甲醇重组燃料电池用甲醇水自动调配装置及其一体式发电系统

摘要

本发明公开了一种甲醇重组燃料电池用甲醇水自动调配装置及其一体式发电系统，包括置于机柜内腔的甲醇重组单元及燃料电池发电单元，甲醇水自动调配装置用于自动调配一定浓度的甲醇水并对其进行储存；甲醇水自动调配装置置于机柜内腔的中部以将甲醇重组单元及燃料电池发电单元隔开设置；甲醇水储存桶与甲醇水调配桶相连通；甲醇水调配桶的正下方设有按顺序分别称取甲醇与水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元。本发明提供了一种结构紧凑、集成高、客户只需提供纯甲醇做为燃料，就可以根据需求通过控制系统自动调配所需的甲醇水燃料的自动调配装置以及采用该自动调配装置的甲醇重组燃料电池一体式发电系统。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种甲醇重组燃料电池用自动调配装置及其一体式发电系统。

背景技术

受自然灾害影响，单纯依赖集中式的电力系统无法确保重要设备的持续稳定运转,除影响日常生活外，更可能因此而危害到生命财产的安全，电池作为备用电力无法长效供电，而且电池回收和环境污染问题仍难以解决。在电力基础建设无法到达的偏远地区及海岛，目前仍以柴油发电为主要电力来源，但其噪音大、污染严重、维护频率高、供电弹性低。太阳能、风力等再生能源发电技术受日照、地域和气候影响较大，目前仍无法进行有效稳定供电。燃料电池发电系统具有高稳定性、低维护、长效运转、低排放的优点，加上可以与多元的再生能源整合来作为当地居民可靠的电力来源，是目前被认为极具发展潜力的发电技术。

燃料电池是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置，其转换效率高，几乎没有污染物排放，以燃料电池为动力的发电系统既可以保护环境又可以解决燃眉之急。然而氢气属于易燃易爆物质，液化压缩难度极高，存储和运输困难。

在目前技术阶段，相比纯氢燃料而言，甲醇重整现场制氢和纯化技术是具有现实意义的燃料电池氢源。这种氢源能量密度高、能量转换效率大，并且液体燃料容易运输、补充和储存，在经济性等方面也具有很明显的优势。然而，如何提供稳定的氢源且将其更好地集成为一体是本行业亟需解决的问题。问题在于，现在技术的甲醇重组燃料电池系统为了达到一定的发电量通常会内置一个较大体积的甲醇水燃料箱(200L左右)，且不同燃料电池系统所使用的甲醇水燃料比例通常也不一致，燃料搬运和操作灵活性等均十分不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构紧凑、集成高、客户只需提供纯甲醇做为燃料，就可以根据需求通过控制系统自动调配所需的甲醇水燃料的自动调配装置以及采用该自动调配装置的甲醇重组燃料电池一体式发电系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种甲醇重组燃料电池用甲醇水自动调配装置，包括置于机柜内腔的甲醇重组单元及燃料电池发电单元，甲醇水自动调配装置用于自动调配一定浓度的甲醇水并对其进行储存，并作为重整生产氢气的燃料来源；且甲醇水自动调配装置置于机柜内腔的中部以将甲醇重组单元及燃料电池发电单元隔开设置；甲醇水自动调配装置包括并列设置的甲醇水调配桶和甲醇水储存桶，且甲醇水储存桶与甲醇水调配桶相连通；甲醇水调配桶的正下方设有按顺序分别称取甲醇与水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元。

作为优选，甲醇水调配桶上设有甲醇入口、纯水入口及混合后的调配甲醇水出口；甲醇水储存桶设有甲醇水入口及甲醇水出口。

作为优选，所述的甲醇水调配桶上还设有用于与调制电磁阀及混合泵相连以实现在预调配的过程中将甲醇水在甲醇水调配桶内往复抽取以实现甲醇水更好的融合的调配甲醇水混合入口，在调配的过程中，利用混合泵多次将预制甲醇水在甲醇水调配桶中二次混合。

