一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及燃料電池領(lǐng)域，特別涉及一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的車載用燃料電池的原料是空氣和甲醇，甲醇蒸發(fā)后在重整室發(fā)生重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣與空氣中的氧進入電堆進行反應(yīng)后發(fā)電。這種形式的燃料電池的發(fā)電效率還可以得到提高，而且在使用中大量的余熱沒有得到利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的主要目的在于提供一種可實現(xiàn)在車載燃料電池中實現(xiàn)利用重整器的余熱來自制純氫純氧以進行高效率發(fā)電的高溫電池系統(tǒng)。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術(shù)方案:一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)，包括純氫產(chǎn)生模塊、純氧產(chǎn)生模塊以及高溫質(zhì)子交換膜電堆，所述純氫產(chǎn)生模塊包括順序連接的甲醇栗、甲醇過濾器、甲醇重整器以及氫氣分離器，所述純氧產(chǎn)生模塊包括與甲醇重整器連接的氧氣發(fā)生器，所述氫氣分離器與氧氣發(fā)生器分別與高溫質(zhì)子交換膜電堆連接，所述純氫產(chǎn)生模塊中設(shè)置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。
[0005]優(yōu)選的，所述氫氣分離器設(shè)置在氧氣發(fā)生器中。
[0006]優(yōu)選的，所述氫氣分離器中設(shè)置有鈀復(fù)合膜。
[0007]優(yōu)選的，所述甲醇過濾器包括受熱蒸發(fā)模塊以及與受熱蒸發(fā)模塊連接的冷凝模塊，所述受熱蒸發(fā)模塊包括與甲醇重整器連接的傳熱原件以及承載甲醇水原料的料箱，甲醇受熱蒸發(fā)后從料箱進入冷凝模塊，所述冷凝模塊包括冷凝原件與收集室，甲醇蒸汽經(jīng)過冷凝原件液化后進入收集室。
[0008]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點，甲醇栗從甲醇桶中將甲醇水栗入甲醇過濾器中，甲醇水受熱蒸發(fā)得到純度大約99%的甲醇，純甲醇進入甲醇重整器并與氧氣發(fā)生器產(chǎn)生的氧氣發(fā)生部分氧化以及氧化重整反應(yīng)得到氫氣、一氧化碳和二氧化碳，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，得到的氫氣、一氧化碳和二氧化碳進入氫氣分離器進行提純，在本實用新型中，氫氣分離器設(shè)置在氧氣發(fā)生器中，這樣設(shè)置的好處是，因為分離氫氣需要在480°C的溫度下進行，分離氧氣需要在600°C的溫度下進行，將氫氣分離器設(shè)置在氧氣發(fā)生器中，可以充分利用氧氣發(fā)生器中的熱量，不需要再額外設(shè)置加熱器。甲醇水的過濾提純、氧氣發(fā)生器中氧氣的分離、氫氣分離器中的氫氣的分離這三個步驟中所有的熱量都是來自甲醇重整器中重整反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，本實用新型利用甲醇重整器產(chǎn)生的余熱來得到純氫純氧，使得可以在車載燃料電池中得到應(yīng)用，極大地提高了燃料電池的發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的純氫純氧高溫電池系統(tǒng)的流程圖；
[0010]圖2為本實用新型的甲醇過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:1、純氫產(chǎn)生模塊;2、純氧產(chǎn)生模塊;3、電堆;4、受熱蒸發(fā)模塊;41、傳熱原件；42、料箱;5、冷凝模塊;51、冷凝原件;52、收集室。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0013]如圖1所示，一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)，包括純氫產(chǎn)生模塊1、純氧產(chǎn)生模塊2以及高溫質(zhì)子交換膜電堆3，所述純氫產(chǎn)生模塊I包括甲醇重整器，所述純氧產(chǎn)生模塊2與甲醇重整器連接，所述甲醇重整器中發(fā)生部分氧化以及氧化重整反應(yīng)釋放熱量為純氫產(chǎn)生模塊I以及純氧產(chǎn)生模塊2提供熱動力，所述純氫產(chǎn)生模塊I中設(shè)置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。
[0014]純氫產(chǎn)生模塊I包括順序連接的甲醇栗、甲醇過濾器、甲醇重整器以及氫氣分離器，所述純氧產(chǎn)生模塊2包括與甲醇重整器連接的氧氣發(fā)生器，所述甲醇重整器為甲醇過濾器、氧氣發(fā)生器以及氫氣分離器提供熱量，所述氫氣分離器與氧氣發(fā)生器分別與高溫質(zhì)子交換膜電堆3連接。
[0015]氫氣分離器設(shè)置在氧氣發(fā)生器中。因為分離氫氣的溫度要求在480°C左右，分離氧氣的溫度要求在600°C左右，單獨對這兩部分進行加熱來進行分離氧氣和氫氣其成本很高而且效率較低，利用甲醇重整器中釋放的熱量來同時進行氧氣和氫氣的分離提純，效率非常高，而且節(jié)能環(huán)保。
[0016]氫氣分離器中設(shè)置有鈀復(fù)合膜。鈀復(fù)合膜具有很高的透氫速率和透氫選擇性以及良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，非常適合氫氣的提純。
