CN114976164B - 一种高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，将甲醇催化燃烧、甲醇蒸汽重整、CO优先氧化和PEMFC电堆集成于同一装置中，利用CO优先氧化反应将富氢重整气中的CO浓度降低至10 ppm以下，出口氢气可直接供给自呼吸PEMFC电堆发电，有效解决重整气中CO深度去除以及重整器与燃料电池的集成问题，实现甲醇催化燃烧—甲醇重整制氢—合成气去除CO—PEMFC发电一体化设计。本发明采用集成CO优先氧化反应的甲醇重整制氢反应器，进而连接质子交换膜燃料电池进行发电，实现了“制氢—提纯—发电”一体化设计，系统集成度高、结构紧凑、装配简单。

Description

一种高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置。
背景技术
甲醇是一种重要氢能载体，利用甲醇水蒸气重整制取富氢合成气，将重整气通入燃料电池进行发电，实现氢气的即产即用，可避免高压储氢及运氢的技术难题，为质子交换膜燃料电池(PEMFC)在移动式应用中的供氢问题提供了有效解决方案。然而，富氢合成气中通常含有少量的CO(1％～3％)，PEMFC阳极催化层对CO等杂质的耐受限度极低(<30ppm)，过高浓度的CO会造成PEMFC催化剂中毒。因此，当采用甲醇重整制氢技术为燃料电池供氢时，在甲醇重整制氢反应器与燃料电池之前需布置CO去除装置来制取符合PEMFC要求的低CO含量合成气，这通常会增加燃料电池系统的体积和质量，降低了系统的能量密度。
公开号为CN103601151A的专利提出了一种自热错排微凸台阵列型醇类制氢反应器，该反应器由催化燃烧、醇类重整、氢气提纯部件组成。重整制氢腔和催化燃烧腔内有错排微凸台阵列结构，具有高比表面积和传热传质效率，通过醇类催化燃烧为重整制氢提供热量，可实现该醇类重整器的自热运行，出口氢气可直接供氢燃料电池使用。但是氢气提纯部件采用氢气渗透膜的方式来获取高纯氢气，在膜两侧往往会形成很高的压差，对系统的气密性要求较高，也增加了系统的寄生功率损耗，造成系统能量转化效率降低。
公开号为CN 108110281 A的专利一种甲醇重整燃料电池系统，通过将氢气缓冲子系统连接在甲醇重整子系统和燃料电池子系统之间，调节了燃料电池的氢气供应量，避免了甲醇重整子系统频繁启动或停止，进而提高了系统的稳定性。但系统中涉及较多部件(如增压泵、缓冲罐、氢气循环泵等)，系统复杂性提高，集成度较低，且缺少余热回收功能，在空间要求高的便携式应用场合不具有优势。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种结构紧凑、能量密度高、可直接利用甲醇发电的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，将甲醇催化燃烧、甲醇蒸汽重整、CO优先氧化和PEMFC电堆集成于同一装置中，利用CO优先氧化反应将富氢重整气中的CO浓度降低至10ppm以下，出口氢气可直接供给自呼吸PEMFC电堆发电，有效解决重整气中CO深度去除以及重整器与燃料电池的集成问题，实现“甲醇催化燃烧-甲醇重整制氢—合成气去除CO—PEMFC发电”一体化设计。
本发明的一种高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，包括上盖板、下盖板以及位于上盖板和下盖板之间的多个板式结构，多个板式结构通过螺栓与上盖板、下盖板紧固联接；
多个板式结构从上盖板到下盖板依次为CO优先氧化反应板、换热板、换热隔板、甲醇蒸汽重整板、甲醇催化燃烧板、蒸发板以及自呼吸电堆板集合，自呼吸电堆板集合侧面安装有用于吸入空气的电堆风扇；
下盖板的下表面设有甲醇催化燃烧反应物入口，甲醇与空气混合物从甲醇催化燃烧反应物入口经自呼吸电堆板集合和蒸发板后，进入甲醇催化燃烧板，利用催化燃烧反应为重整反应和蒸发过程供热；
