一种散热好的氢气发电系统的制作方法

本实用新型涉及发电设备技术领域，特别涉及一种散热好的氢气发电系统。

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系统，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系统。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系统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：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，空气输送散热系统包括空气泵和集起器，外界空气在空气泵的驱动下，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，该空气输送散热系统不能对燃料电池进行散热，当燃料电池的热量过高，容易导致燃料电池停止运行，影响燃料电池的发电性能及使用寿命，为避免这样的情况发生，就得配套一系列的散热系统，而通常而言散热系统为水循环散热系统，这样一来就得配置更多的零件，从而使氢气发电系统的体积增大，更提高了氢气发电系统的制造成本。

技术实现要素：

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，提供一种散热好的氢气发电系统，其既使燃料电池的温度维持在适宜的温度范围内，保持燃料电池的工作最佳状态，有效提高燃料电池的发电性能，同时又能降低氢气发电系统的制造成本。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种散热好的氢气发电系统，包括燃料电池和空气输送散热系统，所述燃料电池用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能，空气输送散热系统用于向燃料电池输送空气及对燃料电池进行散热降温，所述空气输送散热系统包括风机、温度传感器和控制装置，所述风机设于燃料电池的一侧，所述温度传感器设于燃料电池附近，用于测定燃料电池周围的温度，所述风机与控制装置电性连接，所述温度传感器与控制装置通信连接，所述控制装置根据温度传感器测得的温度值控制所述风机的转速。

作为一种优选方案，所述风机为离心风机。

作为一种优选方案，所述空气输送散热系统还包括空气过滤网，所述空气过滤网设于燃料电池远离风机的一侧。

作为一种优选方案，所述散热好的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，生成水及未反应的氢气再从燃料电池输出至氢气输出管道。

作为一种优选方案，所述散热好的氢气发电系统还包括氢水分离器，所述氢水分离器设于氢气输出管道上，所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器分离后，氢气回流至氢气输入管道。

作为一种优选方案，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。

作为一种优选方案，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、电加热器和分离室，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。

作为一种优选方案，所述重整室还设有燃烧室，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，所述燃料电池产生的电能中，一部分电能为控制装置、风机、温度传感器、氢水分离器、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：通过风机、温度传感器和控制装置的配合能保证燃料电池周围的温度一直保持在适宜的温度范围内，保持燃料电池1在最佳状态，能有效提高燃料电池的发电性能；本氢气发电系统的空气输送散热系统采用风机，一方面为燃料电池的电化学反应提供氧气，另一方面为燃料电池降温，能有效避免燃料电池因温度过高而停止工作，有效延长燃料电池的使用寿命，且无需另外添加散热系统，能有效降低发电系统的制造成本；由于风机采用的是离心风机，其体积小，便于安装，且价格实惠，能有效降低发电系统的制造成本；本风机噪音少，有利于减少噪音污染，功率低，能节约电能损耗。

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为本实用新型之一优选实施例的组装结构示意图。

图中：1-氢气源，2-燃料电池，3-电磁阀，4-流量计，5-气压表，6-温度计，7-温度计，8-气压表，9-流量计，10-风机，11-温度传感器，12-空气过滤网，13-氢水分离器，14-交直流转换器，15-甲醇水储存容器，16-输送泵，17-换热器，18-重整器，181-重整室，182-电加热器，183-分离室，184-燃烧室，185-排气管，19-补偿汽化装置，191-电加热器，20-控制装置。

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，一种散热好的氢气发电系统，包括燃料电池1和空气输送散热系统，所述燃料电池1用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能，空气输送散热系统用于向燃料电池1输送空气及对燃料电池1进行散热降温，所述空气输送散热系统包括风机10、温度传感器11和控制装置20，所述风机10设于燃料电池1的一侧，所述温度传感器11设于燃料电池1附近，用于测定燃料电池1周围的温度，所述风机10与控制装置20电性连接，所述温度传感器11与控制装置20通信连接，所述控制装置20根据温度传感器11测得的温度值控制所述风机10的转速。

作为一种优选方案，所述风机10为离心风机10。本实施例中使用的离心风机10的额定转速为1560rpm，额定电压为48V，额定电流为3.4A，额定功率为163W，工作温度为25℃~80℃。这个离心风机10的体积小，便于安装，且价格实惠，能有效降低发电系统的制造成本；本离心风机10噪音少，有利于减少噪音污染；功率低，能节约电能损耗。

