用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统的制作方法

本发明属于甲醇制氢设备技术领域，具体涉及一种用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统。

背景技术：

燃料制氢系统是一种从甲醇、天然气、液化气、汽油、柴油等碳水化合物中快速制备出燃料电池所需的合格的富氢混合气体的装置。以甲醇制氢系统为例，甲醇制氢系统包括甲醇制氢机构、以及与该甲醇制氢机构相连的甲醇供应机构和水供应机构，其中，甲醇制氢机构包括原料预混器、汽化器、转化器、水洗吸收塔和变压吸附器。

甲醇制氢的工艺流程为：先将甲醇和脱盐水按一定比例混合，混合液经换热器预热后送入汽化塔，汽化后的水甲醇蒸汽经过热器过热后进入转化器，在转化器的催化剂床层上进行催化裂解和变换反应，产出的转化气中含约74％氢气和24％二氧化碳，转化气经换热、冷却冷凝后进入水洗吸收塔，塔釜收集未转化完的甲醇和水供循环使用，塔顶气送变压吸附器提纯。

现有技术中催化剂均是以层状填装在转化器中的，这种填装方式对催化剂的利用率较低，导致氢气转化效率较低。

技术实现要素：

本申请的发明目的是提供一种提高制氢催化剂利用率的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统。

为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：

一种用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统，包括甲醇制氢机构，以及与该甲醇制氢机构相连的甲醇供应机构和水供应机构；所述的甲醇制氢机构包括筒状壳体，所述的筒状壳体内由下至上设有混合汽化室、反应室和冷却室，所述的反应室内设有与混合汽化室相连通的螺旋状反应管，螺旋状反应管内填装有制氢催化剂；反应室的内壁上设有处于螺旋状反应管外周的电磁加热机构。

本申请在反应室内设置螺旋状反应管，与层状填装的制氢催化剂相比，螺旋状反应管使得混合汽与管内的制氢催化剂充分接触，而且接触面积和接触时间均大大增加，从而提高了本甲醇知情装置对制氢催化剂的利用率，进一步提高了氢气转化效率。

在上述的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统中，所述的螺旋状反应管有至少两根，所有螺旋状反应管在反应室内周向均匀布置。

进一步地，在上述的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统中，所述的螺旋状反应管包括在反应室内周向均匀布置的至少两组，每组螺旋状反应管包括两根螺旋状反应管，两根螺旋状反应管同轴设置但旋向相反。如此能够充分利用反应室内空间，增加螺旋状反应管的数量，提高制氢效率。

在上述的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统中，所述的混合汽化室和反应室之间设有隔板，所述的隔板上开设有与螺旋状反应管一一对应且相互连通的混合汽出口。以确保混合汽化室内的混合汽只经混合汽出口进入相应的螺旋状反应管内。

在上述的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统中，所述的冷却室的外周壁安装有冷却器，所述的混合汽化室的外周壁带有热交换器，所述的冷却器和热交换器之间设有冷却介质循环管道，该冷却介质循环管道上安装有第四液体泵。

在上述的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统中，所述的螺旋状反应管带有延伸至冷却室内的冷却延长段，所述的冷却室的侧壁上带有反应气出口，各冷却延长段均与该反应气出口相连。与螺旋状反应管一样呈螺旋状的冷却延长段能够延长反应气在冷却室内的停留时间，以达到充分冷却的目的。

在上述的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统中，所述的甲醇供应机构通过甲醇供应管与混合汽化室相连，该甲醇供应管上安装有第一液体泵和第一流量计；所述的水供应机构通过水供应管与混合汽化室相连，该水供应管上安装有第二液体泵和第二流量计。本申请利用第一流量计和第二流量计分别控制甲醇和水进入混合汽化室的流量，从而控制两者的比例，不需要对甲醇和水进行预混合。

在上述的用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统中，所述的甲醇供应管和水供应管的出液端均安装有雾状喷头。雾状喷头使得甲醇和水均以雾状被喷入混合汽化室内，便于快速汽化。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本申请在反应室内设置螺旋状反应管，与层状填装的制氢催化剂相比，螺旋状反应管使得混合汽与管内的制氢催化剂充分接触，而且接触面积和接触时间均大大增加，从而提高了本甲醇知情装置对制氢催化剂的利用率，进一步提高了氢气转化效率。

