申请/专利权人：浙江氢谷新能源汽车有限公司

申请日：2018-10-29

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109273745B

主分类号：H01M8/0612

分类号：H01M8/0612;H01M8/04029

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.05.10#实质审查的生效;2019.01.25#公开

摘要：本发明公开了一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，该装置包括燃料制氢系统和燃料电池，燃料电池包括电解槽，该电解槽带有水排放口；燃料制氢系统包括甲醇制氢机构，甲醇制氢机构包括筒状壳体；电解槽呈圆环状包裹在筒状壳体外周，水排放口与水蒸馏机构相连，水蒸馏机构与甲醇制氢机构之间连接有反应水回收管。本申请将甲醇制氢机构设置成筒状，将电解槽设置成包裹在筒状壳体外周的圆环状，不仅结构更加紧凑，一体化程度更高；而且燃料电池发电过程中，电解槽内放出的热量能够被筒状壳体吸收，为甲醇制氢机构的吸热反应提供热量，从而降低甲醇制氢机构中电加热提供热量产生的能耗。

主权项：1.一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，包括燃料制氢系统和燃料电池，所述的燃料电池包括电解槽，该电解槽带有氢气入口和水排放口，所述的氢气入口与储氢罐相连；所述的燃料制氢系统包括甲醇制氢机构，以及与该甲醇制氢机构相连的甲醇供应机构和水供应机构；其特征在于，所述的甲醇制氢机构包括筒状壳体，所述的电解槽呈圆环状包裹在筒状壳体外周，所述的水排放口与水蒸馏机构相连，该水蒸馏机构与甲醇制氢机构之间连接有反应水回收管；所述的电解槽内环面与筒状壳体外壁之间设有导热机构；所述的筒状壳体内依次设有混合气化室、反应室和冷却室，所述的混合气化室与甲醇供应机构和水供应机构相连，所述的电解槽处于反应室外周，所述的冷却室通过管路与储氢罐相连；所述的反应室内设有与混合气化室相连通的螺旋状反应管，螺旋状反应管内填装有制氢催化剂；所述的反应室的内壁上设有处于螺旋状反应管外周的电磁加热单元；储氢罐中的氢气经氢气入口进入电解槽内，同时向电解槽内通入氧气，电解槽内开始发电，发电过程中产生的热量经导热机构被传导至反应室处的筒状外壁上，辅助电磁加热单元为甲醇制氢反应提供热量。