上盖板的上表面设有甲醇蒸汽重整反应物入口，甲醇水溶液从甲醇蒸汽重整反应物入口经CO优先氧化反应板进入换热板，换热板的冷端为甲醇水溶液，热端为高温甲醇重整气，换热后的甲醇水溶液经换热隔板、甲醇蒸汽重整板、甲醇催化燃烧板进入蒸发板，蒸发板设有蒸发腔和引流区，甲醇水溶液在蒸发板形成高温气化甲醇，高温气化甲醇经甲醇催化燃烧板进入甲醇蒸汽重整板，在催化剂的作用下发生蒸汽重整制氢反应生成含一定CO浓度的富氢重整气，甲醇蒸汽重整与催化燃烧形成逆流；
富氢重整气经换热隔板进入换热板热端，换热后的富氢重整气进入CO优先氧化反应板；
上盖板的上表面设有CO优先氧化反应物入口和甲醇蒸汽重整反应物出口，空气从CO优先氧化反应物入口进入CO优先氧化反应板，换热后的富氢重整气与空气混合物发生CO优先氧化反应产生高纯氢气，高纯氢气从甲醇蒸汽重整反应物出口排出；
下盖板的下表面设有燃料电池阳极反应物入口和燃料电池阳极反应物出口，高纯氢气从燃料电池阳极反应物入口进入自呼吸电堆板集合，同时自呼吸电堆阴极侧空气经电堆风扇进入，高纯氢气与空气发生电化学反应产生电能，未反应的氢气经阳极反应物出口排出。
本发明的进一步技术方案是：所述自呼吸电堆板集合包括阴极集流板、阳极集流板、一个或多个燃料电池双极板以及一个或多个膜电极组件。
本发明的进一步技术方案是：阴极集流板与燃料电池双极板之间设有特氟龙垫片用于密封和绝缘。
本发明的进一步技术方案是：CO优先氧化反应板、甲醇蒸汽重整板和甲醇催化燃烧板均设有微通道结构反应腔，反应腔内均涂覆有催化剂颗粒。
本发明的进一步技术方案是：甲醇蒸汽重整板采用树形分叉式进气歧管结构用于气物均匀性流动。
本发明的进一步技术方案是：甲醇催化燃烧板中微通道结构反应腔采用对称梯度分布的微通道结构用于防止甲醇催化燃烧板因反应剧烈形成局部热点。
本发明的进一步技术方案是：换热板上、下表面均设有平行微通道换热翅片。
本发明的进一步技术方案是：各个板式结构同一位置布置有6个螺栓安装孔，用于将各板式结构与上、下盖板紧固联接。
本发明的进一步技术方案是：CO优先氧化反应板、甲醇蒸汽重整板和甲醇催化燃烧板均采用不锈钢反应基板，将催化剂颗粒涂覆于反应腔之前，先将不锈钢反应基板放入3wt％的NaOH溶液中室温腐蚀5min，清洗后自然晾干。
本发明的进一步技术方案是：所述高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置包括启动阶段和稳态阶段：在启动阶段，只有甲醇催化燃烧气路工作，使用鼓风机向装有甲醇的鼓泡器中泵入一定量的空气，空气与甲醇和混合物进入甲醇催化燃烧气路，发生催化燃烧反应，使装置迅速升温，当甲醇蒸汽重整板达到设定温度时，启动阶段完成；在稳态阶段，甲醇蒸汽重整气路、甲醇催化燃烧气路、CO优先氧化气路以及燃料电池阳极气路同时工作，通过调整进入鼓泡器中空气的流量实现装置温度的控制，并通过调整甲醇水溶液供给量获取不同产率的氢气。
本发明设计的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，目的在于提出一种集成一氧化碳优先氧化的热自持式甲醇重整燃料电池，将甲醇催化燃烧、甲醇蒸汽重整、CO优先氧化和PEMFC电堆集成于同一装置中，利用CO优先氧化反应将富氢重整气中的CO浓度降低至10ppm以下，出口氢气可直接供给自呼吸PEMFC电堆发电，有效解决重整气中CO深度去除以及重整器与燃料电池的集成问题，实现“甲醇催化燃烧-甲醇重整制氢—合成气去除CO—PEMFC发电”一体化设计。本发明具有如下有益的技术效果：
1、本发明采用集成CO优先氧化反应的甲醇重整制氢反应器，进而连接质子交换膜燃料电池进行发电，实现了“制氢—提纯—发电”一体化设计，系统集成度高、结构紧凑、装配简单。
2、本发明通过在反应器内集成了CO优先氧化反应，实现了富氢合成气中CO杂质在线脱除，可省去水汽变换装置，出口CO浓度低至10ppm以下，可满足商用PEMFC的供氢要求。
3、本发明通过合理的反应板层叠安排与气路设计，实现了反应器室温下的自热启动与稳定运行，各反应运行在合理温度区间，无需外界能量供给，提高了系统的能量密度。
附图说明
图1为本发明实施例中高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置结构的爆炸示意图；
