一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统技术方案

本发明专利技术涉及能源综合利用技术领域，具体涉及一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，包括冷却系统，所述冷却系统的入口与液氨连通，所述冷却系统的出口与第一换热器的热流体入口连通；分离器，所述分离器的入口与所述第一换热器热流体出口连通，所述分离器的出口与燃料电池的阳极入口连通，所述燃料电池的阳极与第二换热器热流体入口连通；内燃机，所述第二换热器热流体出口与所述内燃机燃料入口连通，所述空气与内燃机空气入口、第三换热器冷流体入口连通，所述第三换热器的冷流体出口与燃料电池的阴极入口连通，所述燃料电池的阴极出口与所述第三换热器热流体入口连通。从而满足内燃机高温部件的散热需求以及燃料重整需求。整需求。整需求。

【技术实现步骤摘要】
一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统


[0001]本专利技术涉及能源综合利用
，具体涉及一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池具有能量转化率高、无需贵金属为催化剂、燃料适应性强、噪音低、污染物排放少的优点，被认为是最有前景的发电方式之一。燃料电池混合动力系统是将燃料电池与额外的动力机械相结合，充分利用燃料电池与动力机械的高温尾气，是一种能有效提高系统效率的方式。固体氧化物燃料电池
‑
内燃机系统具有启动和响应速度较快、结构简单可靠等优点，在分布式发电领域、小型无人机应用领域等有较好的应用前景。但内燃机工作过程中部件温度较高，需要进行冷却，使用冷却液冷却会增加系统耗功。
[0003]氨是一种富氢载体，相较于其它常见燃料具有安全性较好、易于储运加工、无有害气体或温室气体排放、经济性好等特点，具有很大的发展潜力。间接氨燃料电池将氨重整生成氮气和氢气，再将重整器中的氢气进入燃料电池中发电，目前已有间接氨燃料电池的产品应用于商业市场上。单独的重整器的较大的体积和质量降低了燃料电池动力系统的功率密度。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的内燃机工作过程中部件温度较高，需要进行冷却，使用冷却液冷却会增加系统耗功和单独的重整器的较大的体积和质量降低了燃料电池动力系统的功率密度的问题，从而提供一种可以结合内燃机高温部件的散热需求以及燃料重整需求的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，包括冷却系统，所述冷却系统的入口与液氨连通，所述冷却系统的出口与第一换热器的热流体入口连通；分离器，所述分离器的入口与所述第一换热器热流体出口连通，所述分离器的出口与燃料电池的阳极入口连通，所述燃料电池的阳极与第二换热器热流体入口连通；内燃机，所述第二换热器热流体出口与所述内燃机燃料入口连通，所述空气与内燃机空气入口、第三换热器冷流体入口连通，所述第三换热器的冷流体出口与燃料电池的阴极入口连通，所述燃料电池的阴极出口与所述第三换热器热流体入口连通。
[0006]进一步，所述冷却系统包括液氨罐，所述液氨罐的出口处设有第二阀门，所述第二阀门与第一泵体的入口连通，所述第一泵体的出口与蒸发室入口连通；重整室，所述重整室入口蒸发室的出口连通，所述重整室出口与所述第一换热器入口连通；节温器，所述节温器的出口与第二泵体的入口连通，所述第二泵体的出口与第一阀门的入口连通；发动机，所述发动机的入口与所述第一阀门的出口连通，所述发动机的出口与所述节温器的入口连通；散热器，所述散热器的入口与所述节温器的出口连通，所述散热器的出口与所述第二泵体连通。
[0007]进一步，所述第一阀门和第二阀门为电磁阀。
[0008]进一步，所述重整室的内表面涂覆有氨重整制氢催化剂。
[0009]进一步，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述发动机的温度。
[0010]进一步，所述燃料电池为固体氧化物燃料电池。
[0011]进一步，所述分离器为钯膜分离器。
[0012]进一步，所述重整室套设于所述发动机的外壁上。
[0013]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0014]1.本专利技术提供的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，包括冷却系统，所述冷却系统的入口与液氨连通，所述冷却系统的出口与第一换热器的热流体入口连通；分离器，所述分离器的入口与所述第一换热器热流体出口连通，所述分离器的出口与燃料电池的阳极入口连通，所述燃料电池的阳极与第二换热器热流体入口连通；内燃机，所述第二换热器热流体出口与所述内燃机燃料入口连通，所述空气与内燃机空气入口、第三换热器冷流体入口连通，所述第三换热器的冷流体出口与燃料电池的阴极入口连通，所述燃料电池的阴极出口与所述第三换热器热流体入口连通。
