CN204632855U

CN204632855U - 多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车

Info

Publication number: CN204632855U
Application number: CN201520198827.8U
Authority: CN
Inventors: 向华
Original assignee: Guangdong Hydrogen Energy Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Hydrogen Energy Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2025-04-03

Abstract

本实用新型公开了一种多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，包括甲醇水储存容器、至少两组甲醇水重整制氢及发电模组、汽车马达及至少两个输送泵；所述甲醇水重整制氢及发电模组整合有重整器及燃料电池，重整器内设有重整室及氢气纯化装置，重整室内的温度为300-570℃温度，甲醇和水在重整室内发生重整制氢反应制得含氢气体，再经氢气纯化装置得到氢气，供应给燃料电池；燃料电池用于产生电能，为汽车马达供电；汽车马达用于驱动车轴旋转而使汽车行驶。本实用新型甲醇水原料转化为氢气的速率快、甲醇转化效率和利用率高、含氢气体纯化容易，且重整器启动容易，稳定性好、振动量小，制氢温度等参数控制灵敏，安全性高、可靠性强。

Description

多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车。

背景技术

目前，绝大部分汽车都以汽油、柴油为燃料，不仅消耗了大量的石油资源，而且汽车尾气造成了严重的大气污染。为应对此资源问题和环境问题，电动汽车的开发变得非常重要。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。在现有技术中，燃料电池汽车是指装备了燃料电池作为获得驱动力的电源的电动汽车。燃料电池在发电过程中，需要氢作为电化学反应材料。在现有技术中，燃料电池所使用的氢来源于氢气承载设备或者制氢设备。

承载氢的燃料电池汽车，通过将氢以压缩气体填充在高压储气瓶中等方法来承载氢。如此承载了氢的燃料电池汽车，由于供给燃料电池的电极的燃料气体是纯度非常高的氢气，因此，在运转燃料电池时，可以获得很高的发电效率，并使燃料电池汽车在行驶过程中所进行的各种反应过程不产生有害物质。但是，承载氢的燃料电池汽车，填充氢非常困难，并且运输和储藏大量氢气则更不容易。

发明专利200580010256.X公开了一种电动汽车，该电动汽车具有通过供给氢和氧化剂而进行发电的燃料电池、制造用于供给所述燃料电池的含氢气体的氢制造装置以及由所述燃料电池所产生的电进行驱动的马达，所述氢制造装置是分解含有有机物的燃料来制造含氢气体的装置，所述氢制造装置具有：隔膜、在隔膜的一个面上设置的燃料极、向燃料极供给含有有机物（例如甲醇）和水燃料的装置、在隔膜的另一面上设置的氧化极、向氧化极供给氧化剂的装置，由燃料极侧产生含氢气体并导出的装置。具体地，所述氢制造装置在30-90℃的温度下，由供给甲醇和水的燃料极侧产生含氢气体。在不从外部向氢制造电池供给电能的情况，会产生70-80%氢浓度的气体；在从外部向氢制造电池施加电能的情况，会产生大于等于80%的氢浓度的气体。并且该气体的产生依赖于两极的开路电压或者运转电压。然而，上述电动汽车的氢制造装置还存在以下缺失：

（1）由于氢制造装置是在30-90℃的温度下分解含有有机物（例如甲醇）的燃料来制造含氢气体的装置，并依靠氧化极和燃料极来产生氢气，因此，有机物转化为氢气的速率较慢，并且，有机物转化为氢气的效率实际上并不高，对有机物的利用率偏低；

