[发明专利]一种车用甲醇燃料电池系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种车用甲醇燃料电池系统及其工作方 法。

背景技术

燃料电池汽车具有效率高、噪音低、无污染物排出等优点。在燃料电池的阳极(燃 料极)输入氢气(燃料)，在电池阴极输入氧气，完成电化学反应放出热量，可连续不 断地向汽车提供电力。

但自然界没有氢气，人工制取氢气后其储氢、运氢和加氢面临一系列问题。水蒸 气重整反应是甲醇制氢法中氢含量最高的反应，该方法对环境不造成污染，可以实现零 排放。因此在环境保护日益要求严格的今天，氢燃料电池迅猛发展，采用甲醇水蒸汽重 整制氢为氢燃料电池汽车提供氢源是非常好的选择。发明专利(CN103869045B)给出了 一种测试甲醇燃料电池阳极材料活性的方法，但没有对甲醇燃料电池整体系统进行解 释，整个装置设计还不充分，还需要进一步研究。

由于车用燃料电池为质子交换膜电池，其氢燃料需要很高的浓度，CO含量需控制 在100ppm以下，但工业上提出的甲醇分解法制氢分解气中含有30％(mol)以上的CO，而 CO使燃料电池的铂电极严重中毒，需将CO转化，这样就需较大的转化器，因此不宜直 接用于燃料电池车上。

本发明将对一种车用甲醇燃料电池系统进行研究，利用甲醇重整获得高浓度氢气， 提出更具有可行性的车用甲醇燃料电池的整体系统方案。

发明内容

本发明的目的正是为了提出一种车用甲醇燃料电池系统，利用甲醇重整获得高浓 度氢气并供给燃料电池堆发电。同时本发明的系统又能实现电池堆产生水的循环使用， 符合现在中国目前节能减排改革现状。

本发明提供一种车用甲醇燃料电池系统，主要包括储料箱、重整器、水箱、气体 处理器、调节器、催化燃烧器、储气罐、燃料电池堆、变频器；

储料箱与重整器的甲醇入口连接；

水箱与重整器的水入口连接；

重整器的气体出口经管道连接至气体处理器；

气体处理器具有外壳，气体入口设置于外壳一侧部，氢气出口设置于外壳另一侧 部，氢气出口经调节器连接储气罐；

外壳上部设有混合气体出口，经管道与催化燃烧器连接；

储气罐经阀连接至燃料电池堆的阳极；

燃料电池堆的废气出口经管道与催化燃烧器连接；

燃料电池堆的水出口经管道与水箱连接；

燃料电池堆的电能输出端电连接变频器。

进一步地，变频器与电动马达电连接，电动马达的输出轴与齿轮箱连接。

作为优选，催化燃烧器的排气口连接至换热器，换热器的热气出口通至燃料电池 堆。

本发明还提供了所述系统的工作方法：甲醇从储料箱、水从水箱进入重整器，重 整转化为氢气、CO₂和CO；转化后的混合气进入气体处理器分离，分离后的氢气经调节 器存入储气罐中；氢气由储气罐进入燃料电池堆的阳极，空气中的氧气进入燃料电池堆 的阴极，氢气与氧气在燃料电池堆中发生电化学反应生成电能。

作为优选，甲醇与水在220～280℃下，在重整器中的专用催化剂上进行催化重整。

作为优选，经气体处理器分离后的氢气利用变压吸附技术处理后存入储气罐。

作为优选，调节器将氢气加压至25MPa。

作为优选，燃料电池堆中未反应的氢气进入催化燃烧器中燃烧产生热能，热能经 换热器9处理后通入燃料电池堆，使燃料电池堆保持恒定工作温度。

作为优选，燃料电池堆生成的水进入水箱。

进一步地，电能经变频器处理供给电动马达，电动马达驱动齿轮箱运转。

本发明是通过利用甲醇重整产生氢气，经过处理、调压，得到供给燃料电池堆的高 浓度氢气。且电池堆电解产生的水可以循环使用，节约了水资源。

采用本发明设计的甲醇燃料电池系统，能够极大拓宽燃料电池氢燃料获取的途径， 扩大了甲醇燃料电池的使用范围。

附图说明

图1是本发明的总体方案流程图。

图中：1、储料箱；2、重整器；3、水箱；4、气体处理器；5、调节器；6、催化燃 烧器；7、储气罐；8、燃料电池堆；9、换热器；10、变频器；11、电动马达；12、齿 轮箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：