[实用新型]一种甲醇重整制氢燃料电池系统

说明书

本实用新型公开了一种甲醇重整制氢燃料电池系统。甲醇重整制氢燃料电池系统主要包括重整器、电堆、两个启动燃烧器、换热器等。重整器由多个微通道重整单元与多个微通道氧化单元重复交叠形成。两个启动燃烧器在启动阶段分别为氧化单元与电堆进行预热，加快系统预热速度，缩短重整启动时间。氧化单元的烟气通道加设换热器，使得高温烟气再次利用，甲醇水气体达到更高温度，提高了燃料电池系统的热效率。

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池，具体涉及一种基于微通道反应器的甲醇重整制氢燃料电池系统，属于重整制氢燃料电池技术领域。

背景技术

燃料电池是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的发电装置，最常见的燃料为氢气。由于氢气在常温下是气体，通过高压或者低温液态储氢运输，运输不方便，而且成本高，另外，全球范围内包括国内加氢站的数量都非常有限，而且加氢站的成本很高，建造审批流程复杂，很难在短时间内大规模建立整个加氢基础设施。相比于氢气燃料电池，甲醇的常态是液体，其输运方便，而且成本低，甲醇相关的存储、加注、运输等技术及基础设施建设都已较为成熟，相比与储氢燃料电池，利用甲醇重整实时制氢燃料电池，可以做到即制即用，有许多优点。

甲醇重整制氢以甲醇和水的混合物为原料，先受热蒸发成气态，然后在重整器中进行催化转化，得到重整气，其中的氢气供燃料电池使用，产生电能。重整反应是一个吸热反应，对温度敏感，必须使原料和催化剂持续处在合适的温度区间，才能使重整反应持续高效平稳进行。保持重整器温度稳定，防止出现局部高温区域，引起重整催化剂失活，为重整器持续稳定供热，是甲醇重整制氢燃料电池研究的热点。

在燃料电池的启动阶段，重整器和电堆都需要预热到工作温度，现有方法是采用一个启动燃烧器与重整器和电堆串联连接。重整器工作温度高，电堆工作温度低，两者工作温度并不相同。先对重整器加热，使其达到较高工作温度后，开始进行甲醇重整制氢。稍后对电堆进行加热，使电堆达到合适温度后，电堆接受重整气开始发电。使用单个启动燃烧器对重整器和电堆依序供热的方式，总体耗时较长，不适合需要燃料电池快速启动的场合。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：仅采用单一的启动燃烧器，影响整个燃料电池的启动速度；需要改善甲醇重整制氢燃料电池系统的热管理控制，提高热能的利用效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种甲醇重整制氢燃料电池系统，包括：

重整器，重整器由多个微通道重整单元与多个微通道氧化单元重复交叠形成；每个氧化单元使甲醇氧化产生热量并传递至相邻的重整单元；每个重整单元使甲醇水原料进行重整反应，生成主体为氢气的重整气；

电堆，电堆通过管路与重整器连接，电堆用于接收重整气，并使重整气与空气发生反应产生电能；

启动燃烧器，用于在燃料电池的启动阶段为氧化单元与电堆进行预热；

多个换热器，用于燃料电池系统内的热量交换与传递。

在一些实施例中，启动燃烧器产生的热量至少分成并联的两路，其中，第一路向氧化单元供热，第二路向电堆供热。

在一些实施例中，包括两个独立的启动燃烧器，其中，第一启动燃烧器为氧化单元供热，第二启动燃烧器为电堆供热。

在一些实施例中，换热器包括第一换热器，第一换热器采用四路流道耦合换热器，其中，

第一换热器的第一流道用于第二启动燃烧器产生的热气流通过；

第一换热器的第二流道用于导热液通过，导热液将热量传递给电堆；

第一换热器的第三流道用于甲醇水原料通过，并使甲醇水原料被加热；

第一换热器的第四流道用于重整气通过，并使重整气被降温。