一种基于纯水电解制氢的燃料电池发电系统的制作方法

1.本发明涉及发电系统技术领域，具体为一种基于纯水电解制氢的燃料电池发电系统。


背景技术：

2.国际氢能委员会预测2030年全球氢气需求总量约为14ej(艾焦)，炼油化工、合成氨等行业的氢气需求量最大，现有制氢工业体系已非常成熟，全球超过95％的氢气采用化石燃料生产，蒸汽
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甲烷重整是最主要的制氢方式，占比约48％，其次是石油、煤炭气化制氢，另外大约有4％的氢气通过水电解获得，中国是目前世界上最大的制氢国，现有工业制氢产能约2500万t/a，其中煤制氢产能约1000万t/a，占比最大，其次是工业副产氢约800万t/a，化石能源重整制氢技术成熟、规模大、成本低，但co2排放量大，而近几年的国际氢能发展热潮，与利用氢能降低碳排放、进一步发展可再生能源的愿景密切相关，显然化石燃料制氢不能达到预期目标。氢气作为能源载体，将在全球能源转型中与电力互为补充，水电解制氢被认为是未来制氢的发展方向，特别是利用可再生能源电解水制氢，具备将大量可再生能源电力转移到难以深度脱碳工业部门的潜力。
3.pem水电解制氢区别于传统的碱性水电解制氢，pem水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性，而现有的制氢燃料电池的发电系统在使用过程中，大部分燃料电池目前不能根据用电模块用电量需求进行发电效率的调整。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于纯水电解制氢的燃料电池发电系统，通过制氢模块与发电模块的配合提升了不同电量需求时的最佳发电效率。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于纯水电解制氢的燃料电池发电系统，包括：制氢模块、发电模块和控制器，所述制氢模块将制得的氢通过管路输送至所述发电模块，所述制氢模块与所述发电模块之间的管路上设置有氢气流量调节装置以及控制。
8.优先的，制氢模块包括：醇水箱和绝缘隔离区，所述醇水箱顶部通过管道设置有水泵，所述绝缘隔离区左端设有气化室，所述气化室左侧设置有并联联通释压管路，所述释压管路设置有释压阀，所述气化室右侧通过管路连接有重整室，所述重整室右端通过管路设置有传输泵，所述传输泵右端通过管路连接纯化膜，所述纯化膜底部左端设置有氧化层。
9.优先的，所述制氢模块与所述发电模块之间的管路上设置有浮球和变送器。
10.优先的，所述发电模块包括：pem电解槽，所述pem电解槽由左向右依次设置的氧化剂室、氧电极、电解质、燃料电极、燃料室，所述pem电解槽顶部右端设有第一排气口，所述
pem电解槽顶部左端设有第二排气口，所述燃料室设置有燃料进口和燃料出口，所述燃料进口与所述制氢模块通过管道连通，所述氧化剂室设置有氧化剂进口和氧化剂出口。
11.优先的，所述燃料电极与所述氧电极通过导线与负载连通。
12.优先的，包括控制器，所述控制器左端通过第一控制线路连接电磁阀，所述控制器靠近左端处通过第二控制线路连接水泵，所述控制器靠近中端处通过第三控制线路连接续热棒，所述控制器靠近右端处通过第四控制线路连接有氢气提纯膜，所述控制器右端通过第五控制线路连接热敏器，所述控制器右侧通过第六控制线路连接压缩风机。
13.(三)有益效果
14.本发明提供了一种基于纯水电解制氢的燃料电池发电系统。具备以下有益效果：
15.(1)、该一种基于纯水电解制氢的燃料电池发电系统，通过设有制氢模块、发电模块和控制器，电解水制氢模块，用pem电解槽结构，实现纯水电解制氢，所得氢气作为燃料电池发电模块的能源进行发电，燃料电池模块，它利用氢气和氧气发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能，利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部电，通过控制供给燃料(氢)流量的方法实现产生电流大小的结果，系统中的氢气流量由浮球指示与变送器测量，燃料电池配备控制器，调整运行状态，使发电效率带到最佳，并具备过流保护、供氢量检测保护与开机保护功能，控制器与绝缘隔离区配合，控制器区域均采取线路连接，便于控制信号指令的稳定传输，依次连接有的电磁阀、水泵、续热棒、氢气提纯膜、热敏器和压缩风机，电磁阀与水泵的设计主要是为了醇水箱与气化室之间的稳定供应传输，续热棒主要是为了感应重整室区域的温度并进行反馈，用以保持制氢时的稳定运行，氢气提纯膜区域的设置主要是为了保持氢气的持续通过提纯，控制线路连接此区域主要是为了获得运行反馈，查看实时通过量以及通过效果，热敏器的设置，是为了持续监测气化室区域的温度用以保持需求制氢温度，压缩风机压缩空气应用范围很广，它是一种无活动部件而且能产生高通风量的设备，它使用压缩空气或者蒸汽为动力。因此风机适用于危险性气体的场合，所以压缩风机对应着氧化层，可以持续供应氧化层需求供氧，用以保持氢气提纯膜运行时的高效提纯效果，以上绝缘隔离区诸多组件可采取市面通用产品，且产品技术已属于现有共通型，根据水分子可在直流电作用下分解为氢离子和氢氧根离子，采用pem电解槽结构，实现纯水电解制氢，设计出pem核心电解系统，采用电解水的逆反应原理，设计燃料电池发电系统，高纯碳气通过排出口区域进行排出，发电模块通过浮球指示与变送器测量制氢模块的氢气流量进而对燃料电池模块配备的燃料电池模块进行调整使其发电效率可以最佳，凭借相关结构零部件相互协同运作，所以通过制氢模块与发电模块的配合提升了不同电量需求时的最佳发电效率。
