CN212476102U - 一种重整反应器组件及燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃料电池技术领域，公开一种重整反应器组件及燃料电池系统。其中重整反应器组件包括蒸发器和重整反应器，液态的二甲醚和液态的水能够在所述蒸发器内气化后混合，形成待反应气体；所述蒸发器连接于所述重整反应器，所述重整反应器的反应室内设置有复合催化剂；所述蒸发器内的所述待反应气体进入所述反应室内，在所述复合催化剂的作用下发生反应，反应产物经所述重整反应器的排气口排出；所述反应室内还设置有加热管，用于加热所述重整反应器。本实用新型加热管位于重整反应器的反应室内，能够直接对反应室加热，优化反应室的加热方式，更好的控制反应室内的温度，最大程度的优化待反应气体的反应效率，提高生成氢气的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种重整反应器组件及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池汽车多数是通过高压氢瓶的方式来储存气体，其氢气的纯度非常高，因此在燃料电池工作时的发电效率高，并且反应过程中不会生成污染环境的物质，但是装有高压氢瓶的汽车在行驶过程中容易引发安全事故，氢气加注较困难以及高压储气瓶制造成本高。所以，常采用二甲醚作为车载燃料制氢，二甲醚的具有以下优势：在使用过程中对大气臭氧层无损害，同时易在大气中降解，对人体无毒、无腐蚀性；来源的广泛性和经济性，新型合成技术能使得制取二甲醚的成本大大降低，为大规模的应用提供了有力保障；再者，二甲醚通常以液化气的形式储存，便于运输，降低了运输成本；最后，二甲醚制氢相对于乙醇制氢方式，生成氢气效率更高，CO生成更少。
但是，二甲醚制氢的燃料电池系统中重整反应器需要在一定温度下才能使二甲醚气体和水蒸气在催化剂作用下发生化学反应以生成氢气。现有技术中，重整反应器的加热来源常采用将重整反应器置于温度较高的空腔内，空腔的温度一方面来源于外部加热；另一方面，质子交换膜燃料电池排出的废气中包含未反应的氢气，氢气进入空气进行燃烧加热。高温的空腔间接对重整反应器的内腔加热，但是重整反应器内部进行化学反应时吸热，高温环境对重整反应器的内腔传热较慢，重整反应器内腔的温度不易控制，导致氢气生成效率不稳定，进而影响蓄电池的充电效率，以及蓄电池的使用寿命。
基于此，亟需一种重整反应器组件及燃料电池系统，以解决上述存在的问题。
实用新型内容
基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种重整反应器组件及燃料电池系统，实现了反应室内保持恒温的环境，最大程度的优化待反应气体反应生成氢气的效率，提高排放气体的稳定性。
为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一方面，提供一种重整反应器组件，包括：
蒸发器，液态的二甲醚和液态的水能够在所述蒸发器内气化后混合，形成待反应气体；
重整反应器，所述蒸发器连接于所述重整反应器，所述重整反应器的反应室内设置有复合催化剂；
所述蒸发器内的所述待反应气体进入所述反应室内，在所述复合催化剂的作用下发生反应，反应产物经所述重整反应器的排气口排出；
所述反应室内还设置有加热管，用于加热所述重整反应器。
作为一种重整反应器组件的优选技术方案，所述加热管沿所述重整反应器内气体流通方向设置。
作为一种重整反应器组件的优选技术方案，所述加热管为多个，多个所述加热管环设于所述反应室内。
作为一种重整反应器组件的优选技术方案，所述重整反应器的外壁设有隔热夹套。
作为一种重整反应器组件的优选技术方案，所述复合催化剂为ZSM-5分子筛和Cu-Zn-Al-Zr化合物。
另一方面，提供一种燃料电池系统，包括以上任一方案所述的重整反应器组件。
作为一种燃料电池系统的优选技术方案，还包括二甲醚储罐及水储罐，所述二甲醚储罐和所述水储罐分别与所述蒸发器连通。
作为一种燃料电池系统的优选技术方案，所述二甲醚储罐和所述蒸发器之间和所述水储罐与所述蒸发器之间均设置有蠕动泵和控制阀。