图2为本发明实施例中高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置装配完成图；
图3为本发明实施例中上盖板的上测示意图；
图4为本发明实施例中下盖板的下测示意图；
图5为本发明实施例中甲醇蒸汽重整板的俯视图；
图6为本发明实施例中甲醇催化燃烧板的俯视图；
图7为本发明实施例中蒸发板的俯视图；
图8为本发明实施例中CO优先氧化板的俯视图；
图9是本发明燃料电池双极板结构示意图。
其中附图标记说明：1、螺栓，2、上盖板，3、CO优先氧化反应板，4、换热板，5、换热隔层，6、甲醇蒸汽重整板，7、甲醇催化燃烧板，8、蒸发板，9、阴极集流板，10、特氟龙垫片，11、燃料电池双极板，12、膜电极组件，13、阳极集流板，14、下盖板，15、电堆风扇，16、螺栓安装孔，17、甲醇蒸汽重整反应物入口，18、CO优先氧化反应物入口，19、甲醇蒸汽重整反应物出口，20、燃料电池阳极反应物入口，21、甲醇催化燃烧反应物入口，22、阳极反应物出口，23、甲醇催化燃烧反应物出口，24、反应物气路通孔，25、微通道结构，26、歧管结构，27、微通道结构，28、引流区，29、蒸发腔，30、微通道结构反应腔，31、反应腔，32、反应腔，33、自呼吸电堆板集合。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本实施例用于说明一种高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，如图1所示，装置包括上盖板2、下盖板14以及位于上盖板2和下盖板14之间的多个板式结构，多个板式结构通过螺栓1与上盖板2、下盖板14紧固联接；
多个板式结构从上盖板2到下盖板14依次为CO优先氧化反应板3、换热板4、换热隔板5、甲醇蒸汽重整板6、甲醇催化燃烧板7、蒸发板8以及自呼吸电堆板集合33，自呼吸电堆板集合33侧面安装有用于吸入空气的电堆风扇15；
如图4所示，下盖板14的下表面设有甲醇催化燃烧反应物入口21，甲醇与空气混合物从甲醇催化燃烧反应物入口21经自呼吸电堆板集合33和蒸发板8后，进入甲醇催化燃烧板7，利用催化燃烧反应为重整反应和蒸发过程供热；
如图3所示，上盖板2的上表面设有甲醇蒸汽重整反应物入口17，甲醇水溶液从甲醇蒸汽重整反应物入口17经CO优先氧化反应板3进入换热板4，换热板4的冷端为甲醇水溶液，热端为高温甲醇重整气，换热后的甲醇水溶液经换热隔板5、甲醇蒸汽重整板6、甲醇催化燃烧板7进入蒸发板8，蒸发板8设有蒸发腔和引流区，甲醇水溶液在蒸发板8形成高温气化甲醇，高温气化甲醇经甲醇催化燃烧板7进入甲醇蒸汽重整板6，在催化剂的作用下发生蒸汽重整制氢反应生成含一定CO浓度的富氢重整气，甲醇蒸汽重整与催化燃烧形成逆流；
富氢重整气经换热隔板5进入换热板4热端，换热后的富氢重整气进入CO优先氧化反应板3；
如图3所示，上盖板2的上表面设有CO优先氧化反应物入口18和甲醇蒸汽重整反应物出口19，空气从CO优先氧化反应物入口18进入CO优先氧化反应板3，换热后的富氢重整气与空气混合物发生CO优先氧化反应产生高纯氢气，高纯氢气从甲醇蒸汽重整反应物出口19排出；
如图4所示，下盖板14的下表面设有燃料电池阳极反应物入口20和燃料电池阳极反应物出口22，高纯氢气从燃料电池阳极反应物入口20进入自呼吸电堆板集合33，同时自呼吸电堆阴极侧空气经电堆风扇15进入，高纯氢气与空气发生电化学反应产生电能，未反应的氢气经阳极反应物出口22排出。
各个板式结构同一位置布置有6个螺栓安装孔16，用于将各板式结构与上、下盖板紧固联接，如图2所示，为各个板式结构与上、下盖板装配完成图。
如图1所示，自呼吸电堆板集合33包括阴极集流板9、阳极集流板13、一个或多个燃料电池双极板11以及一个或多个膜电极组件12。
一个优选实施例中，自呼吸电堆板集合33由四片单电池串联组成，具体包括阴极集流板9、阳极集流板13，两个燃料电池双极板11以及四个膜电极组件12。
优选实施例中，如图1所示，阴极集流板9与燃料电池双极板11之间设有特氟龙垫片10用于密封和绝缘。
