[发明专利]一种利用燃料电池余热加热甲酸反应器的加热系统及方法

说明书

本发明公开了一种利用燃料电池余热加热甲酸反应器的加热系统及方法，系统包括：甲酸泵、甲酸反应釜、燃料电池电堆、电堆冷却水系统、冷却水输出管路以及冷却水回流管路；所述方法将甲酸通过甲酸泵注入到甲酸反应釜里，产生的氢气供燃料电池电堆产电，电堆产电同时产生热量，通过冷却水的热交换，将热量供给甲酸反应釜。本发明所提供的加热系统及方法，可循环使用燃料电池电堆发电产生的多余热量，降低电堆的电量损耗，提高电堆的供电输出能力。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种利用燃料电池余热加热甲酸反应器的加热系统及方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。燃料电池已经广泛的应用于交通领域，通信领域。

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极，主要产物是电能、水、热能，且产生的电能与热能的比例大概约为：5.5∶4.5，为确保氢燃料电池电堆在反应过程中的稳定运行，电堆需要工作在额定温度(通常为70度左右)，通常采用冷却水管理系统，将产电过程中产生的热能带到外循环的冷却系统进行散热，产生的热量都被浪费掉。

氢燃料电池需要以氢气作为燃料。但是氢气的主要缺点是密度低，常规的高压和液化方法对设备要求高，耗能较高，同时在输运过程中存在着成本和安全性问题。因此有效的储存方案是实现未来氢能经济发展的关键因素。甲酸是一种重要的化工原料，被广泛应用于化工、轻工、医疗、农业等领域。甲酸具有室温下稳定性高，不易分解，含氢量高等优点，被认为是储存氢能源最有潜力的有机小分子材料之一。

甲酸在常温常压下是一种无色、有刺激性气味的液体，在催化剂的存在下，可以分解为氢气和二氧化碳。甲酸溶液在甲酸反应釜中发生裂解反应，通常需要将甲酸加热到一定的温度。常用的有电加热和电堆废气催化加热。电加热需要额外的能量支持，通常会消耗掉电堆的一部分电能，这样就降低了电堆的效率。电堆废气加热是利用电堆排放的废气进行加热，但这样会增加电堆阳极的工作压力，不利于电堆内部的水排出，最终导致电堆性能下降。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用燃料电池余热加热甲酸反应器的加热系统，以循环利用燃料电池电堆产生的余热，提高电堆供电输出能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用燃料电池余热加热甲酸反应器的加热系统，所述系统包括：甲酸泵、甲酸反应釜、换热装置、燃料电池电堆、电堆冷却水系统、冷却水输出管路以及冷却水回流管路；

所述甲酸泵与甲酸反应釜相连，所述甲酸反应釜与燃料电池电堆通过气体管道连接；

所述甲酸反应釜内产生的氢气通过气体管道输送至燃料电池电堆用于发电；

所述电堆冷却水系统与冷却水输出管路以及冷却水回流管路均连通；

所述换热装置与甲酸反应釜嵌套设置，所述换热装置设置有热水进口和冷水出口，热水进口与冷却水输出管路相连，冷水出口与冷却水回流管路相连。

进一步地，所述电堆冷却水系统中充有冷却水，所述冷却水用于吸收电堆发电产生的热量以维持电堆的正常工作温度。

进一步地，所述冷却水输出管路用于将所述电堆冷却水系统中的吸热升温后的高温冷却水输送至换热装置。