作为一种燃料电池系统的优选技术方案，还包括：
气体分离器，其连接于所述排气口，用于分离出所述反应产物中的氢气；
质子交换膜燃料电池，其连接于所述气体分离器，所述氢气在所述质子交换膜燃料电池内反应产生电能；
蓄电池，其与所述质子交换膜燃料电池电性连接。
作为一种燃料电池系统的优选技术方案，还包括空气泵，其与所述质子交换膜燃料电池连接，以提供氢气反应所需的空气。
本实用新型的有益效果为：
液态的二甲醚和液态的水在蒸发器内气化后混合，形成待反应气体；蒸发器将待反应气体输送至重整反应器的反应室内，在复合催化剂的作用下进行反应，生成氢气混合物；加热管能够加热重整反应器的反应室，使反应室内保持恒温，利于待反应气体在反应室内稳定地反应。本实用新型中加热管位于重整反应器的反应室内，能够直接对反应室加热，优化反应室的加热方式，更好的控制反应室内的温度，最大程度的优化待反应气体的反应效率，提高生成氢气的稳定性。而非现有技术中重整反应器的反应室通过外部加热，解决了重整反应器内温度不易控制的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型具体实施方式提供的燃料电池系统的示意图；
图2是本实用新型具体实施方式提供的重整反应器的剖视图。
图中标记如下：
1-蒸发器；
2-重整反应器；21-复合催化剂；22-加热管；23-隔热夹套；
3-二甲醚储罐；4-水储罐；5-蠕动泵；6-控制阀；7-气体分离器；8-质子交换膜燃料电池；9-空气泵；10-蓄电池；11-驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
现有技术中，重整反应器的加热来源常采用将重整反应器置于温度较高的空腔内，空腔的温度一方面来源于外部加热；另一方面，质子交换膜燃料电池排出的废气中包含未反应的氢气，氢气进入腔室进行燃烧加热。高温的空腔间接对其加热，但是重整反应器内部进行化学反应时吸热，高温环境对重整反应器的内腔传热较慢，重整反应器内腔的温度不易控制，导致氢气生成效率不稳定，进而影响蓄电池的充电效率，以及蓄电池的使用寿命。
为解决上述问题，如图1和图2所示，本实用新型提供一种燃料电池系统，该系统包括重整反应器组件、二甲醚储罐3、水储罐4、蠕动泵5、气体分离器7、质子交换膜燃料电池8、空气泵9及蓄电池10。
具体地，重整反应器组件包括蒸发器1和重整反应器2。液态的二甲醚和液态的水能够在蒸发器1内气化后混合，形成待反应气体。重整反应器2设置有反应室，反应室内设置有复合催化剂21，本实施中，复合催化剂21为ZSM-5分子筛和Cu-Zn-Al-Zr化合物。反应室的一端设置有进气口，进气口连接于蒸发器1，蒸发器1内形成的待反应气体经进气口进入反应室内；反应室的另一端设置有排气口，待反应气体在复合催化剂21的作用下反应，形成CO2、H2以及少量的CO，生成气体从排气口排出。
重整反应器2的反应室内还设置有加热管22，加热管22能够加热反应室，使反应室保持恒温，利于待反应气体在反应室内稳定地反应。本实用新型中加热管22位于反应室内，能够直接对反应室加热，优化反应室的加热方式，更好的控制反应室内的温度，最大程度的优化待反应气体的反应效率，提高生成氢气的稳定性。而非现有技术中重整反应器的反应室通过外部加热，解决了重整反应器内温度不易控制的问题。需要特别说明的是，气态的二甲醚和水在复合催化剂21作用下发生化学反应产生氢气，是现有技术中较为成熟的技术，在此不再赘述。
优选地，加热管22沿重整反应器2内气体流通方向设置。提高加热管22位于反应室内的面积，提高加热效率。进一步优选地，加热管22为多个，均匀的环设于反应室内，进一步提高加热效率，更好的控制反应室内的温度，使反应室保持恒温。
进一步优选地，重整反应器2的外壁还设置有隔热夹套23，隔热夹套23的厚度为3mm，对重整反应器2进行保温，使反应室的热量不易散出，节约能源。
优选地，二甲醚储罐3与蒸发器1之间和水储罐4与蒸发器1之间均设置有蠕动泵5和控制阀6，蠕动泵5能够将二甲醚储罐3内的液态二甲醚以及水储罐4内的液态水输送至蒸发器1内，然后蒸发器1将液态二甲醚和液态水气化。控制阀6一方面能够分别控制二甲醚和水的输送速度；另一方面，能够调节二甲醚和水的输送比例，以提高后续反应效率。