优选实施例中，如图9所示，燃料电池双极板11阳极侧设有多路蛇形流道反应腔31，燃料电池双极板11阴极侧设有平行流道反应腔32；
优选实施例中，CO优先氧化反应板3、甲醇蒸汽重整板6和甲醇催化燃烧板7均设有微通道结构反应腔，反应腔内均涂覆有催化剂颗粒。
优选实施例中，如图5所示，甲醇蒸汽重整板6的反应腔设有微通道结构25，反应腔内涂覆有甲醇蒸气重整制氢催化剂颗粒。
优选实施例中，如图6所示，甲醇催化燃烧板7的反应腔采用微通道结构27，反应腔内涂覆有甲醇催化燃烧催化剂颗粒；
优选实施例中，如图7所示，蒸发板8设有平行流道蒸发腔29，左右两侧为三角形引流区28；
优选实施例中，如图8所示，CO优先氧化反应板3设有微通道结构反应腔30，反应腔内涂覆有CO优先氧化催化剂颗粒。
优选实施例中，如图5所示，甲醇蒸汽重整板6中采用树形分叉式进气歧管结构26，提高流动分配均匀性，避免因流速分布不均造成反应不充分。甲醇蒸汽重整板6上还设有反应物气路通孔24用于反应物气体上下行。
优选实施例中，在甲醇催化燃烧板7中采用对称梯度分布的微通道结构27，防止在甲醇催化燃烧板7前端反应剧烈形成局部热点，提高温度分布的均匀性。
优选实施例中，换热板(4)上、下表面均设有平行微通道换热翅片，用于回收高温产物气的中的余热，提高能量利用率，同时使高温产物气降温，保障后续CO优先氧化反应运行在合理温度区间。
具体实施过程中，采用本发明的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置分别在甲醇蒸汽重整板6、甲醇催化燃烧板7、CO优先氧化反应板3上进行甲醇蒸汽重整、甲醇催化燃烧、CO优先氧化反应，三种反应需要的催化剂分别为：铜基催化剂Cu/ZnO/Al2O3、铂基催化剂Pt/Al2O3和钌基催化剂Ru/Al2O3。
涉及到的化学反应为：甲醇蒸汽重整：CH3OH+H2O→3H2+CO2
甲醇催化燃烧：
Figure BDA0003706311340000061
CO优先氧化反应：
Figure BDA0003706311340000062
进一步的，CO优先氧化反应板(3)、甲醇蒸汽重整板(6)和甲醇催化燃烧板(7)均采用不锈钢反应基板，将催化剂颗粒涂覆于反应腔之前，先将不锈钢反应基板放入3wt％的NaOH溶液中室温腐蚀5min，清洗后自然晾干。
具体实施过程中，不锈钢基板经过机加工之后表面形成污垢和油渍，在催化剂负载前需要对基板进行预处理。具体过程为：将反应基板放入3wt％的NaOH溶液中室温腐蚀5min，清洗后自然晾干。
具体实施过程中，催化剂的制备：将商用粉末催化剂进行球磨，得到粒度分布30～60μm的催化剂粉末；
催化剂浆料的配置：将所需的催化剂粉末与铝溶胶、去离子水混合，在磁力搅拌器下搅拌6h，得到均匀的催化剂浆料，提高催化剂与基板间的粘合力。
催化剂的负载：使用针管将催化剂浆料均匀注射到每条微通道中，室温静置30min，放入干燥箱中烘干，设定温度120℃，干燥2h，取出称量，如此反复进行负载—烘干直至达到设定涂覆量。
焙烧和还原：将上述过程得到的不锈钢反应基板放入马弗炉中，以10℃/min升温至450℃，焙烧4h后，自然冷却至室温，开始制氢实验前，需在5％H2/95％N2混合氛围中在300℃下还原2h。
具体实施过程中，本发明高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置共有4条气路：甲醇蒸汽重整气路、甲醇催化燃烧气路、CO优先氧化气路、燃料电池阳极气路；
甲醇催化燃烧气路中，甲醇与空气混合物从下盖板14的甲醇催化燃烧反应物入口21经自呼吸电堆和蒸发板8后，进入甲醇催化燃烧板7，在催化剂的作用下利用催化燃烧反应放热，为重整反应和蒸发过程供热，并维持反应器所需工作温度；
