CN111403784B - 去除一氧化碳的设备、具有其的氢燃料电池和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种去除一氧化碳的设备、具有其的氢燃料电池和车辆，设备包括：第一反应装置，其设置有腔室、向腔室中提供水蒸气的水蒸气生成模块、以及与腔室连通的氢气入口和出口；第二反应装置，其腔室中包含有氢氧化钙水溶液，第一、第二反应装置之间通过第一管道连通，第一管道的一端与第一反应装置的出口连通、另一端伸入到氢氧化钙水溶液中；第三反应装置，第二、第三反应装置之间设置有输送模块，输送模块用于将第二反应装置的腔室中的碳酸钙沉淀物输送至第三反应装置中的腔室；第三反应装置中设置有用于对碳酸钙沉淀物进行烘烤的烘烤模块，输送模块还用于将烘烤得到的氧化钙输送至第二反应装置的腔室中。从而能够去除氢气中的一氧化碳。

Description

去除一氧化碳的设备、具有其的氢燃料电池和车辆
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种去除一氧化碳的设备、具有其的氢燃料电池和车辆。
背景技术
氢燃料电池是一种具有很大应用前景的清洁能源，其原理为：将氢气和氧气的化学能直接转换成电能，是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极，从而能够提供电能。
在氢燃料电池中，需要使用铂炭催化剂，而在实际的氢气中，通常会含有一氧化碳，而一氧化碳对铂炭催化剂影响非常大，即使只有十几万分之几，也会使铂炭催化剂中毒，损坏氢燃料电池。
因此，在氢燃料电池中，如何去除一氧化碳，就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除一氧化碳的设备、具有其的氢燃料电池和车辆。
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种去除氢气中的一氧化碳的设备，包括：第一反应装置，其设置有腔室、向所述腔室中提供水蒸气的水蒸气生成模块、以及与所述腔室连通的氢气入口和出口；第二反应装置，其腔室中包含有氢氧化钙水溶液，第一、第二反应装置之间通过第一管道连通，所述第一管道的一端与第一反应装置的出口连通、另一端伸入到所述氢氧化钙水溶液中；第三反应装置，第二、第三反应装置之间设置有输送模块，所述输送模块用于将第二反应装置的腔室中的碳酸钙沉淀物输送至第三反应装置中的腔室；第三反应装置中设置有用于对所述碳酸钙沉淀物进行烘烤的烘烤模块，所述输送模块还用于将烘烤得到的氧化钙输送至第二反应装置的腔室中。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在第一反应装置中设置有温控模块，所述温控模块将第一反应装置的腔室中的水蒸气的温度调整至800-820℃。
作为本发明一实施方式的进一步改进，第二管道，其入口端伸入第二反应装置中，且入口端不伸入所述氢氧化钙水溶液中，其外侧包裹有制冷模块。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述制冷模块包括：套设于所述第二管道外表面的冷凝管道，用于向所述冷凝管道提供冷凝液的冷凝液提供模块。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在第二管道的入口端指向出口端的方向上，其外侧依次包裹有所述制冷模块和冷凝箱，所述冷凝箱中设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端与第二管道接触。
作为本发明一实施方式的进一步改进，还包括：控制模块和设置在所述第二管道的出口端中的第二温度传感器，在第二温度传感器所探测到的温度大于80℃时，控制所述半导体制冷片工作；在第二温度传感器所探测到的温度小于60℃时，控制所述半导体制冷片停止工作。
本发明实施例还提供了一种氢燃料电池，包括：氢气罐、上述的去除氢气中的一氧化碳的设备和氢燃料电池箱，所述氢气罐连通所述设备中的第一反应装置的入口，所述设备中的第二管道的出口端连通所述氢燃料电池箱。
本发明实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括上述的氢燃料电池。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：本发明实施例提供一种去除一氧化碳的设备、具有其的氢燃料电池和车辆，在该设备中，在第一反应装置中，一氧化碳和水蒸气会发生反应，从消除一氧化碳并得到二氧化碳，之后，在第二反应装置中，二氧化碳会和氢氧化钙水溶液中的氢氧化钙发生反应，从而消除二氧化碳；综上所述，该设备能够去除氢气中的一氧化碳。
