一种车载供氢发电及余热再回收利用系统

1.本发明属于氢能汽车系统，涉及供氢系统，具体是一种有机储氢液体结合脱氢微反应器的车载供氢发电及余热再回收利用系统。


背景技术：

2.氢能燃料电池汽车，是以氢气作为动力能源的汽车，它将氢气与空气中的氧气反应所产生的化学能转换为电能，再通过电动机驱动车辆行驶。使用氢气为能源的最大好处是它跟空气中的氧气反应，仅产生水蒸气排出，有效减少了传统燃油车造成的空气污染问题。如何对氢气进行高效、经济车载储运一直是研究的热点与难点。
3.目前车载氢气储运主要有以下几种形式：高压气态储氢、液氢储运、金属氢化物、碳质材料和有机液体氢化物储运。高压气态储氢以气瓶为储存容器，其优点是成本低，能耗少，可以通过减压阀调节氢气释放速度，充气、放气速度快，动态响应好，能在瞬间开关氢气，满足氢能燃料电池汽车的车用要求。但是高压气态储氢存在着运输安全性低，体积储氢密度小的缺陷。
4.与高压气态储氢相比，液氢储运的储氢质量、体积储氢能量密度均有大幅度提高，如果从储氢质量、体积储氢密度角度分析，液氢储运是较为理想的储氢技术。但是，存容器的绝热问题，氢液化能耗是液氢储运面料的两大技术难点，液氢储运必须使用特殊的超低温容器，若容器装料和绝热性能差，则容易加快液氢的蒸发损失；在实际氢液化中，其耗费的能量占总能量的30％。
5.相比高压气态或低温液态储运，有机液体氢化物储运具有长距离输送成本优势，且将氢气储存在有机液体氢化物中对现有加油站的设施设备可进行再利用的程度高，因此在有机液体氢化物储运方面上的研究越来越多。
6.此外，氢气进入燃料电池与一同进入的空气中的氧气进行化学反应会释放较大量的热量，该部分热量会被排放的尾气带走，如果不对尾气中的热量进行回收利用会造成氢气能量的浪费。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对氢燃料电池汽车中有机储氢液体及燃料电池排放尾气中的余热进行高效回收再利用，提供了一种车载供氢发电及余热再回收利用系统，该系统一方面可高效回收再利用有机液体氢化物释放氢气后的液体产物，另一方面可高效利用燃料电池排放尾气中的余热，从而降低能耗，提高行驶里程数。
8.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种车载供氢发电及余热再回收利用系统，包括储液罐、泵、预热器、微反应器、燃料电池、电机、蓄电池系统、ptc加热器、dc/dc变换器与空压机，所述储液罐通过泵与所述预热器相连，所述预热器与所述微反应器相连，所述微反应器与所述燃料电池连接，所述燃料电池与所述dc/dc变换器连接，所述dc/dc变换器分别连接所述电机与所述蓄电池系统，所
述储液罐上设有加注口，有机储氢液体出口与液体生成物进口，所述储液罐内设有柔性膜，所述柔性膜用于分隔有机储氢液体与液体生成物，所述燃料电池还与所述预热器连接。
10.作为本发明的一种优选方案，所述加注口与所述有机储氢液体出口位于同一侧。
11.作为本发明的一种优选方案，还包括电磁阀，所述储液罐的有机储氢液体出口通过电磁阀连通所述泵的进口。
12.作为本发明的一种优选方案，还包括净化系统，所述预热器与所述净化系统连接，所述燃料电池产生的尾气经预热器交换热量后通过净化系统排空。
13.作为本发明的一种优选方案，所述微反应器上设有氢气出口与液体生成物出口，所述氢气出口与所述燃料电池连接，所述液体生成物出口与所述液体生成物进口连接。
14.作为本发明的一种优选方案，还包括单向阀，所述单向阀位于液体生成物出口与液体生成物进口连接的管路上。
15.作为本发明的一种优选方案，还包括泄流阀，所述泄流阀与储液罐上的液体生成物腔体连接。
16.作为本发明的一种优选方案，所述空压机依次连接ptc加热器与燃料电池。
17.作为本发明的一种优选方案，所述蓄电池系统分别连接所述微反应器、所述ptc加热器、所述空压机、所述电机、所述电磁阀与所述泵。
18.作为本发明的一种优选方案，所述柔性膜可根据有机储氢液体与液体生成物之间体积的占比调整位置。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明通过在车载储液罐内置有一柔性膜用于分隔有机储氢液体与液体生成物。工作时，在泵的驱动下，储液罐右侧空间内的有机储氢液体进入预热器预热后进入微反应器内；在催化剂的作用下，分离出氢气与液体生成物，氢气进入氢燃料电池进行发电用于驱动电动机，而液体生成物进单向阀流入储液罐左侧空间；燃料电池尾气在预热器中用于对有机储氢液体进行预热后再经净化系统后排放到大气中。本发明的系统，一方面可有效回收利用液体生成物，另一方面对燃料电池中的尾气余热进行了再利用，可有效提高能量的利用效率，降低氢能汽车的能耗，提高行驶里程。
附图说明
21.图1是本发明的示意图。
22.图中，1-储液罐；2-电磁阀；3-泵；4-预热器；5-微反应器；6-燃料电池；7-电机；8-蓄电池系统；9-ptc加热器；10-净化系统；11-加注口；12-单向阀；13-泄流阀；14-柔性膜；15-dc/dc变换器；16-空压机。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
24.参见图1，本发明提供了一种车载供氢发电及余热再回收利用系统，包括储液罐1、
