專利名稱：燃料電池便攜式微型氫源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氫氣制備裝置，尤其是可移動、便攜式、孩t型的燃料電 池氫源裝置。
背景技術(shù)：
氫能源因其燃燒熱值高并且清潔環(huán)保等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。以純氫為燃料 的質(zhì)子交 燃料電M有高能量轉(zhuǎn)換效率和低污染排放等優(yōu)勢，且現(xiàn)階段燃料
電地4支術(shù)已達到一定高度，在移動電源方面有著廣闊的應(yīng)用前景，但是氫源供應(yīng) 的問題限制了燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用；由于氫氣沸點低且不易壓縮和液化，不管 以氣態(tài)還是液態(tài)儲存，^占用大量的空間，且氫氣易燃易爆，導(dǎo)致運輸和加注 十分困難和危險，傳統(tǒng)制氫方法和工藝能源消耗大，而且傳統(tǒng)的反應(yīng)器體積龐大、 燃料處理設(shè)備中##的大量氫氣具有很大的危險性；因此，設(shè)計一種溫度低、能 耗低、儲存和運輸容易、加料方便、安全的便攜式微型制氬裝置勢在必行。 發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)背景技術(shù)所述，本實用新型的目的在于避免上述不足，提供一種由預(yù)熱 單元，蒸發(fā)單元，重整單元，CO凈化單元，C02吸收單元，氣液分離單元和堿 液再生單元組成，主要工作單元采用由金屬薄片反應(yīng)芯片層疊式組成微通道結(jié)構(gòu)， 其中相鄰兩芯片錯流配置，采用擴散焊密封成為一個單元的整體，各單元通過管 路連接，并置于設(shè)有^^安裝臺的安裝支架上，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊小巧，便于攜帶 的燃*牛電地4更攜式孩￡型氳源裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 一種燃料電池便攜式微型氫源裝置，主要由預(yù)熱單元(l)，蒸發(fā)單元(2), 重整單元(3)， CO凈化單元(4)， C02吸收單元(5)，氣液分離單元(6)，堿 液再生單元(7)，單元連接管路(8),安裝支架(9)和^4安裝臺(10)組成， 其中預(yù)熱單元(l),蒸發(fā)單元(2),重整單元(3)和CO凈化單元(4)采用 相同的由各自不同數(shù)量金屬薄片M芯片(11)層疊式組成孩iifil^構(gòu)，其中反 應(yīng)芯片(11)是在金屬狄(12)上設(shè)置孩說道(13 )、入口流體分布通道(14 )、 換熱通道(15 )和出口流體收集通道(16),在結(jié)構(gòu)中相鄰兩芯片錯流配置，預(yù)熱 單元(1)為換熱器，蒸發(fā)單元(2 )、重整單元(3 )和CO凈化單元(4)均兼作^^應(yīng)器和換熱器，其反應(yīng)一側(cè)均涂敷相應(yīng)催化劑，換熱一側(cè)不需<壬<可處理，每個
單元均采用擴"fU:早密封成為 一個單元的，；C02吸收單元(5)為矩形箱體結(jié)構(gòu)， 內(nèi)襯多孔氣體再分布器(53 )，其上還設(shè)制有循環(huán)液出口 ( 51 )、產(chǎn)品氣出口 ( 52 )、 混合氣入口 (54)、固定螺栓孔(55)和堿液入口 (56);氣液分離單元(6)為矩 形箱體結(jié)構(gòu)，其上制有液位傳感器安裝孔(61 )、氣^7v口 (62)、氣體出口 (63)、 液體出口 (64)和固定螺栓孔(65);堿液再生單元(7)為矩形箱體結(jié)構(gòu)，其上 設(shè)置有循環(huán)獻口 (71)、 C02出口 (72)、堿液出口 (73)和固定螺栓孔(74); 預(yù)熱單元(1),蒸發(fā)單元(2)，重整單元(3), CO凈化單元(4), C02吸收單 元(5),氣液分離單元(6)和堿液再生單元(7)均有進料口，出料口，熱循環(huán) 入口，熱循環(huán)出口，各出入口通過單元連接管路(8)連接；單元連接管路(8) 上安裝纟效型溫度傳感器(81)、微型壓力傳感器(82)、微型濃度傳感器(83)和 泵(84);以上單元通過螺栓固定在L型安裝支架(9)上，而氣液分離單元(6) 放置在安裝支架(9)與儀表安裝臺(10)之間，在儀表安裝臺(10)上設(shè)置有 CO濃度安全閥(101)，重整單元安全閥(102)，重整單元溫度表(103 )， CO凈 化單元溫度表(104)，醇水流量表(105)，醇空氣流量表(106)，進料口壓強表 (107 )，出料口壓強表(108 )，氣液分離單元液位表(109 )， CO濃度表(120), 在安裝支架(9)與4錄安裝臺(10)之間加有隔熱材料。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型具有以下優(yōu)點和效果