附图说明
图1是本发明实施例中的去除氢气中的一氧化碳的设备的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一反应装置可以被称为第二反应装置，并且类似地第二反应装置也可以被称为第一反应装置，这并不背离本申请的保护范围。
本发明实施例提供了一种去除氢气中的一氧化碳的设备，包括：
第一反应装置1，其设置有腔室、向所述腔室中提供水蒸气的水蒸气生成模块、以及与所述腔室连通的氢气入口11和出口12；
这里，第一反应装置1具有氢气入口11和出口12，其中，包含有一氧化碳的氢气会从氢气入口11流入到第一反应装置1中，水蒸气生成模块会向该腔室中提供水蒸气，可以理解的是，此时，在合适的温度下，一氧化碳会与水蒸气发生化学反应，化学反应方程为：
Figure BDA0002421485280000041
平衡常数K＝C(CO2).C(H2)/C(CO)C(H2O)＝x2/(0.01-x)2＝9.4，X＝0.0097mol/L，一氧化碳转换率＝(0.0097/0.01)*100％＝97％。
第二反应装置2，其腔室中包含有氢氧化钙水溶液，第一、第二反应装置之间通过第一管道13连通，所述第一管道13的一端与第一反应装置1的出口12连通、另一端伸入到所述氢氧化钙水溶液中；
第三反应装置3，第二、第三反应装置之间设置有输送模块，所述输送模块用于将第二反应装置2的腔室中的碳酸钙沉淀物输送至第三反应装置3中的腔室；第三反应装置3中设置有用于对所述碳酸钙沉淀物进行烘烤的烘烤模块，所述输送模块还用于将烘烤得到的氧化钙输送至第二反应装置2的腔室中。
这里，第一反应装置1中的包含有二氧化碳的氢气会沿着第一管道13流入到氢氧化钙水溶液中，此时，会发生以下化学反应：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O，从而能够消除氢气中的二氧化碳；之后CaCO3被输送模块输送到第三反应装置3中，在第三反应装置3的腔室中，CaCO3被烘烤模块烘烤，从而得到CaO和CO2，之后，CaO会被输送模块输送到第二反应装置2的腔室中，CaO会与氢氧化钙水溶液中的水进行化学反应：CaO+H2O＝Ca(OH)2。
综上所述，第一、第二和第三反应装置能够形成一个自循环的系统，该系统能够去除氢气中的一氧化碳。
本实施例中，在第一反应装置1中设置有温控模块，所述温控模块将第一反应装置1的腔室中的水蒸气的温度调整至800-820℃。这里，该温控模块可以包含有一个加热模块和第一温度传感器，该第一温度传感器用于探测腔室中的温度，当温度低于800℃时，控制加热模块加热，当温度超过820℃时，控制加热模块停止加热，从而确保第一反应装置1中的温度始终处于800℃-820℃之间。这里，在第一反应装置1中，可以设置有氢燃料电池管理系统，由氢燃料电池管理系统接收第一温度传感器所探测到的温度，且控制该加热模块的工作和停止。
本实施例中，还包括：第二管道14，其入口端伸入第二反应装置2中，且入口端不伸入所述氢氧化钙水溶液中，其外侧包裹有制冷模块4。这里，在第二反应装置2中，CaO会与水发生化学反应，可以理解的是，这会产生很多的热能，因而，第二反应装置2所流出的氢气的温度有可能过高，为了便于氢燃料电池的使用，需要对该氢气进行降温。此外，可以理解的是，虽然经过第一、第二和第三反应装置的处理之后，位于第二管道4的氢气中，仍然有可能包含有一氧化碳和二氧化碳，使用制冷模块4给第二管道14制冷，也能够防止氢气和二氧化碳发生逆反应(反应式为：CO2+H2＝＝高温＝＝CO+H2O)。
本实施例中，所述制冷模块4包括：套设于所述第二管道14外表面的冷凝管道41，用于向所述冷凝管道41提供冷凝液的冷凝液提供模块42。这里，冷凝液提供模块42用于向冷凝管道41提供冷凝液，如图1所示，冷凝管道41为套设于第二管道14外侧的管道(冷凝管道与第二管道14的延伸方向一致)，即冷凝液提供模块42向该冷凝管道41的一端提供温度较低的冷凝液，温度较低的冷凝液在该冷凝管道的内侧与第二管道14的外侧之间的空间流动，且温度逐步升高，之后，再从该冷凝管道的另一端流出，之后，该温度较高的冷凝液会流入到冷凝液提供模块42中，冷凝液提供模块42会对冷凝液进行降温处理，最后得到温度较低的冷凝液。这里，冷凝器提供模块42的工作的开启、停止、所输出的冷凝液的温度均可以由氢燃料电池管理系统来控制。
本实施例中，在第二管道14的入口端指向出口端的方向上，其外侧依次包裹有所述制冷模块4和冷凝箱5，所述冷凝箱5中设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端与第二管道14接触。这里，该出口端所流出的氢气是需要提供给氢燃料电池来使用的，且该氢气需要保持在合适的温度，则可以使用冷凝箱5来调节所流出的氢气的温度。
