CN201207411Y - 燃料电池便携式微型氢源装置 - Google Patents

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吕涛
丁福臣
徐新
蒋力培
朱家雷
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Abstract

一种燃料电池便携式微型氢源装置，主要由预热单元(1)，蒸发单元(2)，重整单元(3)，CO净化单元(4)，CO2吸收单元(5)，气液分离单元(6)，碱液再生单元(7)，单元连接管路(8)，安装支架(9)和仪表安装台(10)组成，其中主要的工作单元采用相同的，由各自不同数量金属薄片反应芯片层叠式组成微通道结构，其中在结构中相邻两芯片错流配置，每个单元均采用扩散焊密封成为一个单元的整体，以上工作单元通过单元连接管路(8)进行连接，并固定在安装支架(9)上，且安装有仪表安装台(10)，其上设置了相关的安全阀和所需的仪表。本实用新型结构简单，紧凑小巧，造价低廉，便于维护。

Description

燃料电池便携式微型氢源装置
技术领域
本实用新型涉及一种氢气制备装置，尤其是可移动、便携式、微型的燃料电池氢源装置。
背景技术
氢能源因其燃烧热值高并且清洁环保等优点而受到广泛关注。以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池具有高能量转换效率和低污染排放等优势，且现阶段燃料电池技术已达到一定高度，在移动电源方面有着广阔的应用前景，但是氢源供应的问题限制了燃料电池的商业化应用；由于氢气沸点低且不易压缩和液化，不管以气态还是液态储存，都要占用大量的空间，且氢气易燃易爆，导致运输和加注十分困难和危险，传统制氢方法和工艺能源消耗大，而且传统的反应器体积庞大、燃料处理设备中存储的大量氢气具有很大的危险性；因此，设计一种温度低、能耗低、储存和运输容易、加料方便、安全的便携式微型制氢装置势在必行。
发明内容
根据背景技术所述，本实用新型的目的在于避免上述不足，提供一种由预热单元，蒸发单元，重整单元，CO净化单元，CO2吸收单元，气液分离单元和碱液再生单元组成，主要工作单元采用由金属薄片反应芯片层叠式组成微通道结构，其中相邻两芯片错流配置，采用扩散焊密封成为一个单元的整体，各单元通过管路连接，并置于设有仪表安装台的安装支架上，结构简单，紧凑小巧，便于携带的燃料电池便携式微型氢源装置。
为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
一种燃料电池便携式微型氢源装置，主要由预热单元(1)，蒸发单元(2)，重整单元(3)，CO净化单元(4)，CO2吸收单元(5)，气液分离单元(6)，碱液再生单元(7)，单元连接管路(8)，安装支架(9)和仪表安装台(10)组成，其中：预热单元(1)，蒸发单元(2)，重整单元(3)和CO净化单元(4)采用相同的由各自不同数量金属薄片反应芯片(11)层叠式组成微通道结构，其中反应芯片(11)是在金属基板(12)上设置微通道(13)、入口流体分布通道(14)、换热通道(15)和出口流体收集通道(16)，在结构中相邻两芯片错流配置，预热单元(1)为换热器，蒸发单元(2)、重整单元(3)和CO净化单元(4)均兼作反应器和换热器，其反应一侧均涂敷相应催化剂，换热一侧不需任何处理，每个单元均采用扩散焊密封成为一个单元的整体；CO2吸收单元(5)为矩形箱体结构，内衬多孔气体再分布器(53)，其上还设制有循环液出口(51)、产品气出口(52)、混合气入口(54)、固定螺栓孔(55)和碱液入口(56)；气液分离单元(6)为矩形箱体结构，其上制有液位传感器安装孔(61)、气液入口(62)、气体出口(63)、液体出口(64)和固定螺栓孔(65)；碱液再生单元(7)为矩形箱体结构，其上设置有循环液入口(71)、CO2出口(72)、碱液出口(73)和固定螺栓孔(74)；预热单元(1)，蒸发单元(2)，重整单元(3)，CO净化单元(4)，CO2吸收单元(5)，气液分离单元(6)和碱液再生单元(7)均有进料口，出料口，热循环入口，热循环出口，各出入口通过单元连接管路(8)连接；单元连接管路(8)上安装微型温度传感器(81)、微型压力传感器(82)、微型浓度传感器(83)和泵(84)；以上单元通过螺栓固定在L型安装支架(9)上，而气液分离单元(6)放置在安装支架(9)与仪表安装台(10)之间，在仪表安装台(10)上设置有CO浓度安全阀(101)，重整单元安全阀(102)，重整单元温度表(103)，CO净化单元温度表(104)，醇水流量表(105)，醇空气流量表(106)，进料口压强表(107)，出料口压强表(108)，气液分离单元液位表(109)，CO浓度表(120)，在安装支架(9)与仪表安装台(10)之间加有隔热材料。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下优点和效果：
