一种纯氢纯氧高温电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及燃料电池领域，特别涉及一种纯氢纯氧高温电池系统。
【背景技术】
[0002]现有的车载用燃料电池的原料是空气和甲醇，甲醇蒸发后在重整室发生重整反应产生氢气，氢气与空气中的氧进入电堆进行反应后发电。这种形式的燃料电池的发电效率还可以得到提高，而且在使用中大量的余热没有得到利用。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种可实现在车载燃料电池中实现利用重整器的余热来自制纯氢纯氧以进行高效率发电的高温电池系统。
[0004]为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案:一种纯氢纯氧高温电池系统，包括纯氢产生模块、纯氧产生模块以及高温质子交换膜电堆，所述纯氢产生模块包括顺序连接的甲醇栗、甲醇过滤器、甲醇重整器以及氢气分离器，所述纯氧产生模块包括与甲醇重整器连接的氧气发生器，所述氢气分离器与氧气发生器分别与高温质子交换膜电堆连接，所述纯氢产生模块中设置有用于过滤甲醇水的甲醇过滤器。
[0005]优选的，所述氢气分离器设置在氧气发生器中。
[0006]优选的，所述氢气分离器中设置有钯复合膜。
[0007]优选的，所述甲醇过滤器包括受热蒸发模块以及与受热蒸发模块连接的冷凝模块，所述受热蒸发模块包括与甲醇重整器连接的传热原件以及承载甲醇水原料的料箱，甲醇受热蒸发后从料箱进入冷凝模块，所述冷凝模块包括冷凝原件与收集室，甲醇蒸汽经过冷凝原件液化后进入收集室。
[0008]本实用新型相对于现有技术具有如下优点，甲醇栗从甲醇桶中将甲醇水栗入甲醇过滤器中，甲醇水受热蒸发得到纯度大约99%的甲醇，纯甲醇进入甲醇重整器并与氧气发生器产生的氧气发生部分氧化以及氧化重整反应得到氢气、一氧化碳和二氧化碳，此反应为放热反应，得到的氢气、一氧化碳和二氧化碳进入氢气分离器进行提纯，在本实用新型中，氢气分离器设置在氧气发生器中，这样设置的好处是，因为分离氢气需要在480°C的温度下进行，分离氧气需要在600°C的温度下进行，将氢气分离器设置在氧气发生器中，可以充分利用氧气发生器中的热量，不需要再额外设置加热器。甲醇水的过滤提纯、氧气发生器中氧气的分离、氢气分离器中的氢气的分离这三个步骤中所有的热量都是来自甲醇重整器中重整反应所产生的热量，本实用新型利用甲醇重整器产生的余热来得到纯氢纯氧，使得可以在车载燃料电池中得到应用，极大地提高了燃料电池的发电效率。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的纯氢纯氧高温电池系统的流程图；
[0010]图2为本实用新型的甲醇过滤器的结构示意图。
[0011]图中:1、纯氢产生模块;2、纯氧产生模块;3、电堆;4、受热蒸发模块;41、传热原件；42、料箱;5、冷凝模块;51、冷凝原件;52、收集室。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0013]如图1所示，一种纯氢纯氧高温电池系统，包括纯氢产生模块1、纯氧产生模块2以及高温质子交换膜电堆3，所述纯氢产生模块I包括甲醇重整器，所述纯氧产生模块2与甲醇重整器连接，所述甲醇重整器中发生部分氧化以及氧化重整反应释放热量为纯氢产生模块I以及纯氧产生模块2提供热动力，所述纯氢产生模块I中设置有用于过滤甲醇水的甲醇过滤器。
[0014]纯氢产生模块I包括顺序连接的甲醇栗、甲醇过滤器、甲醇重整器以及氢气分离器，所述纯氧产生模块2包括与甲醇重整器连接的氧气发生器，所述甲醇重整器为甲醇过滤器、氧气发生器以及氢气分离器提供热量，所述氢气分离器与氧气发生器分别与高温质子交换膜电堆3连接。
[0015]氢气分离器设置在氧气发生器中。因为分离氢气的温度要求在480°C左右，分离氧气的温度要求在600°C左右，单独对这两部分进行加热来进行分离氧气和氢气其成本很高而且效率较低，利用甲醇重整器中释放的热量来同时进行氧气和氢气的分离提纯，效率非常高，而且节能环保。
[0016]氢气分离器中设置有钯复合膜。钯复合膜具有很高的透氢速率和透氢选择性以及良好的化学和热稳定性，非常适合氢气的提纯。
