[实用新型]一种氢燃料电池的氨制氢系统

说明书

本实用新型公开了一种氢燃料电池的氨制氢系统，包括氨制氢装置、供氨部和供液部；所述供氨部连接至氨制氢装置的阳极入口；所述供液部连接至氨制氢装置的阴极入口；所述氨制氢装置的阳极排气口经过第一水气分离装置将氮气和水分离，水通过管路通入供液部，氮气通过管路通入燃料电池的阴阳极吹扫口；所述氨制氢装置的阴极氢气出口连接至燃料电池的氢气入口。本实用新型能够实现氢燃料电池与氨制氢装置间的协同设计和耦合协调运行，提高储氢能量密度和能源利用率。

技术领域

本实用新型属于氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池的氨制氢系统。

背景技术

氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。随着全球气候、环境保护和能源安全成为全球挑战，氢能以其多功能性及其脱碳潜力，受到越来越多的关注，可广泛应用于运输、建筑和工业领域。尤其是，作为交通运载工具的能源，用于氢内燃机或氢燃料电池的燃料，氢气应用得到了高度重视。然而，氢气是世界上已知的相对分子质量最小的气体，其密度只有空气的1/14，即在1标准大气压和0℃，氢气的密度仅0.089g/L。因此，为了满足交通运载工具的续航里程，氢气储存面临巨大困难和挑战。目前，技术最成熟、应用最广泛的储氢方式，就是高压气态储氢，储氢罐压力通常采用35MPa，同时70MPa正在发展当中。不过，高压气态储氢仍然不能满足不断增长的对储氢能量密度的需求。此外，有机化合物储氢需要专门的加氢和放氢装置，难以用于交通运载工具用移动储氢方式；固态储氢技术也不成熟，储氢能量密度较高的固态储氢材料，要求释放氢气温度高，短期内难以推广；低温储氢能耗较大，绝热问题难以解决，也存在安全隐患。

氨是体积储氢密度和质量储氢密度均高于水、甲醇和液氢的无碳媒介，常温加压(8bar)便可转化为液态，被认为是氢储运的重要载体之一。《焦耳》杂志发表的一篇论文指出，在基于可再生能源的燃料中，氨的成本最低，氨的存储和分配比氢更便宜，同时没有二氧化碳排放。现有氨制氢采用加热裂解，而氨电解制氢效率更高。理论上，氨电解产生1g氢气所需电能仅1.55W·h，而1g氢气通过氢燃料电池可产生33W·h能量，也就是说，电解氨制氢用于燃料电池发电，电解氨的理论耗能仅占燃料电池理论输出电能5％以下。但是，氨制氢装置反应过程中生成氮气和水，通常直接排放，造成浪费；同时，需要外部供电，而且内部反应需要高温环境，影响能效；此外，目前并没有氢燃料电池的氨制氢系统，更缺乏氢燃料电池与氨制氢的协同设计和耦合运行。

实用新型内容

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种氢燃料电池的氨制氢系统，能够实现氢燃料电池与氨制氢装置间的协同设计和耦合协调运行，提高储氢能量密度和能源利用率。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种氢燃料电池的氨制氢系统，包括氨制氢装置、供氨部和供液部；所述供氨部连接至氨制氢装置的阳极入口；所述供液部连接至氨制氢装置的阴极入口；所述氨制氢装置的阳极排气口经过第一水气分离装置将氮气和水分离，水通过管路通入供液部，氮气通过管路通入燃料电池的阴阳极吹扫口；所述氨制氢装置的阴极氢气出口连接至燃料电池的氢气入口。

进一步的是，还包括储氮罐，所述氨制氢装置的阳极排气口经过第一水气分离装置将氮气和水分离，氮气储存至储氮罐，所述储氮罐通过管路通入燃料电池的阴阳极吹扫口。

进一步的是，所述燃料电池的排水口连接至所述供液部。

进一步的是，在所述供氨部与氨制氢装置的阳极入口的连接管路上设置有第一换热器和/或第二换热器，来自供氨部的氨经第一换热器和/或第二换热器加热后流入氨制氢装置的阳极入口；

所述第一换热器还与燃料电池的水冷装置相连接，燃料电池水冷装置的吸热后的冷却水流经第一换热器换热后流回燃料电池水冷装置；

所述第二换热器还与氨制氢装置的阳极排气口连接，氨制氢装置的阳极排气流经第二换热器换热。