一种甲醇重整燃料电池水回收系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种甲醇重整燃料电池水回收系统。

背景技术

目前质子交换膜燃料电池生成的水基本都是直接外排，如丰田的Mirai氢燃料电池汽车，在车载上设计了一个专门储存燃料电池反应生成水的储水罐，通过按下车内开关将反应生成水从储水罐排出到车外。现有技术无法对甲醇重整燃料电池的反应生成水进行回收利用，导致水资源的利用率较低。

发明内容

本发明提供一种甲醇重整燃料电池水回收系统，以解决现有技术无法对甲醇重整燃料电池的反应生成水进行回收利用，导致水资源的利用率较低的技术问题。

本发明的实施例提供了一种甲醇重整燃料电池水回收系统,包括：

控制装置、以及分别与所述控制装置电连接的甲醇进液装置、进水装置和配比装置；

所述甲醇进液装置包括第一进液泵、第一容器和设置在所述第一容器内部的第一液位传感器；所述第一容器的进液口设置有第一电磁阀，所述第一容器的出液口设置有第二电磁阀；所述第一进液泵的输出端通过管道连接至所述第一电磁阀；

所述进水装置包括第二进液泵、第二容器和和设置在所述第二容器内部的第二液位传感器；所述第二容器的进液口设置有第三电磁阀，所述第二容器的出液口设置有第四电磁阀；所述第二进液泵的输出端通过管道连接至所述第一电磁阀；

所述配比装置包括第三容器、第三进液泵和设置在所述第三容器内部的第三液位传感器；所述第三容器的输入端通过管道分别连接至所述第二电磁阀和所述第四电磁阀；所述第三容器的输出端通过管道所述第三进液泵的输入端连接。

进一步地，所述甲醇重整燃料电池水回收系统还包括温控装置，所述温控装置与所述控制装置电连接。

进一步地，所述温控装置包括但不限于空调和散热器。

进一步地，所述第一进液泵的输入端通过管道与甲醇存储装置连接。

进一步地，所述甲醇重整燃料电池水回收系统还包括第四进液泵和第二流量计，所述第四进液泵的输入端与所述甲醇存储装置连接，所述第四进液泵的输出端与燃料室进液口连接；所述第二流量计设置在所述第四进液泵与所述燃料室进液口之间的管道壁上。

进一步地，所述配比装置还包括第一流量计，所述第一流量计设置在所述第三进液泵的输出端的管道壁上。

进一步地，所述第一容器的体积和所述第二容器的体积的比值为预设数值。

进一步地，所述第一液位传感器、所述第二液位传感器和所述第三液位传感器包括但不限于浮筒式液位传感器、浮球式液位传感器和静压式液位传感器。

本发明提供一种甲醇重整燃料电池水回收系统，能够将燃料电池反应生成的水进行回收利用，与进液的纯甲醇精确配比，从而得到目标比例的甲醇水，甲醇水进入重整制氢模块反应生成氢气，供给燃料电池发电，本发明提高了燃料电池的水利用率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种甲醇重整燃料电池水回收系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种甲醇重整燃料电池水回收系统的另一结构示意图。

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、甲醇进液装置；11、第一进液泵；12、第一容器；13、第一液位传感器；14、第一电磁阀；15、第二电磁阀；16、第一温度传感器；2、进水装置；21、第二进液泵；22、第二容器；23、第二液位传感器；24、第三电磁阀；25、第四电磁阀；26、第二温度传感器；3、配比装置；31、第三容器；32、第三液位传感器；33、第三进液泵；34、第一流量计；4、第四进液泵；5、第二流量计；6、甲醇存储装置；7、燃料电池水箱；8、温控装置；9、控制装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1-2，本发明的实施例提供了如图1-2所示的一种甲醇重整燃料电池水回收系统,包括：

控制装置9、以及分别与控制装置9电连接的甲醇进液装置1、进水装置2和配比装置3；

甲醇进液装置1包括第一进液泵11、第一容器12和设置在第一容器12内部的第一液位传感器13；第一容器12的进液口设置有第一电磁阀14，第一容器12的出液口设置有第二电磁阀15；第一进液泵11的输出端通过管道连接至第一电磁阀14；

进水装置2包括第二进液泵21、第二容器22和和设置在第二容器22内部的第二液位传感器23；第二容器22的进液口设置有第三电磁阀24，第二容器22的出液口设置有第四电磁阀25；第二进液泵21的输出端通过管道连接至第一电磁阀14，第二进液泵21的输入端通过管道与燃料电池水箱7的输出端连接；

配比装置3包括第三容器31、第三进液泵33和设置在第三容器31内部的第三液位传感器32；第三容器31的输入端通过管道分别连接至第二电磁阀15和第四电磁阀25；第三容器31的输出端通过管道第三进液泵33的输入端连接。

