【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统及方法。
技术介绍
1、燃料电池的热电联供(chp)技术是一项很有潜力的分布式能源解决方案，不仅具有高效、无污染和低噪声等优点，而且充分利用余热，大幅提升了综合能源利用率，引起了全球范围内的广泛关注。
2、质子交换膜燃料电池(pemfc)采用可传导质子的高分子聚合物膜作为电解质，将氢气中的化学能转化为电能，同时伴随热量释放，理论效率可达94.5％(按燃料低热值计)。按照运行温度不同，分为低温质子交换膜燃料电池(lt-pemfc)和高温质子交换膜燃料电池(ht-pemfc)，运行温度区间分别为60～80℃和120～200℃。由于lt-pemfc催化剂不耐受co杂质气体，易发生催化剂中毒失活现象，因而需要供应高纯度氢气(纯度不低于99.99％)，ht-pemfc运行温度较高，使得催化剂最高可耐受co浓度达3％vol，大大降低了对高纯氢的依赖。
3、对于燃料电池的热电联供系统的运行来说需要稳定的氢气源，目前“制氢-储氢-输氢-加氢-用氢”技术链中还存在诸多关键问题亟待解决，尤其涉及安全方面，气态高压储运是最常用的储运方式，在安全性、成本以及能量密度方面尚存在较大的优化空间，由于上述问题的存在，给燃料电池的热电联供系统的安全性造成了较大的影响，同时现有的燃料电池的热电联供系统还存在能量利用率低的问题，没有较好的对系统中的余热进行利用。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供
2、本专利技术的技术方案如下：
3、在本专利技术的第一方面，提供了一种集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，包括甲醇重整制氢模块、低温燃料电池模块和高温燃料电池模块；
4、所述低温燃料电池模块所用的氢气来自于氢气储罐，所述高温燃料电池模块所用的氢气来自于甲醇重整制氢模块；所述低温燃料电池模块和高温燃料电池模块产生的尾气经过燃烧器的燃烧后，为甲醇重整制氢模块提供热量；通过低温燃料电池模块和高温燃料电池模块为用户侧进行供电，高温燃料电池模块和低温燃料电池模块产生的热量为用户侧供热。
5、在本专利技术的一些实施方式中，所述高温燃料电池模块的冷却液出口经过预热器和第一换热器与低温燃料电池模块的冷却液进口相连，所述低温燃料电池模块的出口经过第一冷却泵和去离子器与高温燃料电池模块的冷却液进口相连。
6、在本专利技术的一些实施方式中，所述第一换热器与余热利用组件相连，所述余热利用组件包括储热水箱和暖气片。
7、在本专利技术的一些实施方式中，所述低温燃料电池模块和高温燃料电池模块的电堆阴极入口均经过管道与空气源相连，所述管道上设置有空气滤清器及压缩机。
8、在本专利技术的一些实施方式中，所述低温燃料电池模块和高温燃料电池模块的电堆阴极出口和电堆阳极出口均经过管道与燃烧器相连。
9、在本专利技术的一些实施方式中，所述低温燃料电池模块的电堆阳极出口与燃烧器相连的管道上设置有第一汽水分离器。
10、在本专利技术的一些实施方式中，所述甲醇重整制氢模块包括依次相连的甲醇水溶液储罐、蒸发器和重整器，所述蒸发器和重整器分别与燃烧器的气体出口相连。
11、在本专利技术的一些实施方式中，所述重整器的气体出口经过第二换热器和第二汽水分离器与高温燃料电池的电堆阳极入口相连。
12、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二换热器还与余热回收组件相连，所述余热回收组件包括依次相连的膨胀机、风冷式冷凝器和工质泵，所述第二换热器和余热回收组件组成循环系统，所述膨胀机与发电机相连。
13、在本专利技术的第二方面，提供了一种集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供方法，包括以下步骤：
14、氢气储罐为低温燃料电池模块提供高纯度氢气，甲醇重整制氢模块产生的氢气提供给高温燃料电池模块，低温燃料电池模块和高温燃料电池模块产生的电能供给用户侧，低温燃料电池模块和高温燃料电池模块在运行过程中产生的热量用给用户侧，实现热电联产。
15、本专利技术一个或多个技术方案具有以下有益效果：
16、(1)本专利技术提供的热电联产系统，通过集成甲醇重整制氢模块、高温pemfc模块和低温pemfc模块，能够实现热电联产，同时降低了对高纯氢的依赖，提高了系统运行安全性，通过回收利用冷却液和电堆尾气余热，提高了能量利用率，进而提高了热电联供系统灵活性和稳定性。
17、(2)本专利技术提供的热电联产系统，设置了高温pemfc模块和低温pemfc模块，通过甲醇重整制氢模块为对氢气依赖不高的高温pemfc模块提供氢气，对氢气依赖较高的低温pemfc模块提供高纯度氢气，减少了整个系统对高纯氢气的使用，降低了用氢成本。
18、(3)本专利技术提供的热电联产系统，对高温pemfc模块和低温pemfc模块进行协同热管理，通过调节第一冷却泵和第二冷却泵的流量，实现两台电堆的散热匹配，提高了高温pemfc模块和低温pemfc模块的发电效率；同时，通过设置的换热器将两台电堆产生的热量进行共同回收，提高了热回收效率。
