一种自供应氢气燃料电池系统及其工作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃料电池技术领域，具体是提供一种自供应氢气燃料电池系统及其工作方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池作为一种车用新能源，越来越成为研宄的热点，其中氢气供应技术也成为研宄的重点。质子交换膜燃料电池具有效率高、启动快、能量密度大、噪音低和无污染等优点，被认为最有可能替代内燃机成为下一代车用动力装置。氢气作为质子交换膜电池的燃料，自然界中不存在，只能通过别的能源转换，但由于氢气化学性质非常活泼，储氢成为一大难题。如果采用本专利设计的柴油自热转化，既实现了燃料电池的零排放，又解决了氢气来源的问题。专利(CN101142016B，US8349288)给出了油、氧均质转化的设备和方法以及甲烷的自热转化的途径和方法，但没有与燃料电池形成整体方案，对为燃料电池自供应氢气的设计还不充分，实际应用性还需进一步研宄，本专利将对柴油热解生成氢气进行系统研宄，提出更具有可行性的新型柴油自供应氢气整体方案。电解水可以生成氢气，是应用在实验室生成氢气的方法，这种方法不能应用于车载氢气的生成，本发明是对柴油车实现自生成氢气进而为燃料电池零排放提供能源设计的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的正是为了实现上面所叙述的氢气自供应，同时它能实现燃料电池的零排放，符合现在中国目前汽车减排的改革现状。
[0004]本发明提供一种自供应氢气燃料电池系统，包括柴油箱，气体分离器，燃料电池，低温分离反应器，高温分离反应器，自热重整器，水箱，催化燃烧器；
[0005]其中，柴油箱和催化燃烧器分别经管道与自热重整器连接；催化燃烧器又分别连接水箱与燃料电池；自热重整器、高温分离反应器、低温分离反应器、气体分离器、燃料电池按顺序依次串联连接；
[0006]其中，水箱的出水管连接催化燃烧器的进水口，催化燃烧器的蒸汽出口经管道连接自热重整器的油/汽入口，柴油箱的出油口也经管道连接自热重整器的油/汽入口，自热重整器的混合气体出口经管道连接高温分离反应器的气体入口，高温分离反应器的气体出口经管道连接低温分离反应器的气体入口，低温分离反应器的气体出口经管道连接气体分离器的混合气体进气口，气体分离器的出气口连接燃料电池的燃料入口，燃料电池的废气出口连接催化燃烧器的燃烧室。
[0007]进一步地，气体分离器具有外壳，该外壳顶部设置有空气入口，外壳侧下部设置有分呙气体出口。
[0008]本发明还提供了所述自供应氢气燃料电池系统的工作方法，柴油在自热重整器中与加热的水进行裂变反应，通过高温分离反应器，低温分离反应器，柴油的裂变反应非常充分，生成的CO和H2进入气体分离器中，与空气混合，得到适宜温度的O 2和H 2。作为燃料电池的阴、阳极产生电能，多余4以及前述生成的CO进入催化燃烧器中进行燃烧，最后生成水和CO2排入空气中。
[0009]作为优选，水从水箱进入催化燃烧器前被预加热。
[0010]本发明是使柴油通过热水蒸汽和O2产生充分裂变反应，生成CO和H2，其中H2就是燃料电池所需的燃料，与空气中的氧气在燃料电池中生成电能，CO进入催化燃烧器中进行燃烧生成0)2排入空气中，实现超低排放。
[0011]采用本发明可以使柴油机实现超低排放，做功能力提高，消除了 NOx和颗粒物的生成。燃料电池反应后只生成水，不含有任何污染物，彻底解决了柴油车供电问题，实现了柴油机的超低排放。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的总体方案系统图，
[0013]图中:1-柴油箱，2-气体分离器，3-燃料电池，4-低温分离反应器，5-高温分离反应器，6-自热重整器，7-水箱，8-催化燃烧器。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0015]本发明的自供应氢气燃料电池系统包括柴油箱1，气体分离器2，燃料电池3，低温分离反应器4，高温分离反应器5，自热重整器6，水箱7，催化燃烧器8 ;
[0016]其中，柴油箱I和催化燃烧器8分别经管道与自热重整器6连接；催化燃烧器8又分别连接水箱7与燃料电池3 ;自热重整器6、高温分离反应器5、低温分离反应器4、气体分离器2、燃料电池3按顺序依次串联连接；
[0017]其中，水箱7的出水管连接催化燃烧器8的进水口，催化燃烧器8的蒸汽出口经管道连接自热重整器6的油/汽入口，柴油箱I的出油口也经管道连接自热重整器6的油/汽入口，自热重整器6的混合气体出口经管道连接高温分离反应器5的气体入口，高温分离反应器5的气体出口经管道连接低温分离反应器4的气体入口，低温分离反应器4的气体出口经管道连接气体分离器2的混合气体进气口，气体分离器2的出气口连接燃料电池3的燃料入口，燃料电池3的废气出口连接催化燃烧器8的燃烧室。