（2）氢制造装置产生的含氢气体在较低温度下纯化为高纯氢气的效率低下，成本高昂，需要较大体积纯化装置来换取高纯氢气的正常供给，不利于氢制造装置小型化发展；

（3）上述专利公开的电动汽车，不管燃料电池数量为多少个，都是采用单一的氢制造装置为燃料电池供应氢气，这样，其产生的问题是：1.氢制造装置的体积和制氢量较大，体积和制氢量越大，越难以启动运转；2. 体积和制氢量较大的氢制造装置稳定性较差、振动量较大；3.体积和制氢量较大的氢制造装置，制氢温度、气体流量及气压等方面参数控制不够灵敏；4.单一的氢制造装置安全性低，当该氢制造装置发生故障时，电动汽车即陷于瘫痪；5.当单一的氢制造装置制氢量不够时，难以提升其制氢量，而制氢量过大时，又难以降低其制氢量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，该燃料电池汽车的甲醇水原料转化为氢气的速率快、甲醇转化效率和利用率高、含氢气体纯化容易，并且，该燃料电池汽车的重整器启动容易，稳定性好、振动量小，制氢温度、气体流量及气压等方面参数控制灵敏，安全性高、可靠性强。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，包括甲醇水储存容器、至少两组甲醇水重整制氢及发电模组、汽车马达及至少两个输送泵，所述甲醇水重整制氢及发电模组与输送泵的数量相匹配，其中：

所述甲醇水储存容器内储存有液态的甲醇和水原料，所述输送泵用于将甲醇水储存容器中的甲醇和水原料输送至甲醇水重整制氢及发电模组的重整器；

甲醇水重整制氢及发电模组，其整合有重整器及燃料电池，所述重整器内设有重整室及氢气纯化装置，重整室内的温度为300-570℃温度，重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应制得含氢气体，重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近，从氢气纯化装置的产气端得到氢气，供应给燃料电池；所述燃料电池用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能，为汽车马达供电；

汽车马达，用于驱动车轴旋转而使汽车行驶。

作为本实用新型的一种优选方式，所述甲醇水重整制氢及发电模组还整合有换热器，所述换热器安装于输送泵与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器中，与重整室输出的高温气体进行换热，甲醇和水温度升高、汽化；所述重整器设有电加热器，该电加热器由燃料电池供电，该电加热器为重整室提供300-570℃温度；所述氢气纯化装置的产气端输出的氢气，经换热器后温度降低，再供应给燃料电池。

进一步，所述换热器与重整器之间还设有补偿汽化装置，该补偿汽化装置设有电加热器，所述甲醇和水原料经补偿汽化装置后可进一步汽化；所述燃料电池产生的电能还为补偿汽化装置的电加热器供电。

作为本实用新型的另一种优选方式，所述甲醇水重整制氢及发电模组还整合有换热器及汽化室，所述甲醇水原料在换热器中换热后进入汽化室汽化，汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽进入重整室，重整室下部及中部温度为300-420℃，重整室上部的温度为400-570℃；所述重整室与氢气纯化装置之间的连接管路的全部或部分设置于重整室的上部。

进一步，所述重整器一端安装有启动装置，该启动装置包括杯座，杯座上安装有原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置；所述原料输入管道可输入甲醇和水原料，原料输入管道与加热气化管道相连通，甲醇和水原料经原料输入管道进入加热气化管道后，从加热气化管道的末端输出；所述点火装置的位置与加热气化管道的末端相对应，用于对加热气化管道中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置点火后燃烧，可对加热气化管道进行加热，使加热气化管道中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整器加热；所述温度探测装置用于探测加热气化管道旁的温度；所述重整器启动制氢后，重整器制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整器运行。

再进一步，所述杯座包括安装部及安装部上方的液体容纳部，所述原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置均安装于杯座之安装部上，所述液体容纳部可容纳从加热气化管道末端输出的甲醇和水原料，所述液体容纳部上端还设有液体防溅盖。所述加热气化管道依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料可经直通管段上升至最高位置后，再经螺旋管段螺旋下降，再经上拱形管段后输出；所述杯座的底侧安装有进风盖板，该进风盖板设有风道，外界空气可经该风道进入至重整器内；所述原料输入管道上设有电磁阀，以便控制原料输入管道打开或关闭。

在上述技术方案中，所述氢气纯化装置为膜分离装置，该膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%-78%，银占22%-25%。

在上述技术方案中，所述燃料电池汽车还包括交直流转换器及缓冲蓄电池，所述交直流转换器连接于燃料电池的电流输出端，用于对燃料电池所输出的直流电进行DC/DC电压转变或者DC/AC转变；所述缓冲蓄电池的充电端连接交直流转换器，该缓冲蓄电池可为汽车马达供电。

