CN213150830U - 一种双燃料电池供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双燃料电池供电系统，包括：燃气管道、变压吸附装置、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池和逆变器；所述变压吸附装置的一端与所述燃气管道相连，所述变压吸附装置的另一端与所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池均相连；所述变压吸附装置用于将所述燃气管道中的掺氢天然气分离成氢气和天然气，分离出的所述氢气通入所述质子交换膜燃料电池，分离出的所述天然气通入所述固体氧化物燃料电池；所述逆变器用于将所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池输出的直流电变化为交流电。本实用新型中，质子交换膜燃料电池作为启动发电和调峰发电用，固体氧化物燃料电池用作基荷发电，实现即开即用的目的。

Description

一种双燃料电池供电系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种双燃料电池供电系统。

背景技术

燃料电池作为新型的化学电源，其主要优点有高发电效率、燃料多样性、可实现零碳循环、机械部件少、噪声低、工程设计弹性好，模块化集成度高，维护方便，并可实现闭循环使用。

目前使用最为广泛的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)，两者有各自的优劣势。所有燃料电池中质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作温度最低。与其他燃料电池相比，PEMFC有诸多优势：(1)便携式设备电源。PEMFC具有充电(加注燃料)时间短、安静和可靠等优点，可充当便携电源。(2)作为交通运输动力电源，PEMFC电流密度高，比功率高，以PEMFC为动力的电动机车技术成为研究热点。(3)小型固定场所发电。PEMFC的可靠性高、使用灵活以及无污染无噪音的特性非常适合为公共设施和居民家庭作为备用电源使用。质子交换膜燃料电池(PEMFC)存在的问题有：(1)燃料来源和氢存储运输问题。(2)成本和寿命问题。因此燃料来源成分控制和催化剂抗毒性都加重了燃料电池整个系统的复杂性和成本。(3)同时PEMFC在实际工况运行中的电堆整体的耐久性是非常复杂的问题。

固体氧化物电池SOFC是目前公认的能量效率最高的燃料电池设备，其电解质为复合陶瓷氧化物，其在高温(800-1000℃)下具有氧离子导电性。SOFC的全固体结构避免了碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)中电解质带来的腐蚀、流失和密封等问题。同时高工作温度使得催化剂可选择低成本过渡金属且能量综合效率可达90％以上。但是固体氧化物电池SOFC存在一些无法克服的劣势，首先是SOFC的高温带来了包括抗氧化性、机械强度和电堆密封等一系列问题，其次是SOFC的高温带来了电池响应时间长，无法实现即开即用，电解质需要燃料燃烧加热等导致等待时间长，响应慢等问题。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种双燃料电池供电系统，旨在解决PEMFC存在氢气难以储存和运输的问题，而SOFC存在无法实现即开即用的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种双燃料电池供电系统，其中，包括：燃气管道、变压吸附装置、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池和逆变器；

所述燃气管道中具有掺氢天然气；

所述变压吸附装置的一端与所述燃气管道相连，所述变压吸附装置的另一端与所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池均相连；

所述变压吸附装置用于将所述燃气管道中的掺氢天然气分离成氢气和天然气，分离出的所述氢气通入所述质子交换膜燃料电池发电，分离出的所述天然气通入所述固体氧化物燃料电池发电；

所述逆变器与所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池均相连，所述逆变器用于将所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池输出的直流电变化为交流电。

可选地，所述燃气管道上设有一支线管道，所述变压吸附装置的一端通过所述支线管道与所述燃气管道相连。

可选地，所述支线管道上设置有减压阀。

可选地，所述减压阀用于将通入变压吸附装置的掺氢天然气的压力减压至0.2-0.4MPa。

可选地，所述质子交换膜燃料电池功率为5KW-10KW。

可选地，所述固体氧化物燃料电池功率为10KW-15KW。

可选地，所述逆变器用于将所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池输出的直流电变化为220伏特交流电。

可选地，所述变压吸附装置与所述质子交换膜燃料电池通过氢气管道相连。

可选地，所述氢气管道上设置有阀门，所述阀门用于开启或关闭所述氢气管道。

可选地，所述供电系统用于小型区域型供电、楼宇型供电或家庭供电。

有益效果：本实用新型将燃气管道中的掺氢天然气用变压吸附装置分离出氢气和天然气(甲烷)，并将质子交换膜燃料电池(PEMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)并联起来，氢气和天然气分别供应两个电池系统，SOFC用作基荷发电，PEMFC用作调峰发电和启动发电，再将发出的直流电用逆变器变换为交流电，充分发挥PEMFC和SOFC的优势，弥补各自的缺陷，从而实现向区域系统、楼宇系统或者家庭稳定供电的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种双燃料电池供电系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种双燃料电池供电系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种双燃料电池供电系统，其中，如图1所示，包括：燃气管道1、变压吸附装置2、质子交换膜燃料电池3、固体氧化物燃料电池4和逆变器5；

所述燃气管道1中具有掺氢天然气；

所述变压吸附装置2的一端与所述燃气管道1相连，所述变压吸附装置2的另一端与所述质子交换膜燃料电池3和所述固体氧化物燃料电池4均相连；

所述变压吸附装置2用于将所述燃气管道1中的掺氢天然气分离成氢气和天然气，分离出的所述氢气通入所述质子交换膜燃料电池3发电，分离出的所述天然气通入所述固体氧化物燃料电池4发电；