作为一种优选方案，所述空气输送散热系统还包括空气过滤网12，所述空气过滤网12设于燃料电池1远离风机10的一侧，在风机107的驱动下，外界空气经空气过滤网12后，从燃料电池1之空气进口进入，再经燃料电池1之空气出口，从风机10处排出。

作为一种优选方案，所述散热好的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2、氢气输入管道及氢气输出管道，所述氢气源2的氢气可从氢气输入管道进入燃料电池1，在燃料电池1内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能，生成水及未反应的氢气再从燃料电池1输出至氢气输出管道。

作为一种优选方案，所述散热好的氢气发电系统还包括氢水分离器13，所述氢水分离器13设于氢气输出管道上，所述生成的水及未反应的氢气经氢水分离器13分离后，氢气回流至氢气输入管道。

作为一种优选方案，所述氢气输入管道设置有电磁阀3、流量计4、气压表5和温度计6，氢气源2的氢气依次经电磁阀3、流量计4、气压表5和温度计6后进入燃料电池1；所述氢气输出管道还设置有温度计7、气压表8和流量计9，所述生成的水及未反应的氢气依次经温度计7、气压表8、流量计9和氢水分离器13后，氢气回流至氢气源2之输出端。

工作时，当温度传感器11测得的温度值大于控制装置20设定的温度阈值范围时，控制装置20控制风机10加大转速，以此加快带走燃料电池1的热量，起到散热功能，以使燃料电池1快速降温；当温度传感器11测得的温度值小于或处于控制装置20设定的温度阈值范围时，控制装置20控制风机10以较低的转速运作，如此使风机10便能以较低的功率运作，耗能小，占用较少燃料电池1产生的电能；本实用新型的空气输送散热系统采用风机10，一方面为燃料电池1的电化学反应提供氧气，另一方面为燃料电池1降温，能有效避免燃料电池1因温度过高而停止工作，有效延长燃料电池1的使用寿命；通过风机10、温度传感器11和控制装置20的配合能保证燃料电池1周围的温度一直保持在适宜的温度范围内，保持燃料电池1在最佳状态，能有效提高燃料电池1的发电性能。

在燃料电池1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1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1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1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13分离后，氢气回流至氢气源21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。

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：所述氢气源2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15、输送泵16、换热器17和重整器18，其中：

甲醇水储存容器15，其内存储有液态的甲醇和水；

输送泵16，用于将甲醇水存储容器中的甲醇和水输送至重整器18之重整室181；

换热器17，安装于输送泵16与重整器18之间的输送管道上，低温的甲醇和水在换热器17中，与重整室181输出的高温氢气进行换热，甲醇和水温度升高、汽化；

重整器18，设有重整室181、电加热器182、分离室183、燃烧室184和排气管185，电加热器182为重整室181提供热能，重整室181内设有催化剂，甲醇和水在重整室181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系统，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183分离出高温氢气，该高温氢气在换热器17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184内进行燃烧（此处燃烧的主要燃料为剩余未被分离的氢气），提供重运行的热量，经燃烧室184燃烧后的剩余混合气体经排气管185排出。

作为一种优选方案，所述换热器17和重整器18之间还设有补偿汽化装置19，该补偿汽化装置19设有电加热器191，所述甲醇和水经补偿汽化装置19后可进一步汽化。

进一步，所述甲醇水制氢系统中，重整器18需要设置启动装置，该启动装置有三种方案：其一、重整器18设置电池启动装置，该电池启动装置可在重整器18启动过程中，为输送泵16及重整器18的电加热器182供电；其二、重整器18或设置有燃烧式启动装置，该燃烧式启动装置可在重整器18启动过程中，通过燃烧甲醇为重整室181加热；其三、甲醇水制氢机还设有贮氢瓶，该贮氢瓶可在重整器18启动过程中，为燃烧电池输入氢气，使燃料电池1工作，产生电能。

作为一种优选方案，所述燃料电池1产生的电能中，一部分电能为控制装置20、风机10、温度传感器11、氢水分离器13、输送泵16、重整器18的电加热器182及补偿汽化装置19的电加热器191供电，余下电能经交直流转换器14后再输出，该交直流转换器14能进行DC/AC转化或DC/DC转化。

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。