一種純氫純氧高溫電池系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池領域，特別涉及一種純氫純氧高溫電池系統。
【背景技術】
[0002]現有的車載用燃料電池的原料是空氣和甲醇，甲醇蒸發后在重整室發生重整反應產生氫氣，氫氣與空氣中的氧進入電堆進行反應后發電。這種形式的燃料電池的發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。

【發明內容】

[0003]針對現有技術存在的不足，本發明的主要目的在于提供一種可實現在車載燃料電池中實現利用重整器的余熱來自制純氫純氧以進行高效率發電的高溫電池系統。
[0004]為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案:一種純氫純氧高溫電池系統，包括純氫產生模塊、純氧產生模塊以及高溫質子交換膜電堆，所述純氫產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，所述純氧產生模塊包括與甲醇重整器連接的氧氣發生器，所述氫氣分離器與氧氣發生器分別與高溫質子交換膜電堆連接，所述純氫產生模塊中設置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。
[0005]優選的，所述氫氣分離器設置在氧氣發生器中。
[0006]優選的，所述氫氣分離器中設置有鈀復合膜。
[0007]優選的，所述甲醇過濾器包括受熱蒸發模塊以及與受熱蒸發模塊連接的冷凝模塊，所述受熱蒸發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，甲醇蒸汽經過冷凝原件液化后進入收集室。
[0008]本發明相對于現有技術具有如下優點，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生器產生的氧氣發生部分氧化以及氧化重整反應得到氫氣、一氧化碳和二氧化碳，此反應為放熱反應，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，在本發明中，氫氣分離器設置在氧氣發生器中，這樣設置的好處是，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，將氫氣分離器設置在氧氣發生器中，可以充分利用氧氣發生器中的熱量，不需要再額外設置加熱器。甲醇水的過濾提純、氧氣發生器中氧氣的分離、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所產生的熱量，本發明利用甲醇重整器產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用，極大地提高了燃料電池的發電效率。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的純氫純氧高溫電池系統的流程圖；
圖2為本發明的甲醇過濾器的結構示意圖。
[0010]圖中:1、純氫產生模塊;2、純氧產生模塊;3、電堆;4、受熱蒸發模塊;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】
[0011 ]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0012]如圖1所示，一種純氫純氧高溫電池系統，包括純氫產生模塊1、純氧產生模塊2以及高溫質子交換膜電堆3，所述純氫產生模塊I包括甲醇重整器，所述純氧產生模塊2與甲醇重整器連接，所述甲醇重整器中發生部分氧化以及氧化重整反應釋放熱量為純氫產生模塊I以及純氧產生模塊2提供熱動力，所述純氫產生模塊I中設置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。
[0013]純氫產生模塊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，所述純氧產生模塊2包括與甲醇重整器連接的氧氣發生器，所述甲醇重整器為甲醇過濾器、氧氣發生器以及氫氣分離器提供熱量，所述氫氣分離器與氧氣發生器分別與高溫質子交換膜電堆3連接。
[0014]氫氣分離器設置在氧氣發生器中。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，而且節能環保。
[0015]氫氣分離器中設置有鈀復合膜。鈀復合膜具有很高的透氫速率和透氫選擇性以及良好的化學和熱穩定性，非常適合氫氣的提純。
[0016]本發明的工作原理是: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生器產生的氧氣發生部分氧化以及氧化重整反應得到氫氣、一氧化碳和二氧化碳，此反應為放熱反應，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，在本發明中，氫氣分離器設置在氧氣發生器中，這樣設置的好處是，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，將氫氣分離器設置在氧氣發生器中，可以充分利用氧氣發生器中的熱量，不需要再額外設置加熱器。甲醇水的過濾提純、氧氣發生器中氧氣的分離、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所產生的熱量，本發明利用甲醇重整器產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用，極大地提高了燃料電池的發電效率。
[0017]本發明的甲醇過濾器包括受熱蒸發模塊4以及與受熱蒸發模塊4連接的冷凝模塊5，受熱蒸發模塊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，甲醇蒸汽經過冷凝原件51液化后進入收集室52。
[0018]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，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，所以甲醇受熱蒸發后形成純甲醇蒸汽并進入冷凝模塊5，雜質以及水的沸點一般較高，仍會留在料箱42中。甲醇蒸汽經過冷凝原件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使用，從而完成甲醇的過濾提純。經過提純的甲醇能夠更好的制備純氫。
[0019]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，在本發明中，通過設計碳納米管的規格可以實現精確控制傳熱原件41的溫度范圍，優點就是可以在受熱蒸發模塊4中達到只能夠將甲醇進行受熱蒸發，雜質以及水不會受熱蒸發。作為上述碳納米管的一種變形，本發明中的傳熱原件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
以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種純氫純氧高溫電池系統，其特征在于:包括純氫產生模塊、純氧產生模塊以及高溫質子交換膜電堆，所述純氫產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，所述純氧產生模塊包括與甲醇重整器連接的氧氣發生器，所述氫氣分離器與氧氣發生器分別與高溫質子交換膜電堆連接，所述純氫產生模塊中設置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。2.根據權利要求1所述的一種純氫純氧高溫電池系統，其特征在于:所述氫氣分離器設置在氧氣發生器中。3.根據權利要求1或2所述的一種純氫純氧高溫電池系統，其特征在于:所述氫氣分離器中設置有鈀復合膜。4.根據權利要求1所述的一種純氫純氧高溫電池系統，其特征在于:所述甲醇過濾器包括受熱蒸發模塊以及與受熱蒸發模塊連接的冷凝模塊，所述受熱蒸發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，甲醇蒸汽經過冷凝原件液化后進入收集室。
【專利摘要】本發明公開了一種純氫純氧高溫電池系統。本發明的技術方案是：一種純氫純氧高溫電池系統，包括純氫產生模塊、純氧產生模塊以及高溫質子交換膜電堆，所述純氫產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，所述純氧產生模塊包括與甲醇重整器連接的氧氣發生器，所述氫氣分離器與氧氣發生器分別與高溫質子交換膜電堆連接，所述純氫產生模塊中設置有用于過濾甲醇水的甲醇過濾器。本發明利用甲醇重整器中產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用，極大地提高了燃料電池的發電效率。
【IPC分類】H01M8/04007, H01M8/0606, H01M8/1231, H01M8/04089
【公開號】CN105552414
【申請號】CN201610063575
【發明人】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5月4日
【申請日】2016年1月28日