本实施例中，还包括：控制模块和设置在所述第二管道14的出口端中的第二温度传感器141，在第二温度传感器141所探测到的温度大于80℃时，控制所述半导体制冷片工作；在第二温度传感器141所探测到的温度小于60℃时，控制所述半导体制冷片停止工作。可选的，该控制模块为上述的氢燃料电池管理系统。
这里，当第二温度传感器141所探测到的温度大于80℃时，控制半导体制冷片工作，从而第二管道14中的氢气的温度会下降，进而低于80℃；当第二温度传感器141所探测到的温度小于60℃时，控制半导体制冷片停止工作，从而第二管道14中的氢气的温度会升高，进而高于60℃；综上所述，第二管道14所流出的氢气的温度为60-80℃。
可选的，当第二温度传感器141所探测到的温度T＜60℃时，控制所述半导体制冷片停止工作；第二温度传感器141所探测到的温度为T，当60℃≤T≤80℃时，控制所述半导体制冷片工作，且即控制半导体制冷片的冷端的温度＝Temp-(T-60)*K，其中，Temp<60℃，0<K≤1，这里，T越大，该温度就越小，从而有利于快速的将氢气的温度降下来；第二温度传感器141所探测到的温度为T，当T>80℃时，控制所述半导体制冷片工作，即控制半导体制冷片的冷端的温度＝Temp-20*K。
本发明实施例二提供了一种氢燃料电池，包括：氢气罐6、实施例一中所述的去除氢气中的一氧化碳的设备和氢燃料电池箱7，所述氢气罐6连通所述设备中的第一反应装置1的入口，所述设备中的第二管道14的出口端连通所述氢燃料电池箱7。这里，氢燃料电池箱7会使用氢气来产生电能。
本发明实施例三提供了一种车辆，所述车辆包括实施例二中所述的氢燃料电池。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种去除氢气中的一氧化碳的设备，其特征在于，包括：
第一反应装置(1)，其设置有腔室、向所述腔室中提供水蒸气的水蒸气生成模块、以及与所述腔室连通的氢气入口(11)和出口(12)；
第二反应装置(2)，其腔室中包含有氢氧化钙水溶液，第一、第二反应装置之间通过第一管道(13)连通，所述第一管道(13)的一端与第一反应装置(1)的出口(12)连通、另一端伸入到所述氢氧化钙水溶液中；
第三反应装置(3)，第二、第三反应装置之间设置有输送模块，所述输送模块用于将第二反应装置(2)的腔室中的碳酸钙沉淀物输送至第三反应装置(3)中的腔室；第三反应装置(3)中设置有用于对所述碳酸钙沉淀物进行烘烤的烘烤模块，所述输送模块还用于将烘烤得到的氧化钙输送至第二反应装置(2)的腔室中；
第二管道(14)，其入口端伸入第二反应装置(2)中，且入口端不伸入所述氢氧化钙水溶液中，其外侧包裹有制冷模块(4)；
所述制冷模块(4)包括：套设于所述第二管道(14)外表面的冷凝管道(41)，用于向所述冷凝管道(41)提供冷凝液的冷凝液提供模块(42)；
在第二管道(14)的入口端指向出口端的方向上，其外侧依次包裹有所述制冷模块(4)和冷凝箱(5)，所述冷凝箱(5)中设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端与第二管道(14)接触；
控制模块和设置在所述第二管道(14)的出口端中的第二温度传感器(141)，在第二温度传感器(141)所探测到的温度大于80℃时，控制所述半导体制冷片工作，且控制半导体制冷片的冷端的温度＝Temp-20*K；第二温度传感器(141)所探测到的温度为T，当60℃≤T≤80℃时，控制所述半导体制冷片工作，且控制半导体制冷片的冷端的温度＝Temp-(T-60)*K；在第二温度传感器(141)所探测到的温度小于60℃时，控制所述半导体制冷片停止工作；其中，Temp<60℃，0<K≤1。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
在第一反应装置(1)中设置有温控模块，所述温控模块将第一反应装置(1)的腔室中的水蒸气的温度调整至800-820℃。
3.一种氢燃料电池，其特征在于，包括：
氢气罐(6)、权利要求1或2中的去除氢气中的一氧化碳的设备和氢燃料电池箱(7)，所述氢气罐(6)连通所述设备中的第一反应装置(1)的入口，所述设备中的第二管道(14)的出口端连通所述氢燃料电池箱(7)。
4.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求3中所述的氢燃料电池。
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