[发明专利]一种燃料电池热泵系统及其运行方法

权利要求书

1.一种燃料电池热泵系统，其特征在于，包含重整制氢子系统、燃料电池子系统和热泵机组子系统，重整制氢子系统包含重整部、为重整部重整制氢反应提供热量的燃烧部和脱除CO的CO三级脱除部，碳氢燃料经过重整部重整制氢后得到含氢合成气，CO三级脱除部包括CO一级脱除、CO二级脱除和CO三级脱除，含氢合成气经CO三级脱除后与燃料电池子系统相连接，作为燃料电池阳极气体使用，燃料电池子系统包括解除CO中毒的阳极含氧流路，燃料电池的输出端连接热泵机组，燃料电池发电驱动热泵机组供冷、或者制热调节环境温度。

2.根据权利要求1所述的燃料电池热泵系统，其特征在于，还包括储能电池组，储能电池组分别与燃料电池和热泵机组连接，燃料电池为储能电池组充电，热泵机组是储能电池组的负载。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池热泵系统，其特征在于，所述的碳氢燃料为管道天然气或者LNG，碳氢燃料重整制氢的步骤包括：碳氢燃料先经脱硫处理，经脱硫处理后的碳氢燃料在700℃-800℃水蒸气重整生成合成气，催化剂为钌系催化剂、镍系催化剂或铂系催化剂。

4.根据权利要求1或2所述的燃料电池热泵系统，其特征在于，所述的燃料电池子系统启动前，从重整制氢子系统排出的气体作为燃烧部的燃料，燃料电池子系统启动后，从燃料电池阳极排出的未反应气体作为燃烧部的燃料。

5.根据权利要求1或2所述的燃料电池热泵系统，其特征在于，CO一级脱除是CO水蒸气转化反应，得到的合成气在250℃～450℃和水蒸气转化反应，降低CO浓度；CO二级脱除是经过一级脱除的含氢气体，在150℃～250℃和氧气反应，降低CO浓度；CO三级脱除是经过二级脱除的含氢气体，在150℃～200℃和氧气反应，进一步降低CO浓度。

6.权利要求1或5所述的燃料电池热泵系统，其特征在于，CO一级脱除催化剂为铁-铬系氧化物或铜-氧化物催化剂；CO二级脱除催化剂为铂系催化剂；CO三级脱除催化剂为钌系催化剂。

7.根据权利要求1所述的燃料电池热泵系统，其特征在于，还包括加湿器，加湿器一端与CO三级脱除后的氢气出口连接，另一端与燃料电池氢气入口连接。

8.根据权利要求1所述的燃料电池热泵系统，其特征在于，还包括控制单元子系统，包括控制重整制氢子系统的第一部件、控制燃料电池子系统的第二部件和控制热泵机组子系统的第三部件，第一部件包括检测及控制碳氢燃料流量、重整制氢温度、合成气与水蒸汽反应温度、选择性催化氧化温度、氧气或空气流量的部件；第二部件包括检测及控制燃料电池阳极氢气流量、氢气湿度、阴极空气或氧气流量及湿度、燃料电池温度、燃料排水流量及温度、燃料电池输出电量的部件；第三部件包括监测热泵机组制冷温度、制冷风速、制热温度和制热风速的部件。

9.一种燃料电池热泵系统的运行方法，其特征在于，通过权利要求1所述的燃料电池热泵系统来实现，具体包括如下步骤：

(1)碳氢燃料经过脱硫处理后，进入重整制氢子系统，经脱硫处理后的碳氢燃料与水蒸气重整制氢反应生成含氢合成气，含氢合成气经过三步脱除CO反应，获得满足燃料电池子系统应用的含氢燃料；

(2)满足燃料电池子系统应用的含氢燃料作为燃料电池的阳极，氧气或空气作为燃料电池的阴极，启动燃料电池运行发电，燃料电池发电驱动热泵机组工作实现制冷、制热，以调节环境温度；

(3)控制单元集中控制重整制氢过程、燃料电池发电过程和电驱动热泵机组运行过程，根据热泵机组需求，控制燃料电池的运行，根据燃料电池的需求，控制制氢过程。

10.根据权利要求9所述的燃料电池热泵系统的运行方法，其特征在于，还包括余热回收，余热回收包括系统运行过程中排出的可燃气体回收、废气余热回收和水余热回收，系统运行过程中排出的可燃气体回收具体为：燃料电池子系统启动前，从重整制氢子系统排出的气体，返回至重整制氢子系统的燃烧部作为燃料，燃料电池子系统启动后，从燃料电池阳极排出的未反应气体，返回至重整制氢子系统的燃烧部作为燃料；废气余热回收具体为：重整制氢子系统的燃烧部废气余热、CO脱除反应余热和燃料电池子系统阴极废气余热经过换热器换热加热水，热水储存于热水储罐中，热水一部分提供至水蒸气供应装置，作为水蒸气重整制氢反应的水来源，一部分排出供应生产或生活应用；水余热回收具体为：燃料电池中氢气和氧气或空气反应生成的水经过回收后，作为加湿器的原料水或者收集至前述的热水储罐中。