵42、水箱43和流量控制器44，热交换41包括内管41a和外管41b，内管41a设置在外管41b内，外管41b与水箱43连通，水箱43用于储存储能介质，储能介质采用但不限于采用水等液体。水泵42设置在外管41b和水箱43之间，水泵42用于驱动储能介质在水箱43和外管41b之间流动；尾排在内管41a内流动，尾排中的热量在热交换器41中与储能介质进行热交换；流量控制器44与中央处理器6电连接，流量控制器44设置在热交换器41的外管41b内，流量控制器44根据中央处理器6的指令控制热交换器41的外管41b内储能介质的流速。中央处理器6的指令是根据温度传感器63获得的。其中，热交换器41可以采用导热式热交换器，也可以采用换热式热交换器，或者两者都采用。

实施例1和实施例2提供的甲醇重整供氢燃料电池系统，利用第一热交换装置将氢气发电模块中的热量回收，用于加热气体，利用第二热交换装置将甲醇重整供氢模块中尾排的热量回收，用于加热储能介质，降低了尾排的温度，提高了安全性；更重要的是，将甲醇发电过程中产生的热量的利用率提高到90％以上，从而将甲醇燃料的利用率提高到97.6％以上，有利于降低了能源的消耗。

实施例3

本实施例提供一种房车，其包括房间和甲醇重整供氢燃料电池系统，在所述房间内设置有空调系统和淋浴系统，空调系统为房间提供暖风，淋浴系统为房间提供热水；其中，甲醇重整供氢燃料电池系统实施例1、实施例2及其优选、变型实施例中提供的甲醇重整供氢燃料电池系统，第一交换装置为空调系统提供热量，使空调系统获得暖风；第二热交换装置为淋浴系统提供热量，使淋浴系统获得热水。

使用人员通过终端61将控制信号传输至中央处理器62，中央处理器62将磁控阀门5打开，第一热交换装置3将氢气发电模块2中的热量回收，并为空调系统提供暖风，温度传感器63采集房间内的温度，并将采集信号传输至中央处理器62，中央处理器62判断房间内的温度是否达到预设温度，若否，则使磁控阀门5保持打开状态；若是，则关闭磁控阀门5，当房间内的温度再次低于预设温度时，中央处理器62再次打开磁控阀门5，从而使房间内的温度保持恒定。

类似地，终端61将控制信号传输至中央处理器62，中央处理器62将流量控制器44打开，第二热交换装置4回收甲醇重整供氢模块产生的尾排中的热量，温度传感器63采集水箱43内的温度，当水箱43内的温度达到预设温度时，中央处理器62控制流量控制器44关闭，停止加热水箱43内的水；当水温低时再次开始加热，使中央处理器62控制流量控制器44再次打开，而且可以控制流量控制器44的开启大小，从而精确控制水温的温度和加热速度。

上述实施例提供的甲醇重整供氢燃料电池系统既有电能的输出，又有热的输出，为户外应用场所提供电能的同时又可以提供热水和暖风。中央控制系统可以实现温度的封闭室内温度的自我调控，生活用水的自动加热等，并且可以提供远程控制，使得运用更方便，生活更舒适。

本实施例提供的房车可以用于战地医院、战地指挥所或旅游车。如在野外游玩驻地的旅游车上运用5kw甲醇重整供氢燃料电池，设定内部封闭空间为20m³，房间温度从5℃提升到25℃仅需要20min；若需要将房间内的温度从10℃提升到25℃，则需要仅15min。在20min内还可以将200kg水从0℃加热至60℃，能供给5-6个人的洗澡用水。该甲醇重整供氢燃料电池系统使野外生活变得更加舒适，同时节约了能源且不会破坏环境，实现零污染，并使甲醇燃料的利用率提至大于97.6％，从而提高了甲醇重整供氢燃料电池的综合效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。