1 、本實用新型提供了 一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的燃料電池便攜式微型氫源系統(tǒng)。 該系統(tǒng)原料為醇類(曱醇、乙醇或混合醇)，經(jīng)過多個反應(yīng)l給的自熱重整反應(yīng)過 程之后，醇類重整器出來的富氬氣體中CO的濃JL4交高，不能滿足氫源燃料電池 的使用，因此，還必須經(jīng)過提純系統(tǒng)來降低CO的濃度(CO的濃度〈0ppm)，并 將富氫氣體中的副產(chǎn)品C02含量降低，將醇類和水蒸氣分離，4吏產(chǎn)品氣中氫氣純 度達99.9999% ，滿足了氫源燃料電池的使用要求。
2、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，緊湊小巧，無需外界熱源，充分考慮熱量的綜合利 用，有效的利用^^應(yīng)余熱，結(jié)構(gòu)造^介^J:，維護{務(wù)理方{更。


圖1A為本實用新型結(jié)構(gòu)總體背面示意圖 圖1B為本實用新型結(jié)構(gòu)總體前面示意圖 圖2為本實用新型工作原理圖
圖3為本實用新型mit道芯片結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為本實用新型C02吸收單元結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為本實用新型氣液分離單元結(jié)構(gòu)示意圖 圖6為本實用新型堿液再生單元結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
由圖1A至圖6示出，一種燃料電池便攜式微型氬源裝置,主要由預(yù)熱單元1, 蒸發(fā)單元2，重整單元3， CO凈化單元4， C02吸收單元5，氣液分離單元6，堿 液再生單元7，單元連接管路8，安裝支架9和4i(^安裝臺IO組成，其中預(yù)熱 單元l，蒸發(fā)單元2，重整單元3和CO凈化單元4采用相同的由各自不同數(shù)量金 屬薄片反應(yīng)芯片11層疊式組成孩域道結(jié)構(gòu)，其中^芯片11是在金屬J41 12 上設(shè)置樣M道13、入口流體分布通道14、換熱通道15和出口流體收集通道16, 在結(jié)構(gòu)中相鄰兩芯片錯流配置，預(yù)熱單元1為換熱器，蒸發(fā)單元2、重整單元3 和CO凈化單元4均兼作反應(yīng)器和換熱器，其反應(yīng)一側(cè)均涂敷相應(yīng)催化劑，換熱 一側(cè)不需任何處理，每個單元均采用擴散焊密封成為一個單元的整體；C02吸收 單元5為矩形箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯多孔氣體再分布器53，其上還設(shè)制有循環(huán)液出口 51、 產(chǎn)品氣出口52、混合氣入口 54、固定螺栓孔55和堿液入口 56;氣液分離單元6 為矩形箱體結(jié)構(gòu)，其上制有液位傳感器安裝孔61、氣^口 62、氣體出口63、 液體出口 64和固定螺栓孔65;堿液再生單元7為矩形箱體結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置有循 環(huán)^口 71、 C02出口72、堿液出口 73和固定螺栓孔74;預(yù)熱單元l，蒸發(fā)單 元2,重整單元3， CO凈化單元4， C02吸收單元5，氣液分離單元6和堿液再 生單元7均有進料口，出料口，熱循環(huán)入口，熱循環(huán)出口，各出入口通過單元連 接管路8連接；單元連接管路8上安裝微型溫度傳感器81、微型壓力傳感器82、 微型濃度傳感器83和泵(84);以上單元通過螺栓固定在L型安裝支架9上，而 氣液分離單元6放置在安裝支架9與^4安裝臺IO之間，在^4^安裝臺10上設(shè) 置有CO濃度安全閥101，重整單元安全閥102,重整單元溫度表103， CO凈化 單元溫度表104,醇水流量表105,醇空氣流量表106,進料口壓強表107,出料 口壓強表108，氣液分離單元液位表109， CO濃yl表120,在安裝支架9與"束 安裝臺10之間加有隔熱材料。