附图说明
16.图1为本发明制氢发电系统整体分布图；
17.图2为本发明制氢模块组件分布图；
18.图3为本发明发电模块组件分布图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，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。
20.请参阅图1
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3，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于纯水电解制氢的燃料电池发电系统，包括：制氢模块、发电模块和控制器，所述制氢模块将制得的氢通过管路输送至所述发电模块，所述制氢模块与所述发电模块之间的管路上设置有氢气流量调节装置以及控制。
21.制氢模块包括：醇水箱和绝缘隔离区，所述醇水箱顶部通过管道设置有水泵，所述绝缘隔离区左端设有气化室，所述气化室左侧设置有并联联通释压管路，所述释压管路设置有释压阀，所述气化室右侧通过管路连接有重整室，所述重整室右端通过管路设置有传输泵，所述传输泵右端通过管路连接纯化膜，所述纯化膜底部左端设置有氧化层。
22.所述制氢模块与所述发电模块之间的管路上设置有浮球和变送器。
23.所述发电模块包括：pem电解槽，所述pem电解槽由左向右依次设置的氧化剂室、氧电极、电解质、燃料电极、燃料室，所述pem电解槽顶部右端设有第一排气口，所述pem电解槽顶部左端设有第二排气口，所述燃料室设置有燃料进口和燃料出口，所述燃料进口与所述制氢模块通过管道连通，所述氧化剂室设置有氧化剂进口和氧化剂出口。
24.所述燃料电极与所述氧电极通过导线与负载连通。
25.包括控制器，所述控制器左端通过第一控制线路连接电磁阀，所述控制器靠近左端处通过第二控制线路连接水泵，所述控制器靠近中端处通过第三控制线路连接续热棒，所述控制器靠近右端处通过第四控制线路连接有氢气提纯膜，所述控制器右端通过第五控制线路连接热敏器，所述控制器右侧通过第六控制线路连接压缩风机。
26.本发明通过设有制氢模块、发电模块和控制器，电解水制氢模块，用pem电解槽结构，实现纯水电解制氢，所得氢气作为燃料电池发电模块的能源进行发电，燃料电池模块，它利用氢气和氧气发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能，利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部电，通过控制供给燃料(氢)流量的方法实现产生电流大小的结果，系统中的氢气流量由浮球指示与变送器测量，燃料电池配备控制器，调整运行状态，使发电效率带到最佳，并具备过流保护、供氢量检测保护与开机保护功能，根据水分子可在直流电作用下分解为氢离子和氢氧根离子，采用pem电解槽结构，实现纯水电解制氢，设计出pem核心电解系统，采用电解水的逆反应原理，设计燃料电池发电系统，高纯碳气通过排出口区域进行排出，发电模块通过浮球指示与变送器测量制氢模块的氢气流量进而对燃料电池模块配备的燃料电池模块进行调整使其发电效率可以最佳，控制器与绝缘隔离区配合，控制器区域均采取线路连接，便于控制信号指令的稳定传输，依次连接有的电磁阀、水泵、续热棒、氢气提纯膜、热敏器和压缩风机，电磁阀与水泵的设计主要是为了醇水箱与气化室之间的稳定供应传输，续热棒主要是为了感应重整室区域的温度并进行反馈，用以保持制氢时的稳定运行，氢气提纯膜区域的设置主要是为了保持氢气的持续通过提纯，控制线路连接此区域主要是为了获得运行反馈，查看实时通过量以及通过效果，热敏器的设置，是为了持续监测气化室区域的温度用以保持需求制氢温度，压缩风机压缩空气应用范围很广，它是一种无活动部件而且能产生高通风量的设备，它使用压缩空气或者蒸汽为动力。因此风机适用于危险性气体的场合，所以压缩风机对应着氧化层，可以持续供应氧化
层需求供氧，用以保持氢气提纯膜运行时的高效提纯效果，以上绝缘隔离区诸多组件可采取市面通用产品，且产品技术已属于现有共通型。
27.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
28.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。