本实用新型的有益效果是：其一、本实用新型燃料电池汽车的甲醇水重整制氢设备采用重整器在300-570℃的温度下及催化剂作用下重整制氢的方式，其制氢速度及效率远远高于现有技术中制氢设备在30-90℃的温度下分解甲醇的速度和效率，甲醇水原料转化效率和利用率高；其二、由于氢气纯化装置设置于重整室内的分离室内，氢气纯化装置的温度与重整室温度相同或接近，因此，能显著提高氢气纯化效率及降低氢气纯化难度，同时腾出氢气纯化装置占用的空间，使甲醇水重整制氢设备小型化发展、降低成本；其三、本实用新型包括至少两组甲醇水重整制氢及发电模组，各组甲醇水重整制氢及发电模组为独立式工作运转；每组甲醇水重整制氢及发电模组均整合有重整器及燃料电池，因此，每组甲醇水重整制氢及发电模组的重整器的体积和制氢量相对比较小，容易启动运转，稳定性好、振动量小，制氢温度、气体流量及气压等方面参数控制灵敏；与此同时，当任何一组甲醇水重整制氢及发电模组的重整器发生故障时，其他组甲醇水重整制氢及发电模组的重整器仍然能正常运行，因而安全性高、可靠性强。此外，当燃料电池汽车的总体制氢量和发电量过大时，可通过关闭一部分甲醇水重整制氢及发电模组来降低制氢量和发电量，而燃料电池汽车的总体制氢量和发电量过小时，又可通过启动一部分处于待机状态的甲醇水重整制氢及发电模组来增加制氢量和发电量。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构方框示意图。

图2为本实用新型的甲醇水重整制氢及发电模组结构方框示意图。

图3为本实用新型一优选实施例的结构方框示意图。

图4为本实用新型另一优选实施例的重整器分散结构示意图。

图5为图4中重整器启动装置的结构示意图。

图6为图4中重整器启动装置的杯座部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

实施例一：

如图1和图2所示，一种多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，包括甲醇水储存容器1、至少两组甲醇水重整制氢及发电模组2、汽车马达3及至少两个输送泵4，所述甲醇水重整制氢及发电模组2与输送泵4的数量相匹配，其中：

所述甲醇水储存容器1内储存有液态的甲醇和水原料，所述输送泵4用于将甲醇水储存容器1中的甲醇和水原料输送至甲醇水重整制氢及发电模组2的重整器21；

甲醇水重整制氢及发电模组2，其整合有重整器21及燃料电池22，所述重整器21内设有重整室211（结合参照图3）及氢气纯化装置212，重整室211内的温度为300-570℃温度，重整室211内设有催化剂，在重整室内，甲醇与水蒸气在1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，反应方程为：(1)CH₃OH→CO+2H₂、(2)H₂O+CO→CO₂+H₂ 、(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂ ，重整反应生成的H₂和CO₂；重整室211与氢气纯化装置212通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室211内，能通过重整室211内的高温继续加热从重整室211输出的气体；所述连接管路作为重整室211与氢气纯化装置212之间的缓冲，使得从重整室211输出的气体的温度与氢气纯化装置212的温度相同或接近，从氢气纯化装置212的产气端得到氢气，供应给燃料电池22；所述燃料电池22用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能，为汽车马达3供电，在燃料电池22内，氢气及空气中的氧气发生电化学反应，在燃料电池22的阳极：2H₂→4H⁺+4e^-，H₂分裂成两个质子和两个电子，质子穿过质子交换膜（PEM），电子通过阳极板，通过外部负载，并进入阴极双极板；在燃料电池22的阴极：O₂+4e^-+4H⁺→2H₂O，质子、电子和O₂重新结合以形成H₂O；

汽车马达3，用于驱动车轴旋转而使汽车行驶；汽车马达在工作时，产生的扭距先通过齿轮传导给车轴，再通过车轴而使汽车行驶。

如图3所示，结合参考图1、图2，所述甲醇水重整制氢及发电模组2还整合有换热器23，所述换热器23安装于输送泵4与重整器21之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器23中，与重整室211输出的高温气体进行换热，甲醇和水温度升高、汽化；所述重整器21设有电加热器213，该电加热器213由燃料电池22供电，该电加热器213为重整室211提供300-570℃温度；所述氢气纯化装置212的产气端输出的氢气，经换热器23后温度降低，再供应给燃料电池22。需要注意的是，电加热器213同时也是重整器21的启动装置，在重整器启动时，先利用电加热器213加热。

