一种甲醇燃料电池系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种甲醇燃料电池系统。本实用新型的技术方案是：包括依次连接的无焰燃烧室、重整器、热交换器以及电堆，所述无焰燃烧室包括将无焰燃烧产生的高温废气吹向重整器的鼓风机，所述无焰燃烧室与重整器之间设置有能够将高温废气的热量传递给重整器的吸热片，所述热交换器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、换热油管路、氢气高温管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口与重整器连通，所述无焰燃烧室包括与电堆的余气管道连通的气流进口，电堆的余气通过气流进口进入无焰燃烧室进行燃烧。本实用新型结构紧凑能够适用较多的应用场合、对能源的利用率高具有节能环保的优点。
【专利说明】
一种甲醇燃料电池系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种甲醇燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]目前的重整制氢和燃料电池分属两个独立模块，彼此没有余热交换，浪费了部分热量，或者两者仅做简单的组合，燃烧室、重整器、电堆顺序连接，热量利用效率低，因此将重整制氢和燃料电池集成到一个模块，提高热量利用率，进而提高发电模块的综合效率，也是一项急需的设计需求。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种结构紧凑从而能够适用较多的应用场合、对能源的利用率高以具有节能环保优点的重整制氢系统。
[0004]为实现上述目的，发明提供了如下技术方案:一种甲醇燃料电池系统，包括依次连接的无焰燃烧室、重整器、热交换器以及电堆，所述无焰燃烧室包括将无焰燃烧产生的高温废气吹向重整器的鼓风机，所述无焰燃烧室与重整器之间设置有能够将高温废气的热量传递给重整器的吸热片，所述热交换器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、换热油管路、氢气高温管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口与重整器连通，所述无焰燃烧室包括与电堆的余气管道连通的气流进口，电堆的余气通过气流进口进入无焰燃烧室进行燃
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[0005]优选的，所述重整器包括反应部、甲醇蒸汽流入导槽以及氢气流出流道。
[0006]优选的，所述反应部包括若干并列排布的翅片组。
[0007]优选的，所述无焰燃烧室包括电加热装置以及甲醇水第二注入口。
[0008]优选的，所述换热油管路中设置有三乙二醇溶液。
[0009]优选的，所述甲醇水中水的体积比为40%，重量比为45%。
[0010]优选的，所述反应部中设置有铜锌系催化剂。
[0011]本实用新型相对于现有技术具有如下优点，在正常工作时，其中无焰燃烧室的燃烧原料来自于电堆中未完全反应的氢气以及一氧化碳，在对能源的利用上来看，本实用新型能够利用通过电堆的未反应的氢气以及一氧化碳来使无焰燃烧室运行，不需要整个系统外再接入燃烧原料进行加热重整器，非常节能环保，并且整个系统在结构上非常精巧紧凑，可以适合更多的应用场合。启动时，无焰燃烧室通过注入的甲醇水进行无焰燃烧，无焰燃烧室产生的热量能够对重整器以及换热器进行预热，高温废气的热量被换热油管路吸收，换热油管路包括外接的循环栗，换热油管路可以对甲醇水以及电堆进行余热，在正常工作时，换热油管路又起到散热的作用。另外，正常工作状态中，重整器中产生的高温氢气进入换热器同样可以对甲醇水进行加热。整个系统充分的利用了自身的余热，节能环保。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的甲醇燃料电池系统的结构示意图；
[0013]图2为本实用新型的重整器与无烟燃烧室装配后的结构示意图；
[0014]图3为本实用新型的重整器去掉外壳后的结构示意图一；
[0015]图4为本实用新型的重整器去掉外壳后的结构示意图二；
[0016]图5为本实用新型的热交换器的结构示意图；
[0017]图6为图5的爆炸图。
[0018]图中:1、无焰燃烧室；11、鼓风机；12、气流进口； 13、电加热装置；14、甲醇水第一注入口； 2、重整器;21、反应部;211、翅片;22、甲醇蒸汽流入导槽;23、氢气流出流道;24、废气流出口；3、热交换器;31、甲醇水第二注入口；32、甲醇水汽化通道;33、换热油管路;34、甲醇蒸汽出口； 35、废气流通管路;36、废气排出口 4、吸热片;5、电堆;51、余气管道。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0020]如图1至图6所示，一种用于甲醇燃料电池组的重整制氢系统，包括依次连接的无焰燃烧室1、重整室2、热交换器3以及电堆5，所述无焰燃烧室I包括将无焰燃烧产生的高温废气吹向重整室2的鼓风机11，所述无焰燃烧室I与重整室2之间设置有能够将高温废气的热量传递给重整室2的吸热片4，所述重整室2包括反应部21、甲醇蒸汽流入导槽22以及氢气流出流道23，所述热交换器3包括甲醇水第一注入口 31、甲醇水汽化通道32、甲醇水加热管路33以及甲醇蒸汽出口 34，所述甲醇蒸汽出口 34与甲醇蒸汽流入导槽22连通。
