一种甲醇水重整制氢系统及其制氢方法技术方案

本发明专利技术公开了一种甲醇水重整制氢系统，包括甲醇水储存器、加热混合装置、重整制氢反应器、加热装置、燃料电池装置和锂电池，甲醇水储存器和加热混合装置、加热混合装置和重整制氢反应器、甲醇水储存器和加热装置、加热装置和加热混合装置通过管道连接，重整制氢反应器接分流装置，分流装置接有穿设于加热混合装置和加热装置中的氢气流道和废气流道，氢气流道与燃料电池装置连接，加热混合装置和重整制氢反应器与锂电池电接，锂电池与燃料电池装置电接。一种制氢方法，包括：电加热；形成甲醇水蒸气；甲醇水蒸气重整反应；分流；气体加热；供气和排气；燃料电池供电。本甲醇水重整制氢系统及其制氢方法节约电能，对热量重新利用，适用于车载使用。于车载使用。于车载使用。

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇水重整制氢系统及其制氢方法


[0001]本专利技术涉及车载醇氢燃料电池
，尤其涉及一种甲醇水重整制氢系统及其制氢方法。

技术介绍

[0002]随着近年来经济的高速发展和绿色环保意识的增强，“氢经济”的概念逐渐深入人心。氢能源汽车借助燃料电池性能的提升得到了快速的发展，氢能转化效率不断提高，氢经济效益不断提升。由于氢气储存和运输存在潜在危险，大量研究致力于通过车载制氢系统现场制取氢气的方式解决此难题。通过甲醇水重整制氢技术制取氢气是最具潜力的方式之一。为满足使用需求，对车载制氢的方便快捷及氢气的纯度质量要求较高。同时，在氢气制取系统方面也提出了响应速度快，能量转化效率高，制造成本低，系统集成性好等综合性要求。因此，可高效率制取氢气的集成性甲醇水重整制氢燃料电池系统的发展需求迫切。
[0003]现有的车载甲醇水重整制氢燃料电池系统虽然能够实现制氢用氢的需求，但仍然存在许多不足。主要的问题如下：1.由于甲醇水重整制氢反应是一个强吸热反应，甲醇水重整制氢反应需要提供大量的热量，车辆上缺乏可靠高效的车辆热管理路线，难以满足甲醇水重整反应发生的系统性需要，目前对甲醇重整制氢的热管理主要以制氢反应器单个装置为主，对系统的其他装置考虑不足，系统的热量损失较多，与其他装置的热量配合利用不足，车载使用时系统的热效率较低，经济型较差；2.甲醇水重整制氢系统有大量的高温废气排出，造成热量的浪费，降低了系统整体的能量利用率。
[0004]综上所述，目前的车载甲醇水重整制氢燃料电池系统仍然存在许多不足，为全局解决现存的系统热量利用率较低，加热效率低和加热效果低等问题，本专利申请提出一种新型的电加热甲醇水重整制氢系统及其制氢方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对排出的高温热量梯度利用，节约了电能，实现对反应热量的重新利用，提高了加热效率和加热效果，适用于车载使用的甲醇水重整制氢系统及其制氢方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种甲醇水重整制氢系统，包括甲醇水储存器、加热混合装置、重整制氢反应器、加热装置、燃料电池装置和锂电池，所述甲醇水储存器和加热混合装置之间连接有第一管道，所述加热混合装置和重整制氢反应器之间连接有第二管道，所述甲醇水储存器和加热装置之间连接有第三管道，所述加热装置和加热混合装置之间连接有第四管道，所述重整制氢反应器出口连接有分流装置，所述分流装置的出口连接有氢气流道和废气流道，所述氢气流道依次穿设于加热混合装置和加热装置中，且所述氢气流道的出口端与燃料电池装置连接，所述废气流道依次穿设于加热混合装置和加热装置中，所述加热混合装置和重整制氢反应器分别与锂电池电连接，所述锂电池与燃料电池装置电连接。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进：
[0009]所述第二管道上设有第一调节阀。
[0010]所述氢气流道和废气流道上均设有第二调节阀。
[0011]所述第一管道上设有第一抽水泵，所述第三管道上设有第二抽水泵，所述第四管道上设有第三调节阀。
[0012]所述重整制氢反应器内设有预热段和反应段，所述反应段内设有反应通道，所述反应通道的内壁上涂敷有催化剂层，所述第二管道与预热段连通，所述反应通道的入口与预热段连通，出口与分流装置连通。
[0013]所述甲醇水重整制氢系统还包括冷却水循环装置、冷却水流道和回水流道，所述燃料电池装置内设有冷却流道，所述冷却水流道的一端与冷却水循环装置的出口连接，另一端与冷却流道的进水端连接，所述回水流道的一端与冷却水循环装置的入口连接，另一端与冷却流道的出水端连接。
[0014]所述回水流道穿设于加热装置中。
[0015]一种制氢方法，采用上述的甲醇水重整制氢系统进行，包括启动阶段和稳定运行阶段；
[0016]所述启动阶段包括如下步骤：
[0017]S1、电加热：加热混合装置通过锂电池供电加热至温度T1；重整制氢反应器通过锂电池供电加热到甲醇水蒸气重整反应发生的温度T2；
[0018]S2、形成甲醇水蒸气：甲醇水储存器中的常温甲醇水输送到加热混合装置，在加热混合装置中形成甲醇水蒸气；
[0019]S3、甲醇水蒸气重整反应：甲醇水蒸气通入重整制氢反应器中，进行甲醇水蒸气重整反应，生成富氢混合气；