如图3所示，所述换热器23与重整器21之间还设有补偿汽化装置24，该补偿汽化装置24设有电加热器241，所述甲醇和水原料经补偿汽化装置24后可进一步汽化；所述燃料电池22产生的电能还为补偿汽化装置24的电加热器241供电。

实施例二：

实施例二同样为一种多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，同样包括甲醇水储存容器1、至少两组甲醇水重整制氢及发电模组2、汽车马达3及至少两个输送泵4，且甲醇水重整制氢及发电模组2与输送泵4的数量相匹配。实施例二与实施例一的主要区别在于所述甲醇水重整制氢及发电模组2还整合有换热器及汽化室，所述甲醇水原料在换热器中换热后进入汽化室汽化，汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽进入重整室，重整室下部及中部温度为300-420℃，重整室上部的温度为400-570℃；所述重整室与氢气纯化装置之间的连接管路的全部或部分设置于重整室的上部。

进一步，如图4-图6所示，所述重整器21一端安装有启动装置5，该启动装置5包括杯座51，杯座51上安装有原料输入管道52、加热气化管道53、点火装置54及温度探测装置55；所述原料输入管道52可输入甲醇和水原料，原料输入管道52与加热气化管道53相连通，甲醇和水原料经原料输入管道52进入加热气化管道53后，从加热气化管道53的末端输出；所述点火装置54的位置与加热气化管道53的末端相对应，用于对加热气化管道53中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置54点火后燃烧，可对加热气化管道53进行加热，使加热气化管道53中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整器21加热；所述温度探测装置55用于探测加热气化管道53旁的温度；所述重整器21启动制氢后，重整器21制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整器21运行。重整器21正是利用启动装置5为重整器21加热，才令重整器21启动，进而发生重整反应，启动时间在5分钟内即可完成，非常快速，启动完成后，启动装置5关闭。

如图4-图6所示，所述杯座51包括安装部511及安装部上方的液体容纳部512，所述原料输入管道52、加热气化管道53、点火装置54及温度探测装置55均安装于杯座之安装部511上，所述液体容纳部512可容纳从加热气化管道53末端输出的甲醇和水原料，所述液体容纳部512上端还设有液体防溅盖513。原料输入管道52输入甲醇和水原料后，经加热气化管道53输出时，多余的甲醇和水原料可容纳于杯座之液体容纳部512中，当然，在甲醇和水原料迅速燃烧后，液体容纳部512中的甲醇和水原料也会气化燃烧。所述液体防溅盖513可防止液体容纳部512中的甲醇和水原料在气化燃烧时四处飞溅。所述加热气化管道53依次包括直通管段531、螺旋管段532及上拱形管段533，所述甲醇和水原料可经直通管段531上升至最高位置后，再经螺旋管段532螺旋下降，再经上拱形管段533后输出。这样，启动装置5开始工作时，甲醇和水原料进入加热气化管道53，甲醇和水原料在上拱形管段533的作用下，甲醇和水原料会以滴落的方式从上拱形管段533的末端滴出，以便点火装置进行点火；点火成功之后，由于螺旋管段532的整体长度比较长，受热面积大，因此，螺旋管段532中的甲醇和水原料能充分受热气化。

如图4-图6所示，所述杯座51的底侧安装有进风盖板56，该进风盖板设有风道561，外界空气可经该风道进入至重整器21内，从该风道561进入的外界空气可为启动装置5提供氧气，也可为重整器21提供氧气，为提高空气进入量，可在风道561外侧增加风扇（图中未示出）；所述原料输入管道52上设有电磁阀，以便控制原料输入管道52打开或关闭。所述点火装置可以采用市场上耐高温的点火器，例如电子式脉冲式点火器等。

在上述实施例中，所述氢气纯化装置为膜分离装置，该膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%-78%，银占22%-25%，膜分离装置14的制造工艺可参照本申请人上海合既得动氢机器有限公司于2012年12月21日申请的发明专利201210563913.5，甲醇水制氢设备的膜分离器及其制备方法。

