[实用新型]一种燃料电池发电系统

说明书

本实用新型提供一种燃料电池和热泵联合循环组成的燃料电池发电系统，使用液态储氢介质作为燃料，包括浓溶液进口、稀溶液出口、溶液循环泵、热泵系统、第一回热器、第二回热器、加热器、氢气发生器、燃料电池电堆、空气供应系统和冷却液循环系统，所述热泵系统包括直流压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器。溶解有氢的浓溶液经溶液循环泵加压后，依次在热泵系统、第一回热器和加热器中获得三次温升，然后在氢气发生器中发生分解反应并释放出氢气，氢气经过第二回热器降温后进入所述燃料电池电堆发电。本实用新型通过采用高效的热泵和回热加热方式，与采用一个电加热器单独进行加热的方式相比，可大大减少氢气发生过程中所需要所消耗的电能，有助于提高燃料电池发电系统的发电效率和氢能源的综合利用效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术和热泵技术，总体上属于能源与动力技术领域。

背景技术

在众多新能源中，氢能源由于具有资源丰富、零污染、可再生、能量密度高等优点，被认为是最理想的能源形式之一。近年来，随着化石燃料的短缺和可持续发展的压力，氢能的开发和利用显得日益重要，全球各大汽车厂商纷纷加大氢燃料电池汽车的开发力度，而目前制约氢燃料电池汽车普及的一个重要瓶颈是氢气的储存。目前燃料电池汽车主要采用高压气态储氢的方式，这种方式具有储存压力高、存储密度小的缺点。例如目前国际上较先进的压力为70MPa、容积为60L的碳纤维+凯夫拉复合材质储氢罐也仅能储存5千克的氢气。由于这种储存容量的限制，使得燃料电池汽车的续航里程难以大幅度提高。此外，在如此之高的储氢压力下，燃料电池系统的储氢罐、管路、阀门等部位都存在较大的安全隐患，易发生泄漏、渗透、爆裂、爆炸等安全事故。

为解决上述高压气态储氢所存在的问题，一些常温常压液态储氢技术已被开发出来。如目前已经出现的有机液态氢化物储氢技术，其借助某种储氢溶液(某些烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂)和氢气的可逆反应来实现加氢和脱氢，从而实现可逆储氢。这种储氢方式与高压气态储氢以及高压低温液态储氢方式相比，具有温度低、压力低、不易泄漏、所用容器成本低廉、便于运输和输送等诸多优点。但在实现上述储氢溶液加氢和脱氢的反应过程中，某些环节需要加热，如为了实现氢气的顺利脱氢，往往需要将溶液加热到100℃以上的温度。由于氢燃料电池本身的工作温度较低(一般为50℃左右)，为了达到这么高的脱氢温度，必须采用电加热的方式，即牺牲燃料电池本身所发出的一部分电力来实现加热脱氢。由于直接电加热方式的效率始终小于1，而所需要的电加热功率有时可达到燃料电池发电功率的10％以上，使得这种消耗燃料电池自身所发的电能来使储氢溶液加热脱氢的方式使得液态储氢燃料电池整体的发电效率大为下降，因此需要加以改进。

发明内容

本发明针对液态储氢燃料电池发电系统需要消耗大量高品质的电能来加热释氢，从而造成液态储氢燃料电池发电系统的综合发电效率和发电量下降的问题，提出了一种基于燃料电池和蒸气压缩式热泵联合循环的氢燃料电池发电系统。

由于热泵可以提升热源的温度，且热泵的制热效率较高(通常可达到2以上)，因此一个自然的想法是借助热泵来提高燃料电池系统余热的温度，作为对燃料进行加热的热源，降低燃料脱氢所需的电力消耗，提高燃料电池发电系统的综合能源利用效率。

进一步地，本发明还利用了回热技术，以充分利用燃料在排放过程中的热量，进一步提高燃料电池发电系统的综合能源利用效率。

本发明所述的燃料电池发电系统，包括：浓溶液进口、稀溶液出口、溶液循环泵、热泵系统、第一回热器、第二回热器、加热器、氢气发生器、燃料电池电堆、空气供应系统和冷却液循环系统。

所述燃料电池发电系统的氢气来源于液态储氢燃料，即储氢溶液，其中加入了氢气的储氢溶液在本发明中被称为浓溶液，而释放出氢气后的氢含量较少的储氢溶液在本发明中被称为稀溶液。