所述逆变器5与所述质子交换膜燃料电池3和所述固体氧化物燃料电池4均相连，所述逆变器5用于将所述质子交换膜燃料电池3和所述固体氧化物燃料电池4输出的直流电变化为交流电。

本实用新型实施例中，燃气管道中具有掺氢天然气，该掺氢天然气指的是掺入氢气的天然气，燃气管道中氢气体积占比为20％左右。

本实用新型实施例中，燃气管道中的掺氢天然气通入到变压吸附装置(具有合适的变压吸附材料)，该变压吸附装置将掺入氢气的天然气分离成氢气和天然气。需说明的是，该氢气为高纯氢气，其纯度为99.999％，而天然气的纯度没有要求，可以含有少量氢气和其他烷烃。分离出的高纯氢气通入到所述质子交换膜燃料电池发电，分离出的所述天然气通入到所述固体氧化物燃料电池发电。所述质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池发出的直流电接入逆变器，该直流电经逆变器变化为交流电，并输入至用户端。

其中，固体氧化物燃料电池的作用是基荷发电，质子交换膜燃料电池的作用是启动发电和调峰发电：

发电系统启动时，分离出的氢气通入至质子交换膜燃料电池中，质子交换膜燃料电池开始发电；同时，固体氧化物燃料电池中电解质开始加热，当固体氧化物燃料电池中的电解质温度加热到可以启动的温度时，此时，关闭氢气管道，质子交换膜燃料电池停止工作，固体氧化物燃料电池开始工作，实现燃料电池系统即开即用的目的。

当用电端用电量增大，用电负荷超出固体氧化物燃料电池的额度功率时，氢气管道打开，质子交换膜燃料电池开始工作，该质子交换膜燃料电池起到调峰发电的作用。

在一种实施方式中，所述质子交换膜燃料电池3功率为5KW-10KW，如5KW。

在一种实施方式中，所述固体氧化物燃料电池4功率为10KW-15KW，如10KW。

在一种实施方式中，所述燃气管道1上设有一支线管道6，所述变压吸附装置2的一端通过所述支线管道6与所述燃气管道1相连。本实用新型实施例中，在燃气管道上引出支线管道，所述变压吸附装置通过所述支线管道与所述燃气管道相连。

在一种实施方式中，所述支线管道6上设置有减压阀7。本实用新型实施例中，在支线管道上设置减压阀，通过所述减压阀将通入变压吸附装置的掺氢天然气的压力进行减压。在一种实施方式中，所述减压阀7用于将通入变压吸附装置2的掺氢天然气的压力减压至中压，中压约为0.2-0.4MPa。

在一种实施方式中，所述变压吸附装置2与所述质子交换膜燃料电池3通过氢气管道8相连。在一种实施方式中，所述氢气管道8上设置有阀门(未示出)，所述阀门用于开启或关闭所述氢气管道8。

本实用新型实施例中，燃气管道中的掺氢天然气通入到变压吸附装置，该变压吸附装置将掺入氢气的天然气分离成氢气和天然气。分离出的高纯氢气通入到所述质子交换膜燃料电池发电，分离出的所述天然气通入到所述固体氧化物燃料电池发电。所述质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池发出的直流电接入逆变器，该直流电经逆变器变化为220伏特交流电，并输入至用户端。

与现有技术相比，本实用新型供电系统具有以下优势：

1、利用燃气管道掺氢输送燃料气体，即燃气管道中包括天然气和氢气，解决了氢气难以储存和运输的问题；

2、利用变压吸附装置分离氢气和天然气，除氢气纯度要求较高外，天然气纯度没有要求；

3、采用质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池并联作为电源；质子交换膜燃料电池作为启动发电和调峰发电用，固体氧化物燃料电池用作基荷发电，实现即开即用的目的；

4、直流电经逆变器输出为220V交流电源；

5、此双燃料电池供电系统主要用作小型区域型和楼宇型供电系统，也可用作家庭供电系统。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种双燃料电池供电系统，其特征在于，包括：燃气管道、变压吸附装置、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池和逆变器；

所述燃气管道中具有掺氢天然气；

所述变压吸附装置的一端与所述燃气管道相连，所述变压吸附装置的另一端与所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池均相连；

所述变压吸附装置用于将所述燃气管道中的掺氢天然气分离成氢气和天然气，分离出的所述氢气通入所述质子交换膜燃料电池发电，分离出的所述天然气通入所述固体氧化物燃料电池发电；

所述逆变器与所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池均相连，所述逆变器用于将所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池输出的直流电变化为交流电。

2.根据权利要求1所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述燃气管道上设有一支线管道，所述变压吸附装置的一端通过所述支线管道与所述燃气管道相连。

3.根据权利要求2所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述支线管道上设置有减压阀。

4.根据权利要求3所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述减压阀用于将通入变压吸附装置的掺氢天然气的压力减压至0.2-0.4MPa。

5.根据权利要求1所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池功率为5KW-10KW。

6.根据权利要求1所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池功率为10KW-15KW。

7.根据权利要求1所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述逆变器用于将所述质子交换膜燃料电池和所述固体氧化物燃料电池输出的直流电变化为220伏特交流电。

8.根据权利要求1所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述变压吸附装置与所述质子交换膜燃料电池通过氢气管道相连。

9.根据权利要求8所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述氢气管道上设置有阀门，所述阀门用于开启或关闭所述氢气管道。

10.根据权利要求1所述的双燃料电池供电系统，其特征在于，所述供电系统用于区域型供电、楼宇型供电或家庭供电。

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