[0017]本实用新型的工作原理是:甲醇栗从甲醇桶中将甲醇水栗入甲醇过滤器中，甲醇水受热蒸发再冷凝得到纯度大约99%的甲醇，纯甲醇进入甲醇重整器并与氧气发生器产生的氧气发生部分氧化以及氧化重整反应得到氢气、一氧化碳和二氧化碳，此反应为放热反应，得到的氢气、一氧化碳和二氧化碳进入氢气分离器进行提纯，在本实用新型中，氢气分离器设置在氧气发生器中，这样设置的好处是，因为分离氢气需要在480°C的温度下进行，分离氧气需要在600°C的温度下进行，将氢气分离器设置在氧气发生器中，可以充分利用氧气发生器中的热量，不需要再额外设置加热器。甲醇水的过滤提纯、氧气发生器中氧气的分离、氢气分离器中的氢气的分离这三个步骤中所有的热量都是来自甲醇重整器中重整反应所产生的热量，本实用新型利用甲醇重整器产生的余热来得到纯氢纯氧，使得可以在车载燃料电池中得到应用，极大地提高了燃料电池的发电效率。
[0018]本实用新型的甲醇过滤器包括受热蒸发模块4以及与受热蒸发模块4连接的冷凝模块5，受热蒸发模块4包括从甲醇重整器吸收热量的传热原件41以及承载甲醇原料的料箱42，甲醇受热蒸发后从料箱42进入冷凝模块5，冷凝模块5包括冷凝原件51与收集室52，甲醇蒸汽经过冷凝原件51液化后进入收集室52。
[0019]甲醇过滤器的工作原理主要是首先利用甲醇栗将待提纯的甲醇原料栗入料箱42中，在工作过程中，受热蒸发模块4中的传热原件41从甲醇重整器中吸收热量，因为甲醇重整器中进行的是部分氧化以及氧化重整放热反应，会释放出较多的热量，传热原件41从甲醇重整器中吸收热量并传递给待提纯甲醇原料，因为甲醇的沸点在60?70°C之间，所以甲醇受热蒸发后形成纯甲醇蒸汽并进入冷凝模块5，杂质以及水的沸点一般较高，仍会留在料箱42中。甲醇蒸汽经过冷凝原件51后冷凝成液体并进入收集室52，收集室52中的纯甲醇可供后续使用，从而完成甲醇的过滤提纯。经过提纯的甲醇能够更好的制备纯氢。
[0020]传热原件41为碳纳米管。碳纳米管具有非常高效的传热效率，在本实用新型中，通过设计碳纳米管的规格可以实现精确控制传热原件41的温度范围，优点就是可以在受热蒸发模块4中达到只能够将甲醇进行受热蒸发，杂质以及水不会受热蒸发。作为上述碳纳米管的一种变形，本实用新型中的传热原件41还可以为纳米级蜂窝状传热板。同样的，能够保证传热原件41的温度范围。
[0021]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种纯氢纯氧高温电池系统，其特征在于:包括纯氢产生模块、纯氧产生模块以及高温质子交换膜电堆，所述纯氢产生模块包括顺序连接的甲醇栗、甲醇过滤器、甲醇重整器以及氢气分离器，所述纯氧产生模块包括与甲醇重整器连接的氧气发生器，所述氢气分离器与氧气发生器分别与高温质子交换膜电堆连接，所述纯氢产生模块中设置有用于过滤甲醇水的甲醇过滤器。2.根据权利要求1所述的一种纯氢纯氧高温电池系统，其特征在于:所述氢气分离器设置在氧气发生器中。3.根据权利要求1或2所述的一种纯氢纯氧高温电池系统，其特征在于:所述氢气分离器中设置有钯复合膜。4.根据权利要求1所述的一种纯氢纯氧高温电池系统，其特征在于:所述甲醇过滤器包括受热蒸发模块以及与受热蒸发模块连接的冷凝模块，所述受热蒸发模块包括与甲醇重整器连接的传热原件以及承载甲醇水原料的料箱，甲醇受热蒸发后从料箱进入冷凝模块，所述冷凝模块包括冷凝原件与收集室，甲醇蒸汽经过冷凝原件液化后进入收集室。
【专利摘要】本实用新型公开了一种纯氢纯氧高温电池系统。本实用新型的技术方案是：一种纯氢纯氧高温电池系统，包括纯氢产生模块、纯氧产生模块以及高温质子交换膜电堆，所述纯氢产生模块包括顺序连接的甲醇泵、甲醇过滤器、甲醇重整器以及氢气分离器，所述纯氧产生模块包括与甲醇重整器连接的氧气发生器，所述氢气分离器与氧气发生器分别与高温质子交换膜电堆连接，所述纯氢产生模块中设置有用于过滤甲醇水的甲醇过滤器。本实用新型利用甲醇重整器中产生的余热来得到纯氢纯氧，使得可以在车载燃料电池中得到应用，极大地提高了燃料电池的发电效率。
【IPC分类】H01M8/0606, H01M8/04089, H01M8/1231, H01M8/04007
【公开号】CN205335352
【申请号】CN201620093105
【发明人】沈建跃, 陈刚
【申请人】博源燃料电池(上海)有限公司
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年1月28日