[0020]S4、分流：富氢混合气经分流装置分流成氢气和废气，氢气进入氢气流道，废气进入废气流道；
[0021]S5、气体加热：氢气和废气分别通过氢气流道和废气流道依次经过加热混合装置和加热装置中，使加热装置加热到温度T3，使加热混合装置保持温度T1；
[0022]S6、供氢气和排废气：氢气由氢气流道出口端进入燃料电池装置，为燃料电池装置供应氢气；废气由废气流道的出口端排出；
[0023]所述稳定运行阶段包括如下步骤：
[0024]S7、燃料电池装置为锂电池充电；甲醇水储存器中的常温甲醇水通过加热装置加热到T3后，再送至加热混合装置中。
[0025]作为上述技术方案的进一步改进：
[0026]所述T1为105℃～115℃，所述T3为35℃～45℃。
[0027]所述甲醇水储存器中水和甲醇的质量比为1.1～1.5。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0029]本专利技术的甲醇水重整制氢系统在稳定运行阶段，加热混合装置仅需要锂电池低功率放电进行精确调温加热，主要通过将重整制氢反应器反应生成的高温富氢混合气作用加热混合装置和加热装置的热源，以实现加热混合装置和加热装置的加热功能，节约了电能，实现对反应热量的重新利用。并且，氢气通过氢气流道依次经过加热混合装置和加热装置
中，废气通过废气流道依次经过加热混合装置和加热装置中，即氢气和废气先进入加热混合装置换热降温后，再进行加热装置换热，形成了温度的梯度利用，相当于，甲醇水在进入加热混合装置前，先进入加热装置中预热到T3，提高了加热效率和加热效果。本甲醇水重整制氢系统，节约了电能，实现对反应热量的重新利用，提高了加热效率和加热效果，适用于车载使用。
[0030]本专利技术的本制氢方法在稳定运行阶段，加热混合装置仅需要锂电池低功率放电进行精确调温加热，主要通过将重整制氢反应器反应生成的高温富氢混合气作用加热混合装置和加热装置的热源，以实现加热混合装置和加热装置的加热功能，节约了电能，实现对反应热量的重新利用。并且，氢气通过氢气流道依次经过加热混合装置和加热装置中，废气通过废气流道依次经过加热混合装置和加热装置中，即氢气和废气先进入加热混合装置换热降温后，再进行加热装置换热，形成了温度的梯度利用，相当于，甲醇水在进入加热混合装置前，先进入加热装置中预热到T3，提高了加热效率和加热效果。本制氢方法，节约了电能，实现对反应热量的重新利用，提高了加热效率和加热效果，适用于车载使用。
附图说明
[0031]图1是本专利技术甲醇水重整制氢系统的结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲醇水重整制氢系统，其特征在于：包括甲醇水储存器(1)、加热混合装置(2)、重整制氢反应器(3)、加热装置(4)、燃料电池装置(5)和锂电池(6)，所述甲醇水储存器(1)和加热混合装置(2)之间连接有第一管道(11)，所述加热混合装置(2)和重整制氢反应器(3)之间连接有第二管道(21)，所述甲醇水储存器(1)和加热装置(4)之间连接有第三管道(12)，所述加热装置(4)和加热混合装置(2)之间连接有第四管道(41)，所述重整制氢反应器(3)出口连接有分流装置(7)，所述分流装置(7)的出口连接有氢气流道(71)和废气流道(72)，所述氢气流道(71)依次穿设于加热混合装置(2)和加热装置(4)中，且所述氢气流道(71)的出口端与燃料电池装置(5)连接，所述废气流道(72)依次穿设于加热混合装置(2)和加热装置(4)中，所述加热混合装置(2)和重整制氢反应器(3)分别与锂电池(6)电连接，所述锂电池(6)与燃料电池装置(5)电连接。2.根据权利要求1所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述第二管道(21)上设有第一调节阀(211)。3.根据权利要求2所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述氢气流道(71)和废气流道(72)上均设有第二调节阀(73)。4.根据权利要求3所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述第一管道(11)上设有第一抽水泵(111)，所述第三管道(12)上设有第二抽水泵(121)，所述第四管道(41)上设有第三调节阀(411)。5.根据权利要求1所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述重整制氢反应器(3)内设有预热段(31)和反应段(32)，所述反应段(32)内设有反应通道(321)，所述反应通道(321)的内壁上涂敷有催化剂层，所述第二管道(21)与预热段(31)连通，所述反应通道(321)的入口与预热段(31)连通，出口与分流装置(7)连通。6.根据权利要求1至5中任一项所述的甲醇水重整制氢系统，其特征在于：所述甲醇水重整制氢系统还包括冷却水循...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨钦文，肖罡，张斌，高彬，戴璐祎，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：