[0018]本发明的气体分离器2具有外壳，该外壳顶部设置有空气入口，外壳侧下部设置有分离好的气体出口，该气体分离器2气体出口处设有流量调节装置，如流量阀，能够调节对燃料电池3的气体供应量。
[0019]基于前述燃料电池系统的工作方式为:水从水箱7进入催化燃烧器8进行加热，加热到100°C变成水蒸气进入自热重整器6，柴油从柴油箱I进入自热重整器6，在自热重整器6中与水蒸气、空气中的氧气进行裂变反应，为使反应充分，将经过高温分离反应器5和低温分离反应器4，从低温分离反应器4出来的是180°C的CO和H2,进入气体分离器2与空气混合，加热了空气中的O2，此时4和02温度约为150°C，正好符合高温燃料电池的电极所需，&和02进入燃料电池3进行电化学反应生成电能，为柴油车提供电能所需，未反应完的H#PC0进入催化燃烧器8中进行燃烧，最后生成CO2和水排入空气中。这样柴油车实现不燃烧发电、超低排放。
[0020]需要说明的是，水在从水箱7进入催化燃烧器8可以被预加热至合适温度，以加快其在催化燃烧器8中的汽化过程。
[0021]本发明系统的燃料电池可以工作在需要经常用电的柴油车上，比如冷藏车、搅拌车等。同时，燃料电池生成的电还可供车载其它电器设备使用，用于驾驶室制冷、座椅加热、
音响等。
[0022]本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如自热重整器和催化燃烧器的选择设置等，都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种自供应氢气燃料电池系统，包括柴油箱(I)，气体分离器(2)，燃料电池(3)，低温分离反应器(4)，高温分离反应器(5)，自热重整器(6)，水箱(7)，催化燃烧器(8); 其中，柴油箱(I)和催化燃烧器(8)分别经管道与自热重整器(6)连接；催化燃烧器(8)又分别连接水箱(7)与燃料电池(3);自热重整器(6)、高温分离反应器(5)、低温分离反应器(4)、气体分离器(2)、燃料电池(3)按顺序依次串联连接； 其中，水箱(7)的出水管连接催化燃烧器(8)的进水口，催化燃烧器(8)的蒸汽出口经管道连接自热重整器(6)的油/汽入口，柴油箱(I)的出油口也经管道连接自热重整器(6)的油/汽入口，自热重整器￠)的混合气体出口经管道连接高温分离反应器(5)的气体入口，高温分离反应器(5)的气体出口经管道连接低温分离反应器⑷的气体入口，低温分离反应器(4)的气体出口经管道连接气体分离器(2)的混合气体进气口，气体分离器(2)的出气口连接燃料电池⑶的燃料入口，燃料电池⑶的废气出口连接催化燃烧器⑶的燃烧室。2.如权利要求1所述的一种自供应氢气燃料电池系统，其特征在于:所述气体分离器(2)具有外壳，该外壳顶部设置有空气入口，外壳侧下部设置有分离气体出口。3.一种基于权利要求1或2任一项所述的一种自供应氢气燃料电池系统的工作方法，其特征在于:柴油从柴油箱(I)进入自热重整器￠)，水从水箱(7)经过催化燃烧器(8)也进入自热重整器￠);柴油在自热重整器6中与水蒸汽、空气中的氧气进行裂变反应，并经过高温分离反应器(5)和低温分离反应器(4)进行充分裂变，生成CO和H2, CO和H2经气体分离器(2)与空气混合，由气体分离器(2)为燃料电池(4)输出适当量和适宜温度的氏和O2，剩余4和CO进入催化燃烧器(8)进行燃烧。4.如权利要求3所述的工作方法，其特征在于:水从所述水箱(7)进入催化燃烧器(8)前被预加热。
【专利摘要】本发明公开了一种自供应氢气燃料电池系统，包括，柴油箱(1)，气体分离器(2)，燃料电池(3)，低温分离反应器(4)，高温分离反应器(5)，自热重整器(6)，水箱(7)，催化燃烧器(8)。采用高温分离反应器(5)、低温分离反应器(6)与自热重整器(7)，将柴油裂解为H2和CO，H2作为燃料电池的燃料与空气中的O2反应可产生电能，未反应的H2和CO进入催化燃烧器(8)，进行燃烧，给水的加热提供了保障；这样不仅能为燃料电池提供了氢气，同时又为产生氢气的自热转化器提供了高温水，整个过程柴油没有燃烧就产生电能，没有NOx和颗粒物的生成,只生成CO2，实现超低排放。本发明还公开了前述一种自供应氢气燃料电池系统的工作方法。
【IPC分类】H01M8/06, H01M8/22
【公开号】CN104953147
【申请号】CN201510383244
【发明人】刘永峰, 陈红兵, 秦建军, 裴普成, 姚圣卓
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月2日