1、本实用新型提供了一种体积小、结构紧凑的燃料电池便携式微型氢源系统。该系统原料为醇类(甲醇、乙醇或混合醇)，经过多个反应耦合的自热重整反应过程之后，醇类重整器出来的富氢气体中CO的浓度较高，不能满足氢源燃料电池的使用，因此，还必须经过提纯系统来降低CO的浓度(CO的浓度<10ppm)，并将富氢气体中的副产品CO2含量降低，将醇类和水蒸气分离，使产品气中氢气纯度达99.9999％，满足了氢源燃料电池的使用要求。
2、本实用新型结构简单，紧凑小巧，无需外界热源，充分考虑热量的综合利用，有效的利用反应余热，结构造价低廉，维护修理方便。
附图说明
图1A为本实用新型结构总体背面示意图
图1B为本实用新型结构总体前面示意图
图2为本实用新型工作原理图
图3为本实用新型微通道芯片结构示意图
图4为本实用新型CO2吸收单元结构示意图
图5为本实用新型气液分离单元结构示意图
图6为本实用新型碱液再生单元结构示意图
具体实施方式
由图1A至图6示出，一种燃料电池便携式微型氢源装置，主要由预热单元1，蒸发单元2，重整单元3，CO净化单元4，CO2吸收单元5，气液分离单元6，碱液再生单元7，单元连接管路8，安装支架9和仪表安装台10组成，其中：预热单元1，蒸发单元2，重整单元3和CO净化单元4采用相同的由各自不同数量金属薄片反应芯片11层叠式组成微通道结构，其中反应芯片11是在金属基板12上设置微通道13、入口流体分布通道14、换热通道15和出口流体收集通道16，在结构中相邻两芯片错流配置，预热单元1为换热器，蒸发单元2、重整单元3和CO净化单元4均兼作反应器和换热器，其反应一侧均涂敷相应催化剂，换热一侧不需任何处理，每个单元均采用扩散焊密封成为一个单元的整体；CO2吸收单元5为矩形箱体结构，内衬多孔气体再分布器53，其上还设制有循环液出口51、产品气出口52、混合气入口54、固定螺栓孔55和碱液入口56；气液分离单元6为矩形箱体结构，其上制有液位传感器安装孔61、气液入口62、气体出口63、液体出口64和固定螺栓孔65；碱液再生单元7为矩形箱体结构，其上设置有循环液入口71、CO2出口72、碱液出口73和固定螺栓孔74；预热单元1，蒸发单元2，重整单元3，CO净化单元4，CO2吸收单元5，气液分离单元6和碱液再生单元7均有进料口，出料口，热循环入口，热循环出口，各出入口通过单元连接管路8连接；单元连接管路8上安装微型温度传感器81、微型压力传感器82、微型浓度传感器83和泵(84)；以上单元通过螺栓固定在L型安装支架9上，而气液分离单元6放置在安装支架9与仪表安装台10之间，在仪表安装台10上设置有CO浓度安全阀101，重整单元安全阀102，重整单元温度表103，CO净化单元温度表104，醇水流量表105，醇空气流量表106，进料口压强表107，出料口压强表108，气液分离单元液位表109，CO浓度表120，在安装支架9与仪表安装台10之间加有隔热材料。
另知，醇类和水按一定比例混合液由原料入口B进入预热单元1，混合液在微通道芯片上由入口流体分布通道14流入微通道13，与错流放置的反应芯片11的微通道13内流动的热量进行换热，预热后混合液流入蒸发单元2，醇类和水的混合液蒸发为醇类水蒸气，流入重整单元3经催化剂进行重整反应，产生富氢气体，富氢气体中CO含量过高，流入CO净化单元4经催化剂进行水气变换和优先氧化反应，氧气由氧化剂入口E泵入，副产品主要为CO2，CO2含量很高的富氢气由气液入口62流入气液分离单元6，分离出来的液体由液体出口64流出后回收，分离出来的气体主要成分为H2和CO2，由气体出口63流出气液分离单元6，再经连接管路由混合气体入口54流入CO2吸收单元，CO2经碱液吸收后得到纯氢气，由产品气出口D流出，直接供给氢源燃料电池使用。
本实用新型的热量来源为氧、醇和水按一定比例混合由燃料入口C进入蒸发单元2经催化剂发生放热反应，放出大量热，为醇类和水的混合液蒸发为醇类水蒸气提供热量，热流流经重整单元3，为醇类水蒸气重整反应提供热量，最后流入预热单元1，发生热量交换后，余热由废热出口A排出。
另外，吸收剂由即时产生碱液的碱液再生单元7的碱液出口73泵送经碱液入口56流入CO2吸收单元5提供；CO2吸收单元5中吸收CO2后的产物由循环液出口51泵送入CO净化单元4，为CO净化单元4换热降温，降温后的流体再经管路依靠重力由循环液入口71流回碱液再生单元7进行吸收剂再生，从而实现吸附和吸附剂再生的循环使用。

