CN104810537A - 一种氢气电池 - Google Patents

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Abstract

一种氢气电池，包括醇类汽化装置、产氢器及燃料电池，三者之间通过管道连接，其特征在于，所述醇类汽化装置包括蒸发器，所述蒸发器包括本体，在本体内部设置多排圆管，在圆管内放置加热触媒，在所述圆管周围设置许多微孔，所述微孔内装填钢珠，液体醇类流经所述微孔受到加热触媒释放的热能而汽化得到气态醇，所述醇类汽化装置的操作温度是68-180℃。所述产氢器将气态醇经过重整器重整后为燃料电池提供氢源。所述燃料电池包括燃料电池堆和逆变器，在燃料电池堆和逆变器之间连接有蓄电池。

Description

一种氢气电池
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种氢气电池。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)技术是一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术，氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子(即质子)并释放出带负电的电子。氢离子穿过电解质(质子交换膜)到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能。在电池另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应生成水和热量。这些小的电池单体可以组成电池堆，以满足大功率的要求。只要能保证燃料和氧化剂的供给，排出反应产物，排除一定废热，燃料电池就可以连续不断地产生电能，简称燃料电池系统。燃料电池的最佳燃料是氢气，但由于目前氢气储存、输送、分配及加注等环节尚存在诸多技术难点，因此无法满足各种规模的燃料电池对分散氢源的需求；而醇类、烃类等富氢燃料通过重整的方式移动或现场制氢可以为燃料电池提供氢源。但是醇类在常温是液态，因此使用时须先行汽化为气态再进入喷火枪与空气混合燃烧以提升燃烧效率。市售的甲醇汽化装置大都以内建的电热方式直接加热煮沸甲醇，将甲醇蒸汽导入燃烧装置与空气于鼓风机混合进入喷嘴燃烧，或采用外部间接式加热，先将水浴的水加热，再由水浴加热甲醇，并通入适量的空气吹驱甲醇蒸汽一并进入喷嘴燃烧。这两种类型的汽化装置，因为将空气与甲醇混合在自动燃烧浓度的范围内，或所谓的爆炸浓度的范围，都有安全的顾忌。另外，将容器内全部甲醇燃料直接加热的方式很难灵敏控制甲醇蒸气的进料量。当需要变动甲醇燃料的进料量以调整火焰的强度时，难于随心所欲加以控制。而且，直接加热的方式将电热器与甲醇直接接触，如果电热设备的绝缘体一旦出现破损，就有安全危险。当停止加热时，容器内的全部甲醇仍维持在沸腾温渡，继续蒸发并保温，造成能源的浪费。间接加热方式依赖水浴的加热，一方面无法灵敏调整蒸发温渡及速度，另一方面停止加热时水浴塭度仍维持高温更难立即降温，并造成更大的能源浪费。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种氢气电池，实现以醇类作为制氢的主要原料，制得高纯度的氢气，提供给燃料电池发电的目的。
一种氢气电池，包括醇类汽化装置、产氢器及燃料电池，三者之间通过管道连接，其特征在于，所述醇类汽化装置包括蒸发器，所述蒸发器包括本体，在本体内部设置多排圆管，在圆管内放置加热触媒，在所述圆管周围设置许多微孔，所述微孔内装填钢珠，液体醇类流经所述微孔受到加热触媒释放的热能而汽化得到气态醇，所述醇类汽化装置的操作温度是68-180℃。
进一步，所述本体是铝合金本体。
进一步，所述加热触媒包括多孔性金属载体、氮化硼促进剂和金属触媒层，所述金属触媒层是贵金属层或贵金属合金层。
进一步，所述圆管的直径是15-30mm，优选是20mm。
进一步，所述微孔的直径是8-12mm，优选是10mm。
进一步，所述钢珠的直径是5-8mm，优选是6mm。
进一步，所述本体的尺寸为(300-450)X(200-350)X(450-750)mm。所述本体的尺寸根据燃烧器对于醇类汽化量的需求调整。所述醇类进行汽化的量为30-130kg/hr。优选本体的尺寸为360X220X500mm，适用于43kg(38.7L)/hr的甲醇汽化。
进一步，醇类包括甲醇、乙醇、异丙醇、及其混合物。
进一步，所述产氢器将气态醇经过重整器重整后为燃料电池提供氢源。
进一步，所述燃料电池包括燃料电池堆和逆变器，在燃料电池堆和逆变器之间连接有蓄电池。
本发明的效果是醇类汽化装置以整块高导热性的铝合金一体成型蒸发器本体，以确保连续材质内热传递速度的快速。本体内有许多圆管，在圆管内放置加热触媒，热能的释放量可通过进料泵随时调整，以适应醇类的汽化量变化。微孔内的钢珠一方面协助液体分散形成醇类薄膜以加速汽化，另一方面降低汽化设备内的液体醇类容量，以降低汽化所要的热能，提异汽化效率。所述汽化量的调整快速而灵敏，可随心所欲变化醇类汽化的强度。所述微孔的孔壁或钢珠表面形成的醇类薄膜实现了高效率蒸发目的(88.6％)。