作为优选，甲醇水调配桶及甲醇水储存桶上都还设有空气滤芯口。

作为优选，甲醇水储存桶内设有液位计。

作为优选，甲醇入口、纯水入口、调配甲醇水出口、调配甲醇水混合入口及空气滤芯均设于甲醇水调配桶的盖子上。

作为优选，甲醇水自动调配装置包括自动调配控制系统，自动调配控制系统置于甲醇水调配桶和甲醇水储存桶的正上方。

作为优选，所述的调配甲醇水混合入口设有可伸入甲醇水调配桶内腔的第一连通管，所述的第一连通管末端的开口置于甲醇水调配桶内腔的上部，所述的第一连通管的尾段设有弯管，且第一连通管末端的开口朝向甲醇水调配桶内壁；所述的调配甲醇水出口设有可伸入甲醇水调配桶内腔靠近底部位置处的第二连接管。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的甲醇水自动调配装置置于机柜内腔的中部以将甲醇重组单元及燃料电池发电单元隔开设置，且这种有效的隔离可使得整个发电系统的安全性更高。甲醇水自动调配装置包括并列设置的甲醇水调配桶和甲醇水储存桶，且甲醇水储存桶与甲醇水调配桶相连通；甲醇水调配桶的正下方设有按顺序分别称取甲醇与水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元。本发明的甲醇水自动调配装置的布置非常合理，整体结构非常紧凑且占用空间小，维护均非常方便，且通过甲醇水自动调配装置的设置可以即时满足对应的重组器所要求的甲醇水浓度的配比需求。相比内置较大体积燃料箱和使用甲醇水作为燃料的甲醇燃料电池系统来说结构更为紧凑，燃料提供简单，操作更加方便，且所携带的燃料能量密度更高。

附图说明

图1为本发明甲醇重组燃料电池一体式发电系统结构示意图。

图2为甲醇重组燃料电池用自动调配装置的结构示意图。

图3为甲醇重组燃料电池用自动调配装置的甲醇水调配桶的结构示意图。

图4为甲醇重组燃料电池用自动调配装置的甲醇水调配桶的剖视结构示意图。

图5为甲醇重组燃料电池用自动调配装置的甲醇水储存桶的剖视结构示意图。

图6为甲醇重组燃料电池用自动调配装置的称重单元的结构示意图。

1-机柜，2-甲醇重组单元，3-燃料电池发电单元，4-甲醇水调配桶，4.1-甲醇入口，4.2-纯水入口，4.3-调配甲醇水出口，4.3.1-第二连接管，4.4-调配甲醇水混合入口，4.4.1-第一连通管，4.5-盖子，5-甲醇水储存桶，5.1-甲醇水入口，5.2-甲醇水出口，5.3-液位计，6-称重单元，6.1-调配桶支撑架，6.1.1-第一支撑架净空区域，6.2-称重传感器，6.2.1-称重受力支点，6.2.2-称重固定支点，6.3-称重支撑架，6.3.1-第二支撑架净空区域，7-空气滤芯口，8-自动调配控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

如图1～6所示，

一种甲醇重组燃料电池用甲醇水自动调配装置，包括置于机柜1内腔的甲醇重组单元2及燃料电池发电单元3，甲醇水自动调配装置用于自动调配一定浓度的甲醇水并对其进行储存，并作为重整生产氢气的燃料来源；且甲醇水自动调配装置置于机柜1内腔的中部以将甲醇重组单元2及燃料电池发电单元3隔开设置；甲醇水自动调配装置包括并列设置的甲醇水调配桶4和甲醇水储存桶5，且甲醇水储存桶5与甲醇水调配桶4相连通；甲醇水调配桶4的正下方设有按顺序分别称取甲醇与水以用于调配一定百分比浓度的甲醇水的称重单元6。