需要说明的是，甲醇重整制氢的主反应为：CH3OH+H2O＝CO2+3H2，氢燃料电池反应为：H2+1/2O2＝H2O。

一般燃料电池的阳极过量系数都在1.3以上，这就意味着氢气有30％以上的剩余。根据化学反应式可以得知，1mol甲醇和1mol水反应可以生成3mol氢气，1mol氢气和0.5mol氧气反应可以生成1mol水。按阳极过量系数1.3算，1mol甲醇可以生成3mol氢气，其中0.9mol氢气未参加反应(3mol*0.3)，只反应了2.1mol氢气，所以生产2.1mol水，需要说明的是，生产的水为液态水或气态水。由此可以看出，反应只需1mol水，而生成远不止1mol水，将燃料电池反应生成的水回收利用，和纯甲醇进行配比得到甲醇水的方案是可行。

基于上述技术方案，本发明实施例的第一容器12和第二容器22的体积均为固定体积，以实现对甲醇水的精确配比。其中，第一容器12V1的承载介质为纯甲醇，第二容器22V2的承载介质为水。以甲醇浓度50％的甲醇水为例，本发明实施例的工作过程为：

设计V2＝1L，则m21＝1000g＝m1，V1＝m2/ρ＝1.26295L。

即第一容器12V1的固定体积为1.26295L，第二容器22V2的固定体积为1L。甲醇和水开始进液时，第二电磁阀15和第四电磁阀25同时关闭；控制装置9开启第一进液泵11和第二进液泵21，当第一液位传感器13检测到第一容器12的液位满已满时，控制装置9根据第一业务传感器反馈的信息关闭第一电磁阀14；当第二液位传感器23检测到第二容器22的液位已满时，控制装置9根据第二液位传感器23反馈的信息关闭第三电磁阀24；当第三液位传感检测到第三容器31里液位低于预设液位时，同时打开第二电磁阀15和第四电磁阀25，延迟一段时间后，再重复开启进液的步骤，实现对甲醇水的精确配比。

在本发明实施例中，第二进液泵21的输入端通过管道与燃料电池水箱7的输出端连接，抽取燃料电池水箱7的反应水，能够有效对甲醇重整燃料电池的反应生成水进行回收利用，从而提高水资源的利用率。

作为一种具体的实施方式，甲醇重整燃料电池水回收系统还包括温控装置8，温控装置8与控制装置9电连接。

优选地，温控装置8包括但不限于空调和散热器，在第一进液泵11和第一容器12之间的管道上设置有第一温度传感器16，在第二进液泵21和第二容器22之间的管道上设置有第二传感器，控制装置9通过获取第一温度传感器16和第二温度传感器26采集的温度数据，并根据温度数据控制温控装置8对回收系统的温度进行调整，将第一温度传感器16和第二温度传感器26的温度控制在合适的温度范围，以提高水回收的效率以及甲醇水配比的精确度。作为一种具体的实施方式，本发明实施例将第一温度传感器16和第二温度传感器26的温度控制在25℃。

作为一种具体的实施方式，第一进液泵11的输入端通过管道与甲醇存储装置6连接。在本发明实施例中，第一进液泵11从甲醇存储装置6中抽取甲醇进液。

作为一种具体的实施方式，甲醇重整燃料电池水回收系统还包括第四进液泵4和第二流量计5，第四进液泵4的输入端与甲醇存储装置6连接，第四进液泵4的输出端与燃料室进液口连接；第二流量计5设置在第四进液泵4与燃料室进液口之间的管道壁上。

在本发明实施例中，通过第四进液泵4能够直接从甲醇存储装置6中吸取甲醇至燃料室，并通过流量计反馈第四进液泵4的流量，使燃料室能够直接燃烧纯甲醇，进一步提高能量的利用率。

作为一种具体的实施方式，配比装置3还包括第一流量计34，第一流量计34设置在第三进液泵33的输出端的管道壁上。

在本发明实施例中，通过第一流量计34采集第三进液泵33输出到FPS进液口或者燃料室进液口的流量。

作为一种具体的实施方式，第一容器12的体积和第二容器22的体积的比值为预设数值。

在本发明实施例中，根据预设的目标配比浓度，计算得到第一容器12的体积和第二容器22的体积的比值，使得甲醇进液和水进液的配比更加精确。

作为一种具体的实施方式，第一液位传感器13、第二液位传感器23和第三液位传感器32包括但不限于浮筒式液位传感器、浮球式液位传感器和静压式液位传感器。

实施本发明实施例，具有以下有益效果：

在本发明实施例中，第二进液泵21的输入端通过管道与燃料电池水箱7的输出端连接，抽取燃料电池水箱7的反应水，能够有效对甲醇重整燃料电池的反应生成水进行回收利用，从而提高水资源的利用率；通过第四进液泵4能够直接从甲醇存储装置6中吸取甲醇至燃料室，并通过流量计反馈第四进液泵4的流量，使燃料室能够直接燃烧纯甲醇，进一步提高能量的利用率；本发明实施例直接使用燃料电池水箱7的去离子水，燃料电池水循环自带去离子过滤系统，保证了配比过程中去离子水的水质质量，提高甲醇水的配比精确度。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。