甲醇蒸汽重整气路中，甲醇水溶液从上盖板2的甲醇蒸汽重整反应器入口17经CO优先氧化反应板3进入换热板4，换热板4的冷端为甲醇水溶液，热端为高温的甲醇重整气，换热后的甲醇水溶液经换热隔板5、甲醇蒸汽重整板6、甲醇催化燃烧板7进入蒸发板8，完成甲醇水溶液的预热与气化，之后经甲醇催化燃烧板7进入甲醇蒸汽重整板6，在催化剂的作用下发生蒸汽重整制氢反应生成含一定CO浓度的富氢重整气，甲醇蒸汽重整与催化燃烧形成逆流；生成的富氢重整气经换热隔板5进入换热板4，换热后的重整气进入CO优先氧化反应板3，同时空气从上盖板2的CO优先氧化反应物入口18进入CO优先氧化反应板3，重整气与空气混合物发生CO优先氧化反应，将重整气中的CO降低至10ppm以下，最终产生的高纯氢气从上盖板2的甲醇蒸汽重整反应物出口19排出，通入洗气瓶洗涤未反应的少量甲醇和水；水洗并经过干燥之后的氢气从下盖板14的燃料电池阳极反应物入口20进入自呼吸电堆板集合33，同时自呼吸电堆阴极侧空气经电堆风扇15进入电堆阴极板，与氢气发生电化学反应产生电能，未反应的氢气经下盖板14的阳极反应物出口22排出电堆。
进一步地，高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置包括启动阶段和稳态阶段：在启动阶段，只有甲醇催化燃烧气路工作，使用鼓风机向装有甲醇的鼓泡器中泵入一定量的空气，空气与甲醇和混合物进入甲醇催化燃烧气路，发生催化燃烧反应，使装置迅速升温，当甲醇蒸汽重整板6达到设定温度时，启动阶段完成；在稳态阶段，甲醇蒸汽重整气路、甲醇催化燃烧气路、CO优先氧化气路以及燃料电池阳极气路同时工作，通过调整进入鼓泡器中空气的流量，可以实现装置温度的控制，同时根据负载实际使用需求，通过调整甲醇水溶液供给量，可获取不同产率的氢气。
本发明实施例提供的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，目的在于提出一种集成一氧化碳优先氧化的热自持式甲醇重整燃料电池，将甲醇催化燃烧、甲醇蒸汽重整、CO优先氧化和PEMFC电堆集成于同一装置中，利用CO优先氧化反应将富氢重整气中的CO浓度降低至10ppm以下，出口氢气可直接供给自呼吸PEMFC电堆发电，有效解决重整气中CO深度去除以及重整器与燃料电池的集成问题，实现“甲醇催化燃烧—甲醇重整制氢—合成气去除CO—PEMFC发电”一体化设计。本发明具有如下有益的技术效果：本发明采用集成CO优先氧化反应的甲醇重整制氢反应器，进而连接质子交换膜燃料电池进行发电，实现了“制氢—提纯—发电”一体化设计，系统集成度高、结构紧凑、装配简单；本发明通过在反应器内集成了CO优先氧化反应，实现了富氢合成气中CO杂质在线脱除，可省去水汽变换装置，出口CO浓度低至10ppm以下，可满足商用PEMFC的供氢要求；本发明通过合理的反应板层叠安排与气路设计，实现了反应器室温下的自热启动与稳定运行，各反应运行在合理温度区间，无需外界能量供给，提高了系统的能量密度。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的步骤、方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种步骤、方法所固有的要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，所述装置包括上盖板(2)、下盖板(14)以及位于上盖板(2)和下盖板(14)之间的多个板式结构，多个板式结构通过螺栓(1)与上盖板(2)、下盖板(14)紧固联接；
多个板式结构从上盖板(2)到下盖板(14)依次为CO优先氧化反应板(3)、换热板(4)、换热隔板(5)、甲醇蒸汽重整板(6)、甲醇催化燃烧板(7)、蒸发板(8)以及自呼吸电堆板集合(33)，自呼吸电堆板集合(33)侧面安装有用于吸入空气的电堆风扇(15)；
下盖板(14)的下表面设有甲醇催化燃烧反应物入口(21)，甲醇与空气混合物从甲醇催化燃烧反应物入口(21)经自呼吸电堆板集合(33)和蒸发板(8)后，进入甲醇催化燃烧板(7)，利用催化燃烧反应为重整反应和蒸发过程供热；