电磁阀2、泵3、预热器4、微反应器5、燃料电池6、电机7、蓄电池系统8、ptc加热器9、净化系统10、加注口11、单向阀12、泄流阀13、柔性膜14、dc/dc变换器15、空压机16。
25.在本发明中，微反应器为微结构反应器，即在反应器内布置有多层微结构通道，且该反应为常压，温度在200摄氏度左右。有机液体氢化物与通道壁面的pt或pb催化剂接触，产生氢气。其中该微反应器中的微结构通道，不限于平行排列的微通道，不同通道间流体可以交互且通道下游较通道上游要宽/大，这样既能保证反应过程中反应两相流的稳定性，又能保证氢气能快速排出。所用微反应器可选用杭州沈氏节能科技股份有限公司的wrc00075型号集成式微反应器等。
26.本发明中所用的有机储氢液体为基于苄基甲苯或乙基咔唑等碳氢类(cmhn)或者碳氢氮类(cmhnnp)液体的氢键复合物。
27.本发明中所用的柔性膜不透析两边的液体，可以用具有较弱弹性且不透水、耐磨和耐老化的材料制成。常用的柔性膜主要有高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、聚氯乙烯(pvc)、氯化聚乙烯(cpe)、氯磺聚乙烯(cspe)、塑化聚烯烃(elpo)、乙烯一丙烯橡胶(epdm)、氯丁橡胶(cbr)、丁烯橡胶(pbr)、热塑性合成橡胶、氯醇橡胶。本发明柔性膜最优选高密度聚乙烯(hdpe)，因为是柔性膜，当一边液体多，而另一边液体少时，会偏向液体少的一边，反之亦然，即是说能根据两边液体体积的占比适时调整柔性膜的位置，且不致于影响两边液体的压力。柔性膜厚度需根据所选材质在满足结构应力安全的前提下进行自由选择，在此不做限定，柔性膜的面积根据储氢液体罐的大小而定。
28.实施例
29.本实施例提供了车载供氢发电及余热再回收利用系统，参见图1，储液罐1内置有一柔性膜14用于分隔有机储氢液体与液体生成物，储液罐1具有有机储氢液体出口、液体生成物进口，泵3具有进出口，预热器4具有有机储氢液体进出口与尾气进出口，微反应器5具有有机储氢液体进口、氢气出口与液体生成物出口，燃料电池6具有氢气进口、空气进口与尾气出口，ptc加热器9具有空气进出口，净化系统10具有尾气进出口，空压机16具有空气进出口。
30.储液罐1的有机储氢液体出口通过电磁阀2连通泵3的进口，泵3的出口通过管路连接预热器4的有机储氢液体进口，预热器4的有机储氢液体出口连通微反应器5的有机储氢液体进口，微反应器5的氢气出口连通燃料电池6的氢气进口，燃料电池6的尾气出口连通预热器4的尾气进口，预热器4的尾气出口连通净化系统10的尾气进口，ptc加热器9的空气出口连通燃料电池6的空气进口，微反应器5的液体生成物出口通过单向阀12连通储液罐1的液体生成物进口，空压机16空气出口连通ptc加热器9空气进口。
31.电磁阀2在车辆不工作时可用于切断车辆有机储氢液体的供给。泵3可根据车辆控制信号调节管路的供液量以匹配车辆所需动力。
32.预热器4用于对进入微反应器5的有机储氢液体进行预热。预热后的有机储氢液体在微反应器5中催化剂的作用下分离成氢气与液体生成物。ptc加热器9用于预热进入燃料电池6中的空气。
33.氢气在燃料电池6中与预热后的空气在催化器的作用下进行化学反应，产生的化学能转化成电能输出，电能经dc/dc变换器15稳压后，可给蓄电池系统8充电或直接用于驱动电机7。
34.蓄电池系统8用于驱动电磁阀2、泵3、ptc加热器9、空压机16。当车辆运行所需功率超出燃料电池6的额定功率时，蓄电池系统8可辅助驱动电动机7。蓄电池系统8给微反应器5供能用于维持微反应器5内的脱氢温度。
35.净化系统10用于对燃料电池6排放的尾气进行净化。单向阀12用于防止储液罐1内的液体生成物在泵3停止运行时反向流入微反应器5内。
36.当有机储氢液体快耗尽时，先从泄流阀13放空液体生成物到外界收集罐，再从加注口11加注新的有机储氢液体。柔性膜14(厚度0.02mm-0.1mm)在储液罐1内用于隔离液体生成物和有机储氢液体，膜的位置会随着两者体积的变化而发生变动，当有机储氢液体刚加注满时，柔性膜14位于最左端，后随着有机储氢液体的消耗和液体生成物的生成，柔性膜14的位置会逐渐往右端位置移动。
37.dc/dc变换器15用于稳定燃料电池6的电能输出。空压机16用于吸入外界空气，增加空气密度。
38.车辆启动时，电磁阀2、泵3、ptc加热器9、空压机16开启。车载储液罐1中的有机储氢液体在泵3的驱动下，依次经过电磁阀2、泵3后进入预热器4中预热。从预热器4出来的有机储氢液体接着流入微反应器5中，在微反应器5中有机储氢液体在一定温度下和催化剂作用下转变成氢气跟液体产物。生成的氢气之后进入燃料电池6中与空气中的氧气发生化学反应，产生的化学能转化成电能输出，电能经dc/dc变换器15稳压后，可给蓄电池系统8充电或直接用于驱动电机7。生成的液体生成物经单向阀回收到储液罐内。燃料电池6中排放的高温尾气在预热器4中用于加热有机储氢液体，后经净化系统10净化后排空到大气。
39.本发明的系统可对氢燃料电池汽车中液体生成物及燃料电池排放尾气中的余热进行高效回收再利用，该系统一方面可高效回收再利用液体生成物，另一方面可高效利用燃料电池排放尾气中的余热，从而降低能耗，提高行驶里程数。
40.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。