一种分布式非燃烧型恒温增压发电系统

摘要

本发明通过：水箱(1)、燃料储罐(2)、燃料水比例泵(3)、混合器A(4)、燃料雾化器(5)、第2换热器(26)、第1换热器(25)、脱水罐(27、28、12)、一氧化碳脱除反应器(11)、催化燃烧反应器(6)、燃料水重整反应器(29)、复合风冷散热器(22)、氢空压力平衡器(14)、燃料电池冷却液罐(13)、压缩空气换热器(23)、燃料电池冷却循环泵(15)、回收氢压缩机(21)、富氢储罐(19)、氢回收膜分离器(17)、氢燃料电池组(16)、尾气净化器(7)、膨胀压缩机(9)、调节阀(18)、(常压燃料水)汽液分离器(20)、混合器B(8)、混合器C(10)、混合器D(24)、疏水器(30)、系统控制器(31)、单向阀(41)和阀门(42-54)组成的系统；应用能态学理论、汽液两相共存恒温冷凝或蒸发原理、相变化传热最高效原理，实现重整制氢和氢燃料电池恒温控制。

主权项

分布式非燃烧型恒温增压发电系统是由水箱(1)、燃料储罐(2)、燃料水比例泵(3)、混合器A(4)、燃料雾化器(5)、第2换热器(26)、第1换热器(25)、脱水罐(27、28、12)、一氧化碳脱除反应器(11)、催化燃烧反应器(6)、燃料水重整反应器(29)、复合风冷散热器(22)、氢空压力平衡器(14)、燃料电池冷却液罐(13)、压缩空气换热器(23)、燃料电池冷却循环泵(15)、回收氢压缩机(21)、富氢储罐(19)、氢回收膜分离器(17)、氢燃料电池组(16)、尾气净化器(7)、膨胀压缩机(9)、调节阀(18)、(常压燃料水)汽液分离器(20)、混合器B(8)、混合器C(10)、混合器D(24)、疏水器(30)、系统控制器(31)、单向阀(41)和阀门(42‑54)所组成，如图1所示。系统冷启动时：通过系统控制器(31)控制所有的阀门处于关闭状态。开启阀门(42、43)、启动膨胀压缩机(9)、启动燃料雾化器(5)并控制燃料雾化进入混合器B(8)和热压缩空气混合输入催化燃烧反应器(6)预热全系统；催化燃烧尾气排出催化燃烧反应器(6)经过膨胀压缩机(9)回收热功减少压缩空气的功率消耗后排空。在催化燃烧反应器(6)内的循环热媒体达到控制压力时，系统控制器(31)开启阀门(46、49、53)，启动燃料电池冷却循环泵(15)和燃料水比例泵(3)，燃料水比例泵(3)从水箱(1)和燃料储罐(2)按一定配比抽取水和燃料，经混合器A(4)混合均匀成为燃料水溶液，经第2换热器(26)、第1换热器(25)和一氧化碳脱除反应器(11)预热补充到燃料电池冷却液罐(13)，同时由燃料电池冷却循环泵(15)把以往用于氢燃料电池组(16)冷却的循环燃料水溶液从冷却循环液从罐(13)中置换抽入催化燃烧反应器(6)进行预热，转化成满足重整温度要求的燃料水蒸汽，输送到燃料水重整反应器(29)进行重整制氢，产生的富氢气经阀门(53)灌充到富氢储罐(19)，灌满后由系统控制器(31)切断阀门(53)，开启阀门(47)，富氢气通过阀门(47)和压缩空气混合输送到催化燃烧反应器(6)，关闭燃料雾化器(5)；关闭阀门(43)，开启阀门(44、48)，使压缩空气换热器(23)，经脱水罐(12)脱水、经氢空压力平衡器(14)平衡净化富氢气压力，通过阀门(48)和富氢气混合输送到催化燃烧反应器(6)；排出的催化燃烧尾气经过膨胀压缩机(9)回收热功减少压缩空气的功率消耗后排空。开启阀门(45、50)，关闭阀门(46、49)，燃料电池组(16)进入自循环冷却工况，全系统进入发电待机状态。切换发电工作流程：由系统控制器(31)关闭阀门(47、48)，开启阀门(51、52、55)，启动回收氢压缩机(21)，在富氢气进入一氧化碳脱除反应器(11)之前，微量压缩空气，将脱除富氢气之中微量一氧化碳转化成净化富氢气。