附图说明
图1为本发明氢气电池的结构示意图。
图2为本发明甲醇汽化装置的结构图。
图3为本发明甲醇汽化装置的立体图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
一种氢气电池，包括醇类汽化装置、产氢器及燃料电池，三者之间通过管道连接；所述醇类汽化装置包括蒸发器1，所述蒸发器包括本体，在本内部设置多排圆管2，在圆管内放置加热触媒，在所述圆管周围设置许多微孔3，所述微孔内装填钢珠4，液体醇流经所述微孔，受到加热触媒释放的热能而汽化得到气态醇。所述产氢器将气态醇经过重整器重整后为燃料电池提供氢源。所述燃料电池包括燃料电池堆和逆变器，在燃料电池堆和逆变器之间连接有蓄电池。
实施例1
上述的醇类汽化装置，其中所述本体是铝合金本体，所述加热触媒包括多孔性金属载体、氮化硼促进剂和铂金属触媒层，所述本体的尺寸为360X220X500mm，所述圆管的直径是15mm，微孔的直径是8mm，所述钢珠的直径是5mm，所述醇类为乙醇，所述汽化温度是90℃。
实施例2
重复实施例1，差别在于所述触媒层是钯金属取代铂金属，所述本体的尺寸为300X200X450mm，所述圆管的直径是30mm，微孔的直径是12mm，所述钢珠的直径是8mm，所述醇类为甲醇，所述汽化温度是68℃。
实施例3
重复实施例1，差别在于所述触媒层是钯金属取代铂金属，所述本体的尺寸为450X350X750mm，所述圆管的直径是20mm，微孔的直径是10mm，所述钢珠的直径是6mm，所述醇类为异丙醇。
实施例4
重复实施例3，差别在于所述触媒层是以钯与铼合金取代钯金属，所述本体的尺寸为360X300X600mm，所述圆管的直径是25mm，微孔的直径是12mm，所述钢珠的直径是7mm，所述醇类为甲醇与异丙醇的混合物，所述汽化温度是168℃。
实施例5
重复实施例2，差别在于所述触媒层是铂金属取代钯金属，所述本体的尺寸为400X200X550mm，所述圆管的直径是25mm，微孔的直径是10mm，所述钢珠的直径是6mm，所述醇类为甲醇与乙醇的混合物，所述汽化温度是150℃。
实施例6
重复实施例1，差别在于所述触媒层是铼金属，所述本体的尺寸为400X250X700mm，所述圆管的直径是20mm，微孔的直径是10mm，所述钢珠的直径是6m，所述醇类为乙醇与异丙醇的混合物，所述汽化温度是130℃。
实施例7
重复实施例6，差别在于所述触媒层是铂和铼合金，所述本体的尺寸为380X210X520mm，所述圆管的直径是30mm，微孔的直径是12mm，所述钢珠的直径是8mm。
实施例8
重复实施例5，差别在于所述触媒层是钯与铼合金，所述本体的尺寸为375X275X500mm，所述圆管的直径是20mm，微孔的直径是8mm，所述钢珠的直径是6mm。

Claims (10)

1.一种氢气电池，包括醇类汽化装置、产氢器及燃料电池，三者之间通过管道连接，其特征在于，所述醇类汽化装置包括蒸发器，所述蒸发器包括本体，在本体内部设置多排圆管，在圆管内放置加热触媒，在所述圆管周围设置许多微孔，所述微孔内装填钢珠，液体醇类流经所述微孔受到加热触媒释放的热能而汽化得到气态醇，所述醇类汽化装置的操作温度是68-180℃。
2.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述本体是铝合金本体。
3.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述加热触媒包括多孔性金属载体、氮化硼促进剂及金属触媒层，所述金属触媒层是贵金属层或贵金属合金层。
4.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述圆管的直径是15-30mm。
5.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述微孔的直径是8-12mm。
6.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述钢珠的直径是5-8mm。
7.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述本体的尺寸为(300-450)X(200-350)X(450-750)mm。
8.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述醇类包括甲醇、乙醇、异丙醇、及其混合物。
9.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述产氢器将气态醇经过重整器重整后为燃料电池提供氢源。
10.根据权利要求1所述的氢气电池，其特征在于，所述燃料电池包括燃料电池堆和逆变器，在燃料电池堆和逆变器之间连接有蓄电池。
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