上盖板(2)的上表面设有甲醇蒸汽重整反应物入口(17)，甲醇水溶液从甲醇蒸汽重整反应物入口(17)经CO优先氧化反应板(3)进入换热板(4)，换热板(4)的冷端为甲醇水溶液，热端为高温甲醇重整气，换热后的甲醇水溶液经换热隔板(5)、甲醇蒸汽重整板(6)、甲醇催化燃烧板(7)进入蒸发板(8)，蒸发板(8)设有蒸发腔和引流区，甲醇水溶液在蒸发板(8)形成高温气化甲醇，高温气化甲醇经甲醇催化燃烧板(7)进入甲醇蒸汽重整板(6)，在催化剂的作用下发生蒸汽重整制氢反应生成含一定CO浓度的富氢重整气，甲醇蒸汽重整与催化燃烧形成逆流；
富氢重整气经换热隔板(5)进入换热板(4)热端，换热后的富氢重整气进入CO优先氧化反应板(3)；
上盖板(2)的上表面设有CO优先氧化反应物入口(18)和甲醇蒸汽重整反应物出口(19)，空气从CO优先氧化反应物入口(18)进入CO优先氧化反应板(3)，换热后的富氢重整气与空气混合物发生CO优先氧化反应产生高纯氢气，高纯氢气从甲醇蒸汽重整反应物出口(19)排出；
下盖板(14)的下表面设有燃料电池阳极反应物入口(20)和燃料电池阳极反应物出口(22)，高纯氢气从燃料电池阳极反应物入口(20)进入自呼吸电堆板集合(33)，同时自呼吸电堆阴极侧空气经电堆风扇(15)进入，高纯氢气与空气发生电化学反应产生电能，未反应的氢气经阳极反应物出口(22)排出；
其中，甲醇蒸汽重整板(6)采用树形分叉式进气歧管结构(26)用于气物均匀性流动。
2.根据权利要求1所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，所述自呼吸电堆板集合(33)包括阴极集流板(9)、阳极集流板(13)、一个或多个燃料电池双极板(11)以及一个或多个膜电极组件(12)。
3.根据权利要求2所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，阴极集流板(9)与燃料电池双极板(11)之间设有特氟龙垫片(10)用于密封和绝缘。
4.根据权利要求1所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，CO优先氧化反应板(3)、甲醇蒸汽重整板(6)和甲醇催化燃烧板(7)均设有微通道结构反应腔，反应腔内均涂覆有催化剂颗粒。
5.根据权利要求3所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，甲醇催化燃烧板(7)中微通道结构反应腔采用对称梯度分布的微通道结构(27)用于防止甲醇催化燃烧板(7)因反应剧烈形成局部热点。
6.根据权利要求1所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，换热板(4)上、下表面均设有平行微通道换热翅片。
7.根据权利要求1所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，各个板式结构同一位置布置有6个螺栓安装孔(16)，用于将各板式结构与上、下盖板紧固联接。
8.根据权利要求3所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，CO优先氧化反应板(3)、甲醇蒸汽重整板(6)和甲醇催化燃烧板(7)均采用不锈钢反应基板，将催化剂颗粒涂覆于反应腔之前，先将不锈钢反应基板放入3wt％的NaOH溶液中室温腐蚀5min，清洗后自然晾干。
9.根据权利要求1所述的高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置，其特征在于，所述高度集成的热自持式甲醇重整燃料电池装置包括启动阶段和稳态阶段：在启动阶段，只有甲醇催化燃烧气路工作，使用鼓风机向装有甲醇的鼓泡器中泵入一定量的空气，空气与甲醇和混合物进入甲醇催化燃烧气路，发生催化燃烧反应，使装置迅速升温，当甲醇蒸汽重整板(6)达到设定温度时，启动阶段完成；在稳态阶段，甲醇蒸汽重整气路、甲醇催化燃烧气路、CO优先氧化气路以及燃料电池阳极气路同时工作，通过调整进入鼓泡器中空气的流量实现装置温度的控制，并通过调整甲醇水溶液供给量获取不同产率的氢气。
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