[0021]本实用新型的工作原理如下:首先无焰燃烧器运行，燃烧产生的高温烟气通过鼓风机11引导吹向散热片，吸热片4吸收热量并将热量传递到重整室2，热量传递均匀，重整室2可以保持正常的工作温度，能够满足甲醇蒸汽进行重整反应的温度要求。高温废气经过重整室2后进入热交换器3，热交换器3的作用是将甲醇水溶液进行加温汽化形成甲醇蒸汽，甲醇蒸汽再送至重整室2的反应部21进行重整反应产生氢气、二氧化碳以及少量的一氧化碳，这些气体作为工作气体通过重整室2中的氢气流出流道23再进入热交换器3，工作气体在经过热交换器3时可以对甲醇水进行加热后再进入电堆5进行发电，前述的高温废气进入热交换器3后同样可以对甲醇水进行加热，最后通过废气排出口排到室外。
[0022]本实用新型中因为甲醇重整制氢的核心是通过催化剂将甲醇和水的混合液“重整”成为氢气和二氧化碳。由于重整的过程可以分解为两步:第一步是甲醇分解为一氧化成和氢气，第二部是一氧化碳和水反应生成二氧化碳和氢气。在这个系统反应中，水的比例如果高一些，就可以阻止CO的产生。本实用新型的重整反应中选择铜锌系催化剂，并且水的体积比为40%，重量比为45%的时候效果最好。为了保持这一比例，本实用新型在甲醇水中加入添加剂，这种添加剂的密度正好是和这个重量比下的甲醇水一致，而且该物质可以被过滤掉。如果甲醇水中未加入此物质，过滤的地方检测不到此物质，系统就会报警。确保重整反应的尚效进行。
[0023]参照图2，无焰燃烧室I包括与电堆5的余气管道连通的气流进口，电堆5的余气通过气流进口进入无焰燃烧室I进行燃烧。在正常工作时，其中无焰燃烧室I的原料来自于电堆5中未完全反应的氢气以及一氧化碳，在对能源的利用上来看，本实用新型能够利用通过电堆5的未反应的氢气以及一氧化碳来使无焰燃烧室I运行，不需要整个系统外再接入燃烧原料进行加热重整室2，非常节能环保，并且整个系统在结构上非常精巧紧凑，可以适合更多的应用场合。
[0024]本实用新型中，反应部21包括若干并列排布的翅片组211，甲醇蒸汽经过甲醇蒸汽流入导槽22进入反应部21进行反应，翅片组211可以均匀的从高温气体中吸收热量，重整室2中各处的温度均匀，重整反应效率高。
[0025]重整室2包括能够将高温废气导入热交换器3中的废气流出口24，热交换器3包括与甲醇水加热管路33接触的废气流通管路35以及将废气排出的废气排出口 36，所述废气排出口 36与废气流通管路35连通。
[0026]另外，无焰燃烧室I在工作时，其燃烧原料来自于电堆5余气，而在启动时，可以通过以下方案来实现，无焰燃烧室I包括电加热装置131，电加热装置13包括电热丝，电热丝首先通电加热无焰燃烧室I，当无焰燃烧室I的温度升高至175°C时，通过甲醇水第二注入口 14向无焰燃烧室I中加入甲醇溶液，甲醇溶液经过加热汽化后进行无焰燃烧，燃烧产生的高温废气通过吸热片4进行热传导从而对重整室2进行加热，经过重整室2的高温废气再对热交换器3进行加热，当热交换器3中的温度能够满足对甲醇溶液加热汽化的时候向热交换器3中通入甲醇溶液，然后甲醇溶液便会汽化，甲醇蒸汽再送至重整室2的反应部进行重整反应产生氢气、二氧化碳以及少量的一氧化碳，这些气体作为工作气体通过重整室2中的氢气流出流道23再进入热交换器3，工作气体在经过热交换器3时可以对甲醇水进行加热后再进入电堆5进行发电，电堆5的余气通过气流进口进入无焰燃烧室进行燃烧，至此，可以停止向甲醇水第二注入口 14中注入甲醇溶液，整个重整制氢系统后续的工作过程进入正常工作流程，正常工作的流程如前述。
[0027]在本实用新型中，高温废气对甲醇水的加热以及工作气体对甲醇水的加热是通过热交换器3中的甲醇水加热管路33来实现，甲醇水加热管路33中设置有三乙二醇溶液可以吸收高温废气以及工作气体中的热量，三乙二醇溶液在甲醇水加热管路33中循环流动来对甲醇溶液进行加热。
[0028]以上所述仅是发明的优选实施方式，发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于发明思路下的技术方案均属于发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。
【主权项】
1.一种甲醇燃料电池系统，其特征在于:包括依次连接的无焰燃烧室、重整器、热交换器以及电堆，所述无焰燃烧室包括将无焰燃烧产生的高温废气吹向重整器的鼓风机，所述无焰燃烧室与重整器之间设置有能够将高温废气的热量传递给重整器的吸热片，所述热交换器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、换热油管路、氢气高温管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口与重整器连通，所述无焰燃烧室包括与电堆的余气管道连通的气流进口，电堆的余气通过气流进口进入无焰燃烧室进行燃烧。2.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于:所述重整器包括反应部、甲醇蒸汽流入导槽以及氢气流出流道。3.根据权利要求2所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于:所述反应部包括若干并列排布的翅片组。4.根据权利要求3所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于:所述无焰燃烧室包括电加热装置以及甲醇水第二注入口。5.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于:所述换热油管路中设置有三乙二醇溶液。6.根据权利要求2所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于:所述反应部中设置有铜锌系催化剂。
【文档编号】H01M8/04014GK205488353SQ201620086700
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】陈刚, 沈建跃
【申请人】苏州氢洁电源科技有限公司