进一步具体地，重整反应器2的排气口连接于气体分离器7，气体分离器7还连接于质子交换膜燃料电池8。排气口将生成的CO2、H2以及少量的CO的混合气体输入气体分离器7，气体分离器7内设置有催化剂，在催化剂作用下，CO和H2O反应转化为H2和CO2；气体分离器7分离出反应产物中的H2，并将H2输送至质子交换膜燃料电池8内，质子交换膜燃料电池8内的H2与外部空气中的氧气进行化学反应生成电能。质子交换膜燃料电池8电性连接有蓄电池10，质子交换膜燃料电池8内产生的电量传递给蓄电池10。
现有技术中，由于质子交换膜燃料电池吸收空气有限，导致质子交换膜燃料电池内H2反应不完全，排出的废气中常包括未反应完全的H2。所以本实施例中，质子交换膜燃料电池8还连接有空气泵9，空气泵9能够将充足的空气输入至质子交换膜燃料电池8内，以使H2反应完全，提高反应效率，节约能源。
质子交换膜燃料电池8能够对蓄电池10进行充电，蓄电池10为驱动电机11提供电量，以使驱动电机11运转。
本实施例解决了重整反应器内反应室的温度不易控制问题，本实施例加热管22能够直接对反应室加热，优化反应室的加热方式，以更好的控制反应室内的温度。加热管22加热反应室到预设温度，使反应室内保持恒温的环境，最大程度的优化气态的二甲醚与水的反应效率，提高生成氢气的稳定性。质子交换膜燃料电池8连接有空气泵9，提高了质子交换膜燃料电池8内H2的反应效率，优化电量生成效率。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种重整反应器组件，其特征在于，包括：
蒸发器(1)，液态的二甲醚和液态的水能够在所述蒸发器(1)内气化后混合，形成待反应气体；
重整反应器(2)，所述蒸发器(1)连接于所述重整反应器(2)，所述重整反应器(2)的反应室内设置有复合催化剂(21)；
所述蒸发器(1)内的待反应气体进入所述反应室内，在所述复合催化剂(21)的作用下发生反应，反应产物经所述重整反应器(2)的排气口排出；
所述反应室内还设置有加热管(22)，用于加热所述反应室。
2.根据权利要求1所述的重整反应器组件，其特征在于，所述加热管(22)沿所述重整反应器(2)内气体流通方向设置。
3.根据权利要求2所述的重整反应器组件，其特征在于，所述加热管(22)为多个，多个所述加热管(22)环设于所述反应室内。
4.根据权利要求1所述的重整反应器组件，其特征在于，所述重整反应器(2)的外壁设有隔热夹套(23)。
5.根据权利要求1所述的重整反应器组件，其特征在于，所述复合催化剂(21)为ZSM-5分子筛和Cu-Zn-Al-Zr化合物。
6.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的重整反应器组件。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括二甲醚储罐(3)及水储罐(4)，所述二甲醚储罐(3)和所述水储罐(4)均与所述蒸发器(1)连通，用于向所述蒸发器(1)分别提供二甲醚和水。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述二甲醚储罐(3)和所述蒸发器(1)之间和所述水储罐(4)与所述蒸发器(1)之间均设置有蠕动泵(5)和控制阀(6)。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
气体分离器(7)，其连接于所述排气口，用于分离出所述反应产物中的氢气；
质子交换膜燃料电池(8)，其连接于所述气体分离器(7)，所述氢气在所述质子交换膜燃料电池(8)内反应产生电能；
蓄电池(10)，其与所述质子交换膜燃料电池(8)电性连接。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括空气泵(9)，其与所述质子交换膜燃料电池(8)连接，以提供氢气反应所需的空气。
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