全文数据：用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置技术领域本发明属于电动汽车燃料电池技术领域，具体涉及一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置。背景技术燃料电池是一种利用氧化还原反应将蕴藏于化学物质中的化学能直接转化为电能的发电设备。其中应用范围最广的是以氢气作为能量载体的质子交换膜燃料电池，它利用高纯氢气作为燃料，氧气为氧化性气体，两者分别在阳极和阴极反应产生电能，由于反应产物只有水，因此具有高效、环保的特点。同时，为了便于为燃料电池提供氢气，人们开发了燃料制氢系统，从甲醇、天然气、液化气、汽油、柴油等碳水化合物中快速制备出燃料电池所需的合格的富氢混合气体。通过将燃料制氢系统与燃料电池组合成燃料电池装置，利用这类现场制氢系统为燃料电池供氢被认为是在没有广泛建立氢基础设施之前燃料电池商业化的重要方式之一。现有的燃料电池装置中，燃料制氢系统与燃料电池之间仅存在简单的氢气输送供给关系，不仅燃料电池装置的一体化程度较低，而且燃料电池发电过程中产生的热量没有得到很好的利用。发明内容本申请的发明目的是提供一种一体化程度高、能够充分利用燃料电池发电产生的热量的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置。为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，包括燃料制氢系统和燃料电池，所述的燃料电池包括电解槽，该电解槽带有氢气入口和水排放口，所述的氢气入口与储氢罐相连；所述的燃料制氢系统包括甲醇制氢机构，以及与该甲醇制氢机构相连的甲醇供应机构和水供应机构；所述的甲醇制氢机构包括筒状壳体，所述的电解槽呈圆环状包裹在筒状壳体外周，所述的水排放口与水蒸馏机构相连，该水蒸馏机构与甲醇制氢机构之间连接有反应水回收管。本申请将甲醇制氢机构设置成筒状，将电解槽设置成包裹在筒状壳体外周的圆环状，不仅结构更加紧凑，一体化程度更高；而且燃料电池发电过程中，电解槽内放出的热量能够被筒状壳体吸收，为甲醇制氢机构的吸热反应提供热量，从而降低甲醇制氢机构中电加热提供热量产生的能耗。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的电解槽内环面与筒状壳体外壁之间设有导热机构。导热机构能够提高电解槽与筒状壳体之间的传热效率，提高对电解槽释放的热量的利用率。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的筒状壳体内依次设有混合气化室、反应室和冷却室，所述的混合气化室与甲醇供应机构和水供应机构相连，所述的电解槽处于反应室外周，所述的冷却室通过管路与储氢罐相连。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的反应室内设有与混合气化室相连通的螺旋状反应管，螺旋状反应管内填装有制氢催化剂；所述的反应室的内壁上设有处于螺旋状反应管外周的电磁加热单元。与层状填装的制氢催化剂相比，螺旋状反应管使得混合汽与管内的制氢催化剂充分接触，而且接触面积和接触时间均大大增加，从而提高了本甲醇知情装置对制氢催化剂的利用率，进一步提高了氢气转化效率。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的冷却室的外周壁安装有冷却器，所述的混合气化室的外周壁带有热交换器，所述的冷却器和热交换器之间设有冷却介质循环管道，该冷却介质循环管道上安装有第四液体泵。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的螺旋状反应管带有延伸至冷却室内的冷却延长段，所述的冷却室的侧壁上带有反应气出口，各冷却延长段均与该反应气出口相连。与螺旋状反应管一样呈螺旋状的冷却延长段能够延长反应气在冷却室内的停留时间，以达到充分冷却的目的。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的电解槽带有剩余氢气出口，所述的剩余氢气出口通过管道与水气分离罐相连，所述的水气分离罐带有与储氢罐相连的氢气回收口。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的甲醇供应机构通过甲醇供应管与甲醇制氢机构相连，该甲醇供应管上安装有第一液体泵和第一流量计；所述的水供应机构通过水供应管与甲醇制氢机构相连，该水供应管上安装有第二液体泵和第二流量计。本申请利用第一流量计和第二流量计分别控制甲醇和水进入混合汽化室的流量，从而控制两者的比例，不需要对甲醇和水进行预混合。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的甲醇供应管和水供应管的出液端均安装有雾状喷头。雾状喷头使得甲醇和水均以雾状被喷入混合汽化室内，便于快速汽化。在上述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置中，所述的筒状壳体和电解槽设置在一密封箱内。如此能够将筒状壳体和电解槽与储氢罐隔离开来，减少安全隐患。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本申请将甲醇制氢机构设置成筒状，将电解槽设置成包裹在筒状壳体外周的圆环状，不仅结构更加紧凑，一体化程度更高；而且燃料电池发电过程中，电解槽内放出的热量能够被筒状壳体吸收，为甲醇制氢机构的吸热反应提供热量，从而降低甲醇制氢机构中电加热提供热量产生的能耗。附图说明图1为本发明一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置的结构示意图；图2为图1中甲醇制氢系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。实施例1如图1所示，本实施例一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，包括甲醇制氢系统1和燃料电池2。如图2所示、结合图1可见，甲醇制氢系统1包括甲醇制氢机构3，以及与该甲醇制氢机构3相连的甲醇供应机构4和水供应机构5。其中，甲醇制氢机构3包括筒状壳体31，筒状壳体31内由下至上设有混合汽化室32、反应室33和冷却室34；甲醇供应机构4通过甲醇供应管41与混合汽化室32相连，该甲醇供应管41上安装有第一液体泵42和第一流量计43；水供应机构5通过水供应管51与混合汽化室32相连，该水供应管51上安装有第二液体泵52和第二流量计53；并且，甲醇供应管41和水供应管51的出液端均安装有处于混合汽化室32内的雾状喷头。在混合汽化室32和反应室33之间设有隔板35，隔板35上开设有若干混合汽出口，在每个混合汽出口处均安装有一根螺旋状反应管36。本实施例的螺旋状反应管36是在反应室33内周向均匀布置的，并且，每两根螺旋状反应管36成为一组，同一组的两根螺旋状反应管36同轴设置但旋向相反，以充分利用反应室33内空间。并且，在螺旋状反应管36的外周，反应室33的内壁上安装有电磁加热机构37。螺旋状反应管36的反应末端带有延伸至冷却室34内的冷却延长段38，冷却室34的侧壁上带有反应气出口，各冷却延长段38均与该反应气出口相连。冷却室34的外周壁安装有冷却器39，混合汽化室32的外周壁带有热交换器310，冷却器39和热交换器310之间设有冷却介质循环管道311，该冷却介质循环管道311上安装有第四液体泵312。如图1所示，反应气出口通过管路与水洗吸收塔6相连，水洗吸收塔6收集未转化的甲醇和水供循环使用，而塔顶气则沿管路进入变压吸附机构7中，对氢气进行提纯，纯化的氢气被储存在储氢罐8中。如图1所示、结合图2可见，本实施例的燃料电池2包括设置在反应室33外周壁的电解槽21，电解槽21呈圆环状包裹在筒状壳体31外周，并且电解槽21内环面与筒状壳体31外壁之间设有导热机构9。电解槽21上带有与储氢罐8相连的氢气入口、供排放多余氢气的剩余氢气出口、供氧气进入的氧气入口氧气可以由氧气罐10提供，也可以直接由空气提供以及供反应水流出的水排放口。其中，剩余氢气出口通过管道与水气分离罐11相连，水气分离罐11带有与储氢罐8相连的氢气回收口；水排放口与水蒸馏机构12相连，该水蒸馏机构12与水供应管51之间连接有反应水回收管13，反应水回收管13上安装有第三流量计14和第三液体泵15。在较优的实施例中，可以将筒状壳体31和电解槽21设置在一密封箱图中未示出内，以便将筒状壳体31和电解槽21与储氢罐8隔离开来，减少安全隐患。本实施例一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置的工作原理为：反应开始前，向热交换器310中通入温度较高的冷却介质，对混合汽化室32进行预热；同时启动电磁加热机构37，对反应室33进行预热；在第一流量计43和第二流量计53的监控下，第一液体泵42和第二液体泵52分别将甲醇和水经雾状喷头喷入混合汽化室32内，在热交换器310的作用下，甲醇和水分别汽化形成混合汽；混合汽经混合汽出口进入各螺旋状反应管36中，混合汽在制氢催化剂的作用下发生反应，获得含有氢气的反应气；反应气进入螺旋状的冷却延长段38中，在冷却器39的作用下被降温，并经反应气出口进入水洗吸收塔6相连，水洗吸收塔6收集未转化的甲醇和水供循环使用，而塔顶气则沿管路进入变压吸附机构7中，对氢气进行提纯，纯化的氢气被储存在储氢罐8中；储氢罐8中的氢气经氢气入口进入电解槽21内，同时向电解槽21内通入氧气，电解槽21内开始发电，发电过程中产生的热量经导热机构9被传导至反应室33处的筒状外壁31上，辅助电磁加热单元37为甲醇制氢反应提供热量；多余的氢气先进入水气分离罐11进行水气分离，再回收利用；而产生的反应水则经水排放口进入水蒸馏机构12相连，蒸馏获得的脱盐水蒸汽依次流入反应水回收管13和水供应管中，实现回收利用，第三流量计14监控脱盐水蒸汽的流量。