其中，甲醇水调配桶4上设有甲醇入口4.1、纯水入口4.2及混合后的调配甲醇水出口4.3；甲醇水储存桶5设有甲醇水入口5.1及甲醇水出口5.2,且甲醇水储存桶5的甲醇水入口5.1与混合后的调配甲醇水出口4.3相连通，调配甲醇水出口4.3与甲醇重组单元2的入口相连通。

甲醇水调配桶4上还设有用于与调制电磁阀及混合泵相连以实现在预调配的过程中将甲醇水在甲醇水调配桶4内往复抽取以实现甲醇水更好的融合的调配甲醇水混合入口4.4，在调配的过程中，利用混合泵多次将预制甲醇水在甲醇水调配桶4中二次混合，以达到更好的融合效果。

甲醇水调配桶4及甲醇水储存桶5上都还设有空气滤芯口7，空气滤芯口7处安装有空气滤芯，空气滤芯的功能为保持桶内与外界大气流通，以形成一定的压力，使调配桶在进行抽料时，不会形成负压；或是调配桶在输料调配时，不会形成正压而无法导致输料困难。空气滤芯同时也可以使空气交换时，外界空气的灰尘不会进入调配桶而污染原料。

甲醇水储存桶5内设有液位计5.3，液位计5.3可测量甲醇储存桶5中的液位高度，从而可对自动调配控制系统8起到很好的液位反馈的作用。

甲醇入口4.1、纯水入口4.2、调配甲醇水出口4.3、调配甲醇水混合入口4.4及空气滤芯均设于甲醇水调配桶4的盖子4.5上，这样，接管路及维修均比较方便，操作十分顺手。

其中，甲醇水自动调配装置包括自动调配控制系统8，自动调配控制系统8置于甲醇水调配桶4和甲醇水储存桶5的正上方，自动调配控制系统8与下方的管路分开，避免液体污染造成系统故障。

其中，调配甲醇水混合入口4.4设有可伸入甲醇水调配桶4内腔的第一连通管4.4.1，所述的第一连通管4.4.1的外周壁开设有多个通孔，一连通管4.4.1末端的开口置于甲醇水调配桶4内腔的上部，第一连通管4.4.1的尾段设有弯管，且第一连通管4.4.1末端的开口朝向甲醇水调配桶4内壁；调配甲醇水出口4.3设有可伸入甲醇水调配桶4内腔靠近底部位置处的第二连接管4.3.2。由于甲醇的密度小于水的密度，所以说，为了甲醇与纯水两者更好的融合，混合泵将一次混合后的甲醇水从第二连接管4.3.1抽离甲醇水调配桶内腔，由于水的密度大于甲醇的密度，在第一次混合的过程中，纯水是往下沉的，而甲醇是往上跑的，所以从底部的第二连接管4.3.2抽取，经调配甲醇水出口4.3，并经调制电磁阀分配后从一连通管4.4.1上的甲醇水混合入口4.4重新进入甲醇水调配桶4内腔，并且通过第一连通管4.4.1的外周壁开设有多个通孔进行扩散，并经第一连通管4.4.1末端的朝向甲醇水调配桶4内壁的开口将甲醇水打到甲醇水调配桶4内壁上以更加利于扩散，并可形成很好的循环，调配效果也更好。

