[发明专利]一种高效热能利用的燃料电池供氢系统

说明书

技术领域

本发明属于氢能源领域，特别涉及一种高效热能利用的燃料电池供氢系统。

背景技术

当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤、石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

氢燃料电池技术，一直被认为是利用氢能、解决未来人类能源危机的终极方案。20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。

大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低峰，这就会导致停电或电压不稳。另外，传统的火力发电站的燃烧能量大约有70％要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60％～80％，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。

发明目的

本发明的是基于氢燃料电池吹扫尾气的主要成分为氢气，而脱氢系统中的脱氢反应釜工作时需要热量，如果将供氢系统产生的氢气通过燃料电池发电并通过电转换为热的装置供给脱氢系统，在相同净输出功率的情况下，使用的燃料电池额定功率会变大，并且氢气燃烧的热利用率较高。综上考虑本发明的目的是提供一种高效热能利用的燃料电池供氢系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高效热能利用的燃料电池供氢系统，包括氢燃料电池，还包括：脱氢热利用设备，所述脱氢热利用设备包括脱氢反应釜和氢燃料热利用装置，所述脱氢反应釜用于将液态氢源材料通过脱氢反应产生氢气，脱氢反应釜产生的氢气部分通过管路提供给氢燃料电池，部分氢气提供给氢燃料热利用装置；所述氢燃料热利用装置用于将脱氢反应釜产生的部分氢气以及氢燃料电池的吹扫尾气转为热能提供给脱氢反应釜。

所述脱氢反应釜和氢燃料热利用装置为两个独立的装置。所述氢燃料热利用装置将氢气燃烧产生的热能，热能经导热介质通过设置在脱氢反应釜外部或内部的换热装置传递给脱氢反应釜。所述导热介质为导热油或金属盐浴。

所述脱氢热利用设备中的脱氢反应釜和氢燃料热利用装置为一个整体装置。所述氢燃料热利用装置通过将氢气燃烧后产生热能传递给脱氢反应釜。

由于液态氢源材料的脱氢反应需要吸热，将脱氢反应产生的部分氢气以及氢燃料电池的吹扫尾气(主要成分为氢气)进行燃烧，并将燃烧产生的热供给脱氢装置。将进行利用的装置可以采用两种形式：一种是直接将氢燃烧热利用装置与脱氢反应釜结合设计成整体，将燃烧产生的热量直接给脱氢反应釜供热；一种是将氢燃烧热利用装置产生的热能通过导热装置将热量供给脱氢反应釜。

本发明的有益效果：(1)可以提高能量利用率，如果将脱氢系统产生的氢气通过燃料电池发电，然后再将燃料电池发的电通过电热转化装置变成热供给脱氢反应釜，能量利用率不高。(2)可以将燃料电池的吹扫尾气，主要是氢气(约占燃料电池消耗氢气的总量1～10％)可以利用起来。(3)减少燃料电池电堆的使用，可以降低成本。

附图说明

图1是实施例1高效热能利用的燃料电池供氢系统的结构示意图。

图2是实施例1中脱氢热利用设备的结构示意图。

图3是实施例2高效热能利用的燃料电池供氢系统的结构示意图。

图4是实施例3高效热能利用的燃料电池供氢系统的结构示意图。

图5是实施例3中脱氢热利用设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。