权利要求：1.一种用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，包括燃料制氢系统和燃料电池，所述的燃料电池包括电解槽，该电解槽带有氢气入口和水排放口，所述的氢气入口与储氢罐相连；所述的燃料制氢系统包括甲醇制氢机构，以及与该甲醇制氢机构相连的甲醇供应机构和水供应机构；其特征在于，所述的甲醇制氢机构包括筒状壳体，所述的电解槽呈圆环状包裹在筒状壳体外周，所述的水排放口与水蒸馏机构相连，该水蒸馏机构与甲醇制氢机构之间连接有反应水回收管。2.如权利要求1所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的电解槽内环面与筒状壳体外壁之间设有导热机构。3.如权利要求1所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的筒状壳体内依次设有混合气化室、反应室和冷却室，所述的混合气化室与甲醇供应机构和水供应机构相连，所述的电解槽处于反应室外周，所述的冷却室通过管路与储氢罐相连。4.如权利要求3所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的反应室内设有与混合气化室相连通的螺旋状反应管，螺旋状反应管内填装有制氢催化剂；所述的反应室的内壁上设有处于螺旋状反应管外周的电磁加热单元。5.如权利要求3所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的冷却室的外周壁安装有冷却器，所述的混合气化室的外周壁带有热交换器，所述的冷却器和热交换器之间设有冷却介质循环管道，该冷却介质循环管道上安装有第四液体泵。6.如权利要求5所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的螺旋状反应管带有延伸至冷却室内的冷却延长段，所述的冷却室的侧壁上带有反应气出口，各冷却延长段均与该反应气出口相连。7.如权利要求1所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的电解槽带有剩余氢气出口，所述的剩余氢气出口通过管道与水气分离罐相连，所述的水气分离罐带有与储氢罐相连的氢气回收口。8.如权利要求1所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的甲醇供应机构通过甲醇供应管与甲醇制氢机构相连，该甲醇供应管上安装有第一液体泵和第一流量计；所述的水供应机构通过水供应管与甲醇制氢机构相连，该水供应管上安装有第二液体泵和第二流量计。9.如权利要求8所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的甲醇供应管和水供应管的出液端均安装有雾状喷头。10.如权利要求1-9中任意一项所述的用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置，其特征在于，所述的筒状壳体和电解槽设置在一密封箱内。

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