[发明专利]一种LOHC燃料电池发电系统及方法

权利要求书

1.一种LOHC燃料电池发电系统，其特征在于，包括燃料电池、高温热泵、LOHC脱氢和朗肯循环四个子系统；

燃料电池子系统，是能量转换的主要场所，用于将H₂的化学能转化成电能，包括除湿器(5)、混合器(6)、燃料电池(7)和H₂缓冲罐(13)；

高温热泵子系统，用于提升燃料电池余热品位，以满足LOHC脱氢的温度和能量需求，包括燃料电池(7)、压缩机(8)、脱氢反应器(9)和膨胀阀(10)；

LOHC脱氢子系统，利用燃料电池余热实现LOHC脱氢，包括脱氢反应器(9)、H₂减温器(11)、热回收换热器(12)和H₂缓冲罐(13)；

朗肯循环子系统，利用系统剩余热量发电，供压缩机、循环泵使用，包括发电机(1)、膨胀机(2)、凝汽器(3)、循环泵(4)、燃料电池(7)和脱氢反应器(9)；

发电机(1)与膨胀机(2)通过联轴器相连，膨胀机(2)的出口连接至凝汽器(3)的朗肯循环工质入口，凝汽器(3)上还设置有冷却工质入口和冷却工质出口，凝汽器(3)的朗肯循环工质出口通过循环泵(4)连接至燃料电池(7)的朗肯循环工质入口，燃料电池(7)的朗肯循环工质出口连接至脱氢反应器(9)的朗肯循环工质入口，脱氢反应器(9)的朗肯循环工质出口连接膨胀机(2)的入口；

混合器(6)的出口连接至燃料电池(7)的H₂入口，燃料电池(7)的H₂出口通过除湿器(5)连接至混合器(6)的回收H₂入口，燃料电池(7)上还设置有氧化剂入口和氧化剂出口，燃料电池(7)的热泵工质出口通过压缩机(8)连接至脱氢反应器(9)的热泵工质入口，脱氢反应器(9)的热泵工质出口通过膨胀阀(10)连接至燃料电池(7)的热泵工质入口；

脱氢反应器(9)的H₂出口连接至H₂减温器(11)的H₂入口，H₂减温器(11)的H₂出口通过H₂缓冲罐(13)连接至混合器(6)的主H₂入口，H₂减温器(11)上还设置有LOHC入口和LOHC出口；

H₂减温器(11)的LOHC出口连接至热回收换热器(12)的未脱氢LOHC入口，热回收换热器(12)的未脱氢LOHC出口连接至脱氢反应器(9)的未脱氢LOHC入口，脱氢反应器(9)的脱氢LOHC出口连接至热回收换热器(12)的脱氢LOHC入口，热回收换热器(12)上还设置有脱氢LOHC出口。

2.根据权利要求1所述的一种LOHC燃料电池发电系统，其特征在于，高温热泵温升根据燃料电池工作温度与脱氢反应器温度的差值来确定，温升50℃采用多级压缩或覆叠热泵，确保热泵COP不低于1.25。

3.根据权利要求1所述的一种LOHC燃料电池发电系统，其特征在于，高温热泵工质和朗肯循环工质均根据LOHC脱氢反应温度和燃料电池工作温度确定，热泵工质标准沸点低于燃料电池工作温度，以避免系统负压运行，工质临界温度必须高于LOHC脱氢反应温度，以确保脱氢反应温度稳定，朗肯循环工质标准沸点低于或接近环境温度，临界温度高于燃料电池工作温度，并接近或高于LOHC脱氢反应温度；脱氢反应温度是由LOHC和催化剂种类所决定的，兼顾LOHC脱氢反应速度和反应限度；燃料电池工作温度根据电池类型确定，选择电池安全工作温度范围上限有助于提升系统整体效率。

4.根据权利要求1所述的一种LOHC燃料电池发电系统，其特征在于，膨胀机出口工质过热度10℃具有利用价值和利用空间时，在膨胀机出口和循环泵入口之间增加回热器。

5.根据权利要求1所述的一种LOHC燃料电池发电系统，其特征在于，热回收换热器(12)中热流体为脱氢后的LOHC，冷流体是未脱氢的LOHC。

6.根据权利要求1所述的一种LOHC燃料电池发电系统，其特征在于，循环泵(4)和压缩机(8)通过电机驱动，或者由膨胀机(2)直接带动。

7.一种LOHC燃料电池发电方法，其特征在于，该方法采用权利要求1至6中任一项所述的一种LOHC燃料电池发电系统，包括：

氧化剂和H₂在燃料电池中发生反应并输出电能，副产的热量由热泵工质和朗肯循环工质带走，保证了电池高效稳定工作；高温热泵消耗少量高品位能量，将燃料电池的低温热能转换为高温热能，一部分用于LOHC脱氢，一部分用于驱动朗肯循环发电；脱氢后的LOHC可用于预热进入反应器前未脱氢的LOHC，脱氢反应产生的H₂由未脱氢的低温LOHC冷却。