Claims (2)

1、一种燃料电池便携式微型氢源装置，主要由预热单元(1)，蒸发单元(2)，重整单元(3)，CO净化单元(4)，CO2吸收单元(5)，气液分离单元(6)，碱液再生单元(7)，单元连接管路(8)，安装支架(9)和仪表安装台(10)组成，其特征在于:预热单元(1)，蒸发单元(2)，重整单元(3)和CO净化单元(4)采用相同的由各自不同数量金属薄片反应芯片(11)层叠式组成微通道结构，其中反应芯片(11)是在金属基板(12)上设置微通道(13)、入口流体分布通道(14)、换热通道(15)和出口流体收集通道(16)，在结构中相邻两芯片错流配置，预热单元(1)为换热器，蒸发单元(2)、重整单元(3)和CO净化单元(4)均兼作反应器和换热器，其反应一侧均涂敷相应催化剂，换热一侧不需任何处理，每个单元均采用扩散焊密封成为一个单元的整体；CO2吸收单元(5)为矩形箱体结构，内衬多孔气体再分布器(53)，其上还设制有循环液出口(51)、产品气出口(52)、混合气入口(54)、固定螺栓孔(55)和碱液入口(56)；气液分离单元(6)为矩形箱体结构，其上制有液位传感器安装孔(61)、气液入口(62)、气体出口(63)、液体出口(64)和固定螺栓孔(65)；碱液再生单元(7)为矩形箱体结构，其上设置有循环液入口(71)、CO2出口(72)、碱液出口(73)和固定螺栓孔(74)；单元连接管路(8)上安装微型温度传感器(81)、微型压力传感器(82)、微型浓度传感器(83)和泵(84)；以上单元通过螺栓固定在L型安装支架(9)上，而气液分离单元(6)放置在安装支架(9)与仪表安装台(10)之间，在仪表安装台(10)上设置有CO浓度安全阀(101)，重整单元安全阀(102)，重整单元温度表(103)，CO净化单元温度表(104)，醇水流量表(105)，醇空气流量表(106)，进料口压强表(107)，出料口压强表(108)，气液分离单元液位表(109)，CO浓度表(120)，在安装支架(9)与仪表安装台(10)之间加有隔热材料。
2、根据权利要求1所述的燃料电池便携式微型氢源装置，其特征在于:预热单元(1)，蒸发单元(2)，重整单元(3)，CO净化单元(4)，CO2吸收单元(5)，气液分离单元(6)和碱液再生单元(7)均有进料口，出料口，热循环入口，热循环出口，各出入口通过单元连接管路(8)连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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