在上述实施例中，如图1和图3所示，所述燃料电池汽车还包括交直流转换器6及缓冲蓄电池7，所述交直流转换器6连接于燃料电池22的电流输出端，用于对燃料电池22所输出的直流电进行DC/DC电压转变或者DC/AC转变；所述缓冲蓄电池7的充电端连接交直流转换器6，该缓冲蓄电池7可为汽车马达3供电。通过使用燃料电池汽车的控制装置，根据汽车马达的负荷缓冲蓄电池的蓄电量，将燃料电池所发出的电供给汽车马达和缓冲蓄电池。具体而言，例如在加速时等的情况下，汽车马达负荷大的时候，向汽车马达供给来自燃料电池和缓冲畜电池的电，或者减速、制动时等情况下，将燃料电池产生的电的一部分为缓冲蓄电池充电。此外，该缓冲蓄电池在汽车启动时为原料输送装置、重整器的电加热器、补偿汽化装置的电加热器等设备进行供电，当汽车启动后，则缓冲蓄电池停止向原料输送装置、重整器的电加热器、补偿汽化装置的电加热器等设备进行供电，而由燃料电池22供电。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施方式，凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：包括甲醇水储存容器、至少两组甲醇水重整制氢及发电模组、汽车马达及至少两个输送泵，所述甲醇水重整制氢及发电模组与输送泵的数量相匹配，其中：

汽车马达，用于驱动车轴旋转而使汽车行驶。

2.根据权利要求1所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述甲醇水重整制氢及发电模组还整合有换热器，所述换热器安装于输送泵与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器中，与重整室输出的高温气体进行换热，甲醇和水温度升高、汽化；所述重整器设有电加热器，该电加热器由燃料电池供电，该电加热器为重整室提供300-570℃温度；所述氢气纯化装置的产气端输出的氢气，经换热器后温度降低，再供应给燃料电池。

3.根据权利要求2所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述换热器与重整器之间还设有补偿汽化装置，该补偿汽化装置设有电加热器，所述甲醇和水原料经补偿汽化装置后可进一步汽化；所述燃料电池产生的电能还为补偿汽化装置的电加热器供电。

4.根据权利要求1所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述甲醇水重整制氢及发电模组还整合有换热器及汽化室，所述甲醇水原料在换热器中换热后进入汽化室汽化，汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽进入重整室，重整室下部及中部温度为300-420℃，重整室上部的温度为400-570℃；所述重整室与氢气纯化装置之间的连接管路的全部或部分设置于重整室的上部。

5.根据权利要求4所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述重整器一端安装有启动装置，该启动装置包括杯座，杯座上安装有原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置；所述原料输入管道可输入甲醇和水原料，原料输入管道与加热气化管道相连通，甲醇和水原料经原料输入管道进入加热气化管道后，从加热气化管道的末端输出；所述点火装置的位置与加热气化管道的末端相对应，用于对加热气化管道中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置点火后燃烧，可对加热气化管道进行加热，使加热气化管道中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整器加热；所述温度探测装置用于探测加热气化管道旁的温度；所述重整器启动制氢后，重整器制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整器运行。

6.根据权利要求5所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述杯座包括安装部及安装部上方的液体容纳部，所述原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置均安装于杯座之安装部上，所述液体容纳部可容纳从加热气化管道末端输出的甲醇和水原料，所述液体容纳部上端还设有液体防溅盖。

7.根据权利要求5所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述加热气化管道依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料可经直通管段上升至最高位置后，再经螺旋管段螺旋下降，再经上拱形管段后输出；所述杯座的底侧安装有进风盖板，该进风盖板设有风道，外界空气可经该风道进入至重整器内；所述原料输入管道上设有电磁阀，以便控制原料输入管道打开或关闭。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述氢气纯化装置为膜分离装置，该膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的多组合独立式醇水制氢燃料电池汽车，其特征在于：所述燃料电池汽车还包括交直流转换器及缓冲蓄电池，所述交直流转换器连接于燃料电池的电流输出端，用于对燃料电池所输出的直流电进行DC/DC电压转变或者DC/AC转变；所述缓冲蓄电池的充电端连接交直流转换器，该缓冲蓄电池可为汽车马达供电。