19、(4)本专利技术提供的热电联产系统，能够根据需要实现lt-pemfc模块单独运行、双系统同时运行仅lt-pemfc模块需要加湿和双系统同时运行均需要加湿的多种工况的切换，提高了系统使用的灵活性。
20、(5)本专利技术提供的热电联产系统，能够对系统中产生余热的地方进行充分回收，包括燃烧器高温尾气的回收和冷却液热量的回收，其中，燃烧器产生的高温尾气为甲醇重整制氢模块提供余热驱动，实现甲醇水蒸气重整，冷却液带走的电池堆的热量不仅用来加热ht-pemfc电堆阳极进气，还能够为用户侧提供热量，提高了整个系统的能量利用率。
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1.一种集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，包括甲醇重整制氢模块、低温燃料电池模块和高温燃料电池模块；
2.如权利要求1所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述高温燃料电池模块的冷却液出口经过预热器和第一换热器与低温燃料电池模块的冷却液进口相连，所述低温燃料电池模块的出口经过第一冷却泵和去离子器与高温燃料电池模块的冷却液进口相连。
3.如权利要求2所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述第一换热器与余热利用组件相连，所述余热利用组件包括储热水箱和暖气片。
4.如权利要求1所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述低温燃料电池模块和高温燃料电池模块的电堆阴极入口均经过管道与空气源相连，所述管道上设置有空气滤清器及压缩机。
5.如权利要求1所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述低温燃料电池模块和高温燃料电池模块的电堆阴极出口和电堆阳极出口均经过管道与燃烧器相连。
6.如权利要求5所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池
7.如权利要求1所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述甲醇重整制氢模块包括依次相连的甲醇水溶液储罐、蒸发器和重整器，所述蒸发器和重整器分别与燃烧器的气体出口相连。
8.如权利要求7所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述重整器的气体出口经过第二换热器和第二汽水分离器与高温燃料电池的电堆阳极入口相连。
9.如权利要求8所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述第二换热器还与余热回收组件相连，所述余热回收组件包括依次相连的膨胀机、风冷式冷凝器和工质泵，所述第二换热器和余热回收组件组成循环系统，所述膨胀机与发电机相连。
10.一种集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供方法，采用如权利要求1-9任一项所述的热电联供系统，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，包括甲醇重整制氢模块、低温燃料电池模块和高温燃料电池模块；
2.如权利要求1所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述高温燃料电池模块的冷却液出口经过预热器和第一换热器与低温燃料电池模块的冷却液进口相连，所述低温燃料电池模块的出口经过第一冷却泵和去离子器与高温燃料电池模块的冷却液进口相连。
3.如权利要求2所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述第一换热器与余热利用组件相连，所述余热利用组件包括储热水箱和暖气片。
4.如权利要求1所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述低温燃料电池模块和高温燃料电池模块的电堆阴极入口均经过管道与空气源相连，所述管道上设置有空气滤清器及压缩机。
5.如权利要求1所述的集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述低温燃料电池模块和高温燃料电池模块的电堆阴极出口和电堆阳极出口均经过管道与燃烧器相连。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海洋，白书战，李国祥，王桂华，朱思鹏，赵明，封金凤，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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