其中，调配甲醇水混合入口4.4设有可伸入甲醇水调配桶4内腔的第一连通管4.4.1，第一连通管4.4.1的外周壁开设有多个通孔，一连通管4.4.1末端的开口置于甲醇水调配桶4内腔的上部，第一连通管4.4.1的尾段设有弯管，且第一连通管4.4.1末端的开口朝向甲醇水调配桶4内壁；调配甲醇水出口4.3设有可伸入甲醇水调配桶4内腔靠近底部位置处的第二连接管4.3.2。由于甲醇的密度小于水的密度，所以说，为了甲醇与纯水两者更好的融合，混合泵将一次混合后的甲醇水从第二连接管4.3.1抽离甲醇水调配桶内腔，由于水的密度大于甲醇的密度，在第一次混合的过程中，纯水是往下沉的，而甲醇是往上跑的，所以从底部的第二连接管4.3.2抽取，经调配甲醇水出口4.3，并经调制电磁阀分配后从一连通管4.4.1上的甲醇水混合入口4.4重新进入甲醇水调配桶4内腔，并且通过第一连通管4.4.1的外周壁开设有多个通孔进行扩散，并经第一连通管4.4.1末端的朝向甲醇水调配桶4内壁的开口将甲醇水打到甲醇水调配桶4内壁上以更加利于扩散，并可形成很好的循环，调配效果也更好。通过合理的设计及布局使得本发明的称重单元6高度低，所占空间小，结构稳定，结构稳定且组装方便，维修不复杂。

其中称重单元6包括甲醇水调配桶支撑架6.1、与控制系统电性连接的称重传感器6.2及称重支撑架6.3，调配桶支撑架6.1置于甲醇水调配桶4的正下方，称重传感器6.2呈扁平的长方体状，称重传感器6.2置于甲醇水调配桶支撑架6.1及称重支撑架3.3之间的正中间位置处且关于甲醇水调配桶4的中轴线对称设置，且称重传感器6.2的上、下表面的中部设有用于检测变形量的应变片，称重传感器6.2的一端的与调配桶支撑架6.1固定连接以形成称重受力支点6.2.1，所述称重传感器6.2的另一端的与重支撑架6.3固定连接以形成称重固定支点6.2.2，且调配桶支撑架3.1上设有镂空的第一支撑架净空区域6.1.1，第一支撑架净空区域6.1.1对应应变片设置以用于提供称重传感器6.2形变的空间，称重支撑架6.3上设有镂空的第二支撑架净空区域6.3.1，第二支撑架净空区域6.3.1对应应变片设置以用于提供称重传感器6.2形变的空间。

其中，调配桶支撑架6.1的四周设有侧围6.4，调配桶支撑架6.1的侧围6.4套合于甲醇水调配桶4底部，且调配桶支撑架6.1的侧围6.4与甲醇水调配桶2固定连接；甲醇水调配桶4底面与调配桶支撑架6.1的上表面之间设有距离。由于称重单元6需要动态地掌握所要称重的重量，甲醇水调配桶底面与调配桶支撑架的上表面之间留有距离可进一步保证称重传感器变形的准确性，实时称重效果更好，从而可保证控制系统的控制更加精准，从而调配出的甲醇水的浓度准确无误。

其中称重传感器6.2的一端通过至少一个螺钉与调配桶支撑架6.1固定连接以形成称重受力支点6.2.1，称重传感器6.2的另一端通过至少一个螺钉与称重支撑架6.3固定连接以形成称重固定支点6.2.2。

其中，螺钉的数量均为三个，每三个螺钉形成三角形的受力支点。

其中，称重支撑架6.3的底部的两侧对称设有呈L型的支撑座6.5。

实施例：

初始操作时，以调配60％的甲醇水溶液为例，假设总共需要调配重量为50kg的燃料，因此调配系统会计算50kg x 60％＝30kg，第一阶段将加入30kg的甲醇。此时甲醇电磁阀开启，甲醇输送单元抽取外部甲醇进入调配桶内，直到重量感测组件侦测到30kg时停止加入甲醇，之后进入第二阶段加料。此时纯水电磁阀启动，纯水机启动将自来水转换为纯水后加入调配桶内，于此同时，调配电磁阀与混合泵将启动，作为预先混合功能。直到称重单元侦测到50kg后，停止加入纯水，并继续混合5分钟，就算调配完成。调配完成之后，若储存桶内的液位侦测器指示低液位，将从调配桶抽取燃料直到液位侦测指示高液位。如此由调配桶抽取燃料至储存桶，直到调配桶重量低于设定值，便会进再下一次调配，如此重复循环。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。