[发明专利]一种重整燃料电池系统的运行方法

说明书

一种重整燃料电池系统的运行方法，在系统启动阶段，由所述加热装置1为所述燃料重整器提供热量，同时所述加热装置2为所述闭环管路内的导热循环介质提供热量进而间接为燃料电池电堆提供热量；在系统运行阶段，待燃料电池电堆电压高于设定值V_S时，所述燃料电池电堆对外输出；所述导热循环介质经一换热装置散热；在系统停机阶段，通过增大所述导热循环介质的流速降低所述燃料电池电堆温度，至电堆温度低于设定值T_S2时，所述燃料存储装置停止为所述燃料重整器提供燃料。与现有技术相比，本发明所述运行方法充分利用各品级热能，优化了系统热管理措施，在系统快速启动，高效运行方面优势明显。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种重整燃料电池系统的运行方法。

背景技术

燃料电池是一类将燃料化学能直接转换为电能的能量转化装置，具有效率高、无污染、噪音低等诸多优势，在动力电源、备用电源及移动电源领域应用前景广阔。

氢气是燃料电池的首选燃料，但由于目前氢气在制备、存储、运输等方面存在诸多问题，限制了其大规模应用。使用液态燃料(甲醇、乙醇、柴油等)重整制氢是行之有效的解决办法。

目前重整燃料电池根据燃料电池工作温度不同，可分为低温和高温两大类。低温是以基于Nafion的质子交换膜为主，工作温度在60-80℃，一氧化碳(CO)的耐受性仅为10ppm，但是重整器出来的混合气中CO浓度可高达数万ppm，故需采用多级净化或Pd膜分离降低CO浓度，整个系统流程结构复杂，体积庞大效率低。高温是以基于PBI/H₃PO₄或固体酸的离子交换膜为主，工作温度在150-250℃，CO耐受性可达30000ppm甚至更高，重整气无需净化便可直接进入燃料电池，省却了多个反应器件，系统流程大幅简化，效率亦有提升。

高温重整燃料电池系统涉及到燃料燃烧、汽化、重整、电化学氧化等多个反应，温度条件各不同，如何合理分配利用热流是提升系统效率的关键。针对上述问题，本发明提出一种重整燃料电池系统运行方法，该运行方法充分利用各品级热能，优化了系统热管理措施，在系统快速启动，高效运行方面优势明显。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于提供一种重整燃料电池系统运行方法。本发明采用以下技术方案来实现：

一种重整燃料电池系统的运行方法，所述重整燃料电池系统包括燃料存储装置，加热装置,换热装置，燃料重整器和燃料电池电堆；所述燃料电池电堆中设置有导热循环介质流通的通道；所述导热循环介质流通于一流经电堆及散热器的封闭管路内；

所述加热装置包括电加热器1和电加热器2；

在系统启动阶段，由所述电加热器1为所述燃料重整器提供热量，同时所述电加热器2为所述闭环管路内的导热循环介质提供热量进而间接为燃料电池电堆提供热量；待燃烧器的温度高于T_b，电加热器1停止，甲醇与空气进入燃烧器燃烧；待燃料重整器温度高于设定值T_R时，所述燃料存储装置为燃料重整器提供燃料，燃料重整器开始运行；待燃料电池电堆温度高于设定值T_S时，所述燃料电池电堆开始运行，所述电加热器2停止经导热循环介质为电堆提供热量；

在系统运行阶段，待燃料电池电堆电压高于设定值V_S时，所述燃料电池电堆对外输出；所述导热循环介质经一换热装置散热，同时保证冷却介质在所述燃料电池电堆进出口温差小于10℃；

在系统停机阶段，通过增大所述导热循环介质的流速降低所述燃料电池电堆温度，至电堆温度低于设定值T_S2时，所述燃料存储装置停止为所述燃料重整器提供燃料。

所述换热装置在系统运行阶段利用电堆产生的热量汽化甲醇，利用阳极尾气中氢气燃烧为蒸汽重整反应供热。