一种氢气发电系统及其发电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发电设备技术领域，特别涉及一种氢气发电系统及其发电方法。
【背景技术】
[0002]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COjPSO2，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。
[0003]氢的用途很广，适用性强，其中，先进的氢-氧燃料电池发电系统还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种氢气发电系统已在移动通信基站等领域得到使用。在燃料电池的阳极:2H2— 4H++4e_，H2分裂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:02+4e_+4H+— 2H20，质子、电子和O2重新结合以形成H 20。在现有技术中，上述112来源于制氢设备或氢气储存装置，而上述02则直接来源于外界空气。
[0004]燃料电池在上述电化学反应产生电的过程中，会放出热量，该热量若不及时导走，会导致燃料电池温度不断升高而烧坏，因此，对燃料电池进行降温是非常重要的一环。在现有技术中，燃料电池降温系统主要有水循环降温系统，其主要构件包括燃料电池内的散热装置、水泵及相关配套管道和配套水箱，但是，现有技术中燃料电池降温系统均采用单一的水泵作为驱动水循环的动力，其产生的问题是:其一、由于单一的水泵作为动力时，往往要求该水泵具有较大功率，而该水泵的电源往往又来自于燃料电池，因此，单一的水泵作为动力时，需要耗费较多的能量，占用较多燃料电池产生的电能，不利于节能；其二、单一的水泵安全性低，当该水泵发生故障时，水循环降温系统即陷于瘫痪，直接损害燃料电池；其三、单一的水泵具有较大功率，噪音较大；其四、当单一的水泵功率不够时，则难以增加水循环流量，影响降温效率。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种氢气发电系统，该发电系统的水循环降温系统耗能低、噪音小、安全性高、可靠性强、降温效率高；为此，本发明还要提供一种该氢气发电系统的发电方法。
[0006]为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是:一种氢气发电系统，包括燃料电池及水循环降温系统，该燃料电池用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能，该水循环降温系统用于对燃料电池进行散热降温；所述水循环降温系统包括散热装置、至少两个水泵、第一水容器、集水器及控制装置；所述散热装置位于燃料电池内；所述第一水容器中的水可在水泵的驱动作用下，经集水器集水后，从燃料电池之进水口进入散热装置，再从燃料电池之出水口回流至第一水容器；所述控制装置与所述至少两个水泵电性连接，以控制每个水泵运转。
[0007]所述氢气发电系统还包括空气输送系统，该空气输送系统包括至少两个空气泵及集气器，外界空气可在所述空气泵的驱动作用下，经集气器集气后，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。
[0008]所述燃料电池与集气器之间安装有气压表、加湿器、加湿水泵、第二水容器及流量计；所述燃料电池、气压表、加湿器、流量计、集气器依次连接；所述第二水容器中的水为去离子水，该去离子水可在加湿水泵的驱动作用下，从加湿器之进水端进入，再从加湿器之出水口回流至第二水容器中。
[0009]所述氢气发电系统还包括氢气输送系统，该氢气输送系统包括氢气源、氢气输入管道及氢气输出管道；所述氢气源的氢气可从氢气输入管道进入燃料电池，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；所述氢气输出管道设置有氢水分离器，所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器分离后，氢气回流至所述氢气输入管道。
[0010]所述氢气输入管道设置有电磁阀、流量计、气压表和温度计，氢气源的氢气依次经电磁阀、流量计、气压表和温度计后进入燃料电池；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。
[0011]所述氢气源为甲醇水制氢系统，该甲醇水制氢系统包括甲醇水储存容器、输送泵、换热器、重整器、分离装置，其中:
甲醇水储存容器，其内储存有液态的甲醇和水；
输送泵，用于将甲醇水储存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混合气体进行换热，甲醇和水温度升高、汽化；
重整器，设有重整室及电加热器，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，该高温混合气体经换热器后，进入分离装置，该高温混合气体在换热器中，与低温的甲醇和水进行换热，混合气体温度降低；
分离装置，用于分离以二氧化碳和氢气为主的混合气体，混合气体经分离装置后，分离出氢气，该氢气从氢气输入管道进入所述燃料电池；
所述燃料电池产生的电能中，一部分电能为控制装置、水循环降温系统的水泵、空气输送系统的空气泵、输送泵及重整器的电加热器供电，余下电能输出。
[0012]所述换热器与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；所述燃料电池产生的电能还为补偿汽化装置的电加热器供电。
[0013]所述第一水容器中的水为去离子水，所述集水器与燃料电池之间还安装有压力表。
[0014]为解决上述第二个技术问题，本发明的一种技术方案是:氢气发电系统的发电方法，包括以下步骤:
(1)燃料电池在电化学反应产生电的过程中，将即时温度信号反馈给控制装置；
(2)控制装置根据即时温度信号控制水循环降温系统中适当数量的水泵运转，当即时温度较低时，控制较少的水泵运转，当即时温度较高时，控制较多的水泵运转；
(3)控制装置实时侦测水循环降温系统中