[0015]该氨重整制氢燃料电池内燃机与混合动力系统使用燃料汽化和重整反应来吸热，提供了一个有效的冷源，减少了内燃机的冷却液需求量，降低了消耗。同时，利用内燃机的热量实现氨重整制氢，实现了能量的充分利用，为燃料电池提供了反应所需的燃料。同时该结构省去了外部重整器，减小了系统整体尺寸。并且，燃料电池的阳极尾气进入内燃机中燃烧，膨胀做功，带动发动机发电，提高了燃料利用率。
[0016]内燃机工作时，其内部高温部件温度达到一定值时，液氨进入高温的冷却系统内汽化，并进行重整反应生成氢气和氮气，同时带走内燃机高温部件热量，高温混合气体经过第一换热器换热冷却至分离器进口温度后进入至分离器中进行分离，并分离出氢气和尾气，其中，氢气进入至燃料电池阳极内，为燃料电池提供所需的燃料；燃料电池阳极出口处未完全反应的高温氢气进入第二换热器中进行换热冷却，进而降低氢气的温度，已达到内燃机进口温度要求，换热后的氢气进入内燃机内，燃烧膨胀做功，带动发动机发电。
[0017]使用空气作为燃料电池阴极、以及内燃机的燃料，反应物空气一部分直接进入内燃机中与氢气燃烧做功，另一部分进入第一换热器中与燃料电池阴极出口排出的高温尾气进行换热，以使得燃料电池阴极进口空气温度达到燃料电池要求。经第一换热器换热后的反应物空气进入燃料电池阴极进行反应，高温尾气排出。
[0018]2.本专利技术提供的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，所述第一阀门与第二阀门为电磁阀。通过电磁阀的设置，可以精准的控制液体的流动，减小出现误差。即通过控制第一阀门和第二阀门，可以随时控制液体的流向。
[0019]3.本专利技术提供的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，所述重整室的内表面涂覆有氨重整制氢催化剂；使得重整室可以进行反应，并生成氢气、氮气。
[0020]4.本专利技术提供的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述发动机的温度；通过对其进行温度检测，充分保障内燃机冷却系统正常工作和氨重整的顺利进行。
[0021]5.本专利技术提供的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，所述重整室套设于所述发动机的外壁上；发动机产生的热量，可以传递至重整室内，重整室通过该热量对液氨
进行重整，并生成氢气、氮气。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术提供的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统的原理图；
[0024]图2为图1的冷却系统的原理图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1‑
内燃机；2
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冷却系统；3
‑
第一换热器、4
‑
分离器；5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，其特征在于，包括：冷却系统(2)，所述冷却系统(2)的入口与液氨连通，所述冷却系统(2)的出口与第一换热器(3)的热流体入口连通；分离器(4)，所述分离器的入口与所述第一换热器(3)热流体出口连通，所述分离器(4)的出口与燃料电池的阳极(5)入口连通，所述燃料电池的阳极(5)与第二换热器(7)热流体入口连通；内燃机(1)，所述第二换热器(7)热流体出口与所述内燃机(1)燃料入口连通，所述空气与内燃机(1)空气入口、第三换热器(8)冷流体入口连通，所述第三换热器(8)的冷流体出口与燃料电池的阴极(6)入口连通，所述燃料电池的阴极(6)出口与所述第三换热器(8)热流体入口连通。2.根据权利要求1所述的氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统，其特征在于，所述冷却系统(2)包括：液氨罐(19)，所述液氨罐(19)的出口处设有第二阀门(18)，所述第二阀门(18)与第一泵体(17)的入口连通，所述第一泵体(17)的出口与蒸发室(16)入口连通；重整室(14)，所述重整室(14)入口蒸发室(16)的出口连通，所述重整室(14)出口与所述第一换热器(3)入口连通；节温器(10)，所述节温器(10)的出口与第二泵体(11)的入口连...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦江，李博，李成杰，郭发福，刘禾，程昆林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：