净化富氢气和压缩空气进入氢燃料电池组(16)发电，排出的富氢尾气进入氢回收膜分离器(17)，回收富氢气经氢空压力平衡器(14)，再回收氢压缩机(21)增压，经复合风冷散热器(22)冷却和净化富氢气汇合进入氢空压力平衡器(14)；氢回收膜分离器(17)出来的排放尾氢气和氢燃料电池组(16)排出的空气尾气，经由混合器C(10)混合，输送到催化燃烧反应器(6)催化燃烧。系统进入发电工作状态时：空气路是通过系统控制器(31)切断阀门(48)，开启阀门(51)使压缩空气经压缩空气换热器(23)冷却，经脱水罐(12)除去液体水经过氢氧压力平衡器(14)送入氢燃料电池组(16)，排放空气尾气再经混合器C(10)返回到催化燃烧反应器(6)，混合器C(10)所需要补偿的燃料量是由系统控制器(31)，依据催化燃烧反应器(6)内部的的压力或温度，进行调节燃料雾化器(5)加以实现的。氢气路是通过系统控制器(31)控制燃料水比例泵(3)的转速实现燃料水按比例定量增加输送，燃料水溶液经混合器A(4)得到很好的均匀混合进入第2换热器(26)预热，同时将一氧化碳脱除反应器(11)出来的净化富氢气冷却到氢燃料电池所要求的工作温度，燃料水溶液再经第1换热器(25)预热到沸点温度形成汽液两相混合物进入一氧化碳脱除反应器(11)吸收燃料水重整反应器(29)出来的富氢气脱除一氧化碳时所产生的热量，使一氧化碳脱除反应器(11)处在恒温工作状态；经一氧化碳脱除反应器(11)出米的燃料水汽液两相混合物(汽量增大)经阀门(45)送入到催化燃烧反应器(6)完全汽化并预热到重整反应温度送入燃料水重整反应器(29)自上而下进行重整反应转化成含有少量一氧化碳的氢和二氧化碳混合的富氢气，富氢气经第1换热器(25)冷却，通过脱水罐(27)除水，经混合器D(24)加入由阀门(55)送入的微量空气再进入一氧化碳脱除反应器(11)进行脱一氧化碳反应，产生的净化富氢气经过第2换热器(26)冷却，脱水罐(28)除水氢空压力平衡器(14)通过阀门(52)和调节阀(18)送入氢燃料电池组(16)发电，产生的富氢尾气进入氢回收膜分离器(17)，回收氢气流经复合风冷散热器(22)冷却，经回收氢压缩机(21)增压再经复合风冷散热器(22)冷却汇合到净化富氢气流，氢回收膜分离器(17)出来的排放氢尾气经混合器C(10)与排放空气尾气汇合送到催化燃烧反应器(6)进行催化燃烧反应回收能量，同时富氢尾气中所夹带的微量可燃性气体都将在催化燃烧反应器(6)中被过量的氧气所氧化放热；最后从催化燃烧反应器(6)排出的催化燃烧尾气全部送入到尾气净化器(7)彻底去除可燃性气体再输送到膨胀压缩机(9)回收热工之后排放大气；排放氢尾气在催化燃烧反应器(6)中产生大量的热用于预热燃料水蒸汽的同时加热循环热媒介质，使循环热媒介质蒸发成蒸汽，送入到燃料水重整反应器(29)为重整反应供热，产生的冷凝热媒液体借助重力自动流回催化燃烧反应器(6)，如循环热媒介质蒸汽过多自动流入复合风冷散热器(22)，冷却、冷凝成液体后又借助重力返回到催化燃烧反应器(6)，循环热媒介质在催化燃烧反应器(6)和燃料水重整反应器(29)之间的合理循环量，由系统控制器(31)根据催化燃烧反应器(6)或燃料水重整反应器(29)内的工作压力调节燃料雾化器(5)生成的燃料量加以控制。系统停机时：通过系统控制器(31)按预设定的顺序将各路阀门(41‑55)关闭，各个输送泵(3、9、15、21)关闭，当系统冷却到预设温度时系统控制器(31)开启阀门(54)，对系统进行富氢吹扫保护，富氢储罐(19)达到常压后切断阀门(54)。