[0017]本實用新型的工作原理是:甲醇栗從甲醇桶中將甲醇水栗入甲醇過濾器中，甲醇水受熱蒸發(fā)再冷凝得到純度大約99%的甲醇，純甲醇進入甲醇重整器并與氧氣發(fā)生器產(chǎn)生的氧氣發(fā)生部分氧化以及氧化重整反應(yīng)得到氫氣、一氧化碳和二氧化碳，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，得到的氫氣、一氧化碳和二氧化碳進入氫氣分離器進行提純，在本實用新型中，氫氣分離器設(shè)置在氧氣發(fā)生器中，這樣設(shè)置的好處是，因為分離氫氣需要在480°C的溫度下進行，分離氧氣需要在600°C的溫度下進行，將氫氣分離器設(shè)置在氧氣發(fā)生器中，可以充分利用氧氣發(fā)生器中的熱量，不需要再額外設(shè)置加熱器。甲醇水的過濾提純、氧氣發(fā)生器中氧氣的分離、氫氣分離器中的氫氣的分離這三個步驟中所有的熱量都是來自甲醇重整器中重整反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，本實用新型利用甲醇重整器產(chǎn)生的余熱來得到純氫純氧，使得可以在車載燃料電池中得到應(yīng)用，極大地提高了燃料電池的發(fā)電效率。
[0018]本實用新型的甲醇過濾器包括受熱蒸發(fā)模塊4以及與受熱蒸發(fā)模塊4連接的冷凝模塊5，受熱蒸發(fā)模塊4包括從甲醇重整器吸收熱量的傳熱原件41以及承載甲醇原料的料箱42，甲醇受熱蒸發(fā)后從料箱42進入冷凝模塊5，冷凝模塊5包括冷凝原件51與收集室52，甲醇蒸汽經(jīng)過冷凝原件51液化后進入收集室52。
[0019]甲醇過濾器的工作原理主要是首先利用甲醇栗將待提純的甲醇原料栗入料箱42中，在工作過程中，受熱蒸發(fā)模塊4中的傳熱原件41從甲醇重整器中吸收熱量，因為甲醇重整器中進行的是部分氧化以及氧化重整放熱反應(yīng)，會釋放出較多的熱量，傳熱原件41從甲醇重整器中吸收熱量并傳遞給待提純甲醇原料，因為甲醇的沸點在60?70°C之間，所以甲醇受熱蒸發(fā)后形成純甲醇蒸汽并進入冷凝模塊5，雜質(zhì)以及水的沸點一般較高，仍會留在料箱42中。甲醇蒸汽經(jīng)過冷凝原件51后冷凝成液體并進入收集室52，收集室52中的純甲醇可供后續(xù)使用，從而完成甲醇的過濾提純。經(jīng)過提純的甲醇能夠更好的制備純氫。
[0020]傳熱原件41為碳納米管。碳納米管具有非常高效的傳熱效率，在本實用新型中，通過設(shè)計碳納米管的規(guī)格可以實現(xiàn)精確控制傳熱原件41的溫度范圍，優(yōu)點就是可以在受熱蒸發(fā)模塊4中達(dá)到只能夠?qū)⒓状歼M行受熱蒸發(fā)，雜質(zhì)以及水不會受熱蒸發(fā)。作為上述碳納米管的一種變形，本實用新型中的傳熱原件41還可以為納米級蜂窩狀傳熱板。同樣的，能夠保證傳熱原件41的溫度范圍。
[0021]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實用新型的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)，其特征在于:包括純氫產(chǎn)生模塊、純氧產(chǎn)生模塊以及高溫質(zhì)子交換膜電堆，所述純氫產(chǎn)生模塊包括順序連接的甲醇栗、甲醇過濾器、甲醇重整器以及氫氣分離器，所述純氧產(chǎn)生模塊包括與甲醇重整器連接的氧氣發(fā)生器，所述氫氣分離器與氧氣發(fā)生器分別與高溫質(zhì)子交換膜電堆連接，所述純氫產(chǎn)生模塊中設(shè)置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)，其特征在于:所述氫氣分離器設(shè)置在氧氣發(fā)生器中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)，其特征在于:所述氫氣分離器中設(shè)置有鈀復(fù)合膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)，其特征在于:所述甲醇過濾器包括受熱蒸發(fā)模塊以及與受熱蒸發(fā)模塊連接的冷凝模塊，所述受熱蒸發(fā)模塊包括與甲醇重整器連接的傳熱原件以及承載甲醇水原料的料箱，甲醇受熱蒸發(fā)后從料箱進入冷凝模塊，所述冷凝模塊包括冷凝原件與收集室，甲醇蒸汽經(jīng)過冷凝原件液化后進入收集室。
【專利摘要】本實用新型公開了一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)。本實用新型的技術(shù)方案是：一種純氫純氧高溫電池系統(tǒng)，包括純氫產(chǎn)生模塊、純氧產(chǎn)生模塊以及高溫質(zhì)子交換膜電堆，所述純氫產(chǎn)生模塊包括順序連接的甲醇泵、甲醇過濾器、甲醇重整器以及氫氣分離器，所述純氧產(chǎn)生模塊包括與甲醇重整器連接的氧氣發(fā)生器，所述氫氣分離器與氧氣發(fā)生器分別與高溫質(zhì)子交換膜電堆連接，所述純氫產(chǎn)生模塊中設(shè)置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。本實用新型利用甲醇重整器中產(chǎn)生的余熱來得到純氫純氧，使得可以在車載燃料電池中得到應(yīng)用，極大地提高了燃料電池的發(fā)電效率。
【IPC分類】H01M8/0606, H01M8/04089, H01M8/1231, H01M8/04007
【公開號】CN205335352
【申請?zhí)枴緾N201620093105
【發(fā)明人】沈建躍, 陳剛
【申請人】博源燃料電池(上海)有限公司
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月28日