附图说明

图1为一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置的结构示意图；

图2为本发明一种用于图1中纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例一种用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统1，该甲醇制氢系统1被用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，与燃料电池2一体化设置。

如图2所示、结合图1可见，甲醇制氢系统1包括甲醇制氢机构3，以及与该甲醇制氢机构3相连的甲醇供应机构4和水供应机构5。其中，甲醇制氢机构3包括筒状壳体31，筒状壳体31内由下至上设有混合汽化室32、反应室33和冷却室34；甲醇供应机构4通过甲醇供应管41与混合汽化室32相连，该甲醇供应管41上安装有第一液体泵42和第一流量计43；水供应机构5通过水供应管51与混合汽化室32相连，该水供应管51上安装有第二液体泵52和第二流量计53；并且，甲醇供应管41和水供应管51的出液端均安装有处于混合汽化室32内的雾状喷头。

在混合汽化室32和反应室33之间设有隔板35，隔板35上开设有若干混合汽出口，在每个混合汽出口处均安装有一根螺旋状反应管36。本实施例的螺旋状反应管36是在反应室33内周向均匀布置的，并且，每两根螺旋状反应管36成为一组，同一组的两根螺旋状反应管36同轴设置但旋向相反，以充分利用反应室33内空间。

并且，在螺旋状反应管36的外周，反应室33的内壁上安装有电磁加热机构37。

螺旋状反应管36的反应末端带有延伸至冷却室34内的冷却延长段38，冷却室34的侧壁上带有反应气出口，各冷却延长段38均与该反应气出口相连。

冷却室34的外周壁安装有冷却器39，混合汽化室32的外周壁带有热交换器310，冷却器39和热交换器310之间设有冷却介质循环管道311，该冷却介质循环管道311上安装有第四液体泵312。

如图1所示，反应气出口通过管路与水洗吸收塔6相连，水洗吸收塔6收集未转化的甲醇和水供循环使用，而塔顶气则沿管路进入变压吸附机构7中，对氢气进行提纯，纯化的氢气被储存在储氢罐8中。

如图1所示、结合图2可见，本实施例的燃料电池2包括设置在反应室33外周壁的电解槽21，电解槽21呈圆环状包裹在筒状壳体31外周，并且电解槽21内环面与筒状壳体31外壁之间设有导热机构9。

电解槽21上带有与储氢罐8相连的氢气入口、供排放多余氢气的剩余氢气出口、供氧气进入的氧气入口(氧气可以由氧气罐10提供，也可以直接由空气提供)以及供反应水流出的水排放口。

其中，剩余氢气出口通过管道与水气分离罐11相连，水气分离罐11带有与储氢罐8相连的氢气回收口；水排放口与水蒸馏机构12相连，该水蒸馏机构12与水供应管51之间连接有反应水回收管13，反应水回收管13上安装有第三流量计14和第三液体泵15。

在较优的实施例中，可以将筒状壳体31和电解槽21设置在一密封箱(图中未示出)内，以便将筒状壳体31和电解槽21与储氢罐8隔离开来，减少安全隐患。

本实施例一种用于纯电动汽车一体化燃料电池的甲醇制氢系统1的工作原理为：

反应开始前，向热交换器310中通入温度较高的冷却介质，对混合汽化室32进行预热；同时启动电磁加热机构37，对反应室33进行预热；在第一流量计43和第二流量计53的监控下，第一液体泵42和第二液体泵52分别将甲醇和水经雾状喷头喷入混合汽化室32内，在热交换器310的作用下，甲醇和水分别汽化形成混合汽；混合汽经混合汽出口进入各螺旋状反应管36中，混合汽在制氢催化剂的作用下发生反应，获得含有氢气的反应气；反应气进入螺旋状的冷却延长段38中，在冷却器39的作用下被降温，并经反应气出口进入水洗吸收塔6相连，水洗吸收塔6收集未转化的甲醇和水供循环使用，而塔顶气则沿管路进入变压吸附机构7中，对氢气进行提纯，纯化的氢气被储存在储氢罐8中。