另知，醇類和水按一定比例混合液由原料入口 Bii/v預(yù)熱單元1,混合液在 微通道芯片上由入口流體分布通道14it7v孩Ht道13，與4昔Wii丈置的^芯片11 的微通道13內(nèi)流動的熱量進行換熱，預(yù)熱后混合液《u^蒸發(fā)單元2，醇類和水的 混合液蒸發(fā)為醇類水蒸氣，流入重整單元3經(jīng)催化劑進行重整反應(yīng)，產(chǎn)生富氫氣 體，富氳氣體中CO含量過高，流入CO凈化單元4經(jīng)催化劑進行水氣變換和優(yōu) 先氧化反應(yīng)，氧氣由氧化劑入口E泵入，副產(chǎn)品主要為C02， C02含量很高的富氬氣由氣^/v口 62 it^氣液分離單元6,分離出來的液體由液體出口 64流出后 回收，分離出來的氣體主要成分為112和C02，由氣體出口 63流出氣液分離單元 6，再經(jīng)連接管路由混合氣體入口 54流入C02吸收單元，C02經(jīng)堿液吸收后得到 純氫氣，由產(chǎn)品氣出口D流出，直M給氬源燃料電池^^J。
本實用新型的熱量來源為氧、醇和水按一定比例混合由燃料入口 Ci^v蒸發(fā) 單元2經(jīng)催化劑發(fā)生放熱反應(yīng)，；改出大量熱，為醇類和水的混合液蒸發(fā)為醇類水 蒸氣^是供熱量，熱流流經(jīng)重整單元3，為醇類水蒸氣重整反應(yīng)提供熱量，最后流 入預(yù)熱單元l,發(fā)生熱量交^^,余熱由廢熱出口A排出。
另夕卜，吸收劑由即時產(chǎn)生堿液的堿液再生單元7的堿液出口 73泵送多誠-;^
口 56流入C02吸收單元5提供；C02吸收單元5中吸收CO2后的產(chǎn)物由循環(huán)液 出口 51泵^ CO凈化單元4，為CO凈化單元4換熱降溫，P爭溫后的流體再經(jīng) 管路依靠重力由循環(huán)液入口 71流回堿液再生單元7進行吸收劑再生，從而實現(xiàn)吸 附和p及附劑再生的循環(huán)l吏用。
權(quán)利要求1、一種燃料電池便攜式微型氫源裝置，主要由預(yù)熱單元(1)，蒸發(fā)單元(2)，重整單元(3)，CO凈化單元(4)，CO2吸收單元(5)，氣液分離單元(6)，堿液再生單元(7)，單元連接管路(8)，安裝支架(9)和儀表安裝臺(10)組成，其特征在于:預(yù)熱單元(1)，蒸發(fā)單元(2)，重整單元(3)和CO凈化單元(4)采用相同的由各自不同數(shù)量金屬薄片反應(yīng)芯片(11)層疊式組成微通道結(jié)構(gòu)，其中反應(yīng)芯片(11)是在金屬基板(12)上設(shè)置微通道(13)、入口流體分布通道(14)、換熱通道(15)和出口流體收集通道(16)，在結(jié)構(gòu)中相鄰兩芯片錯流配置，預(yù)熱單元(1)為換熱器，蒸發(fā)單元(2)、重整單元(3)和CO凈化單元(4)均兼作反應(yīng)器和換熱器，其反應(yīng)一側(cè)均涂敷相應(yīng)催化劑，換熱一側(cè)不需任何處理，每個單元均采用擴散焊密封成為一個單元的整體；CO2吸收單元(5)為矩形箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯多孔氣體再分布器(53)，其上還設(shè)制有循環(huán)液出口(51)、產(chǎn)品氣出口(52)、混合氣入口(54)、固定螺栓孔(55)和堿液入口(56)；氣液分離單元(6)為矩形箱體結(jié)構(gòu)，其上制有液位傳感器安裝孔(61)、氣液入口(62)、氣體出口(63)、液體出口(64)和固定螺栓孔(65)；堿液再生單元(7)為矩形箱體結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置有循環(huán)液入口(71)、CO2出口(72)、堿液出口(73)和固定螺栓孔(74)；單元連接管路(8)上安裝微型溫度傳感器(81)、微型壓力傳感器(82)、微型濃度傳感器(83)和泵(84)；以上單元通過螺栓固定在L型安裝支架(9)上，而氣液分離單元(6)放置在安裝支架(9)與儀表安裝臺(10)之間，在儀表安裝臺(10)上設(shè)置有CO濃度安全閥(101)，重整單元安全閥(102)，重整單元溫度表(103)，CO凈化單元溫度表(104)，醇水流量表(105)，醇空氣流量表(106)，進料口壓強表(107)，出料口壓強表(108)，氣液分離單元液位表(109)，CO濃度表(120)，在安裝支架(9)與儀表安裝臺(10)之間加有隔熱材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池便攜式微型氫源裝置，其特征在于預(yù)熱單 元(1 )，蒸發(fā)單元(2 )，重整單元(3 ), CO凈化單元(4 )， C02吸收單元(5 ), 氣液分離單元(6)和堿液再生單元(7)均有進料口，出料口，熱循環(huán)入口， 熱循環(huán)、出口，各出入口通過單元連接管路(8)連接。
專利摘要一種燃料電池便攜式微型氫源裝置，主要由預(yù)熱單元(1)，蒸發(fā)單元(2)，重整單元(3)，CO凈化單元(4)，CO₂吸收單元(5)，氣液分離單元(6)，堿液再生單元(7)，單元連接管路(8)，安裝支架(9)和儀表安裝臺(10)組成，其中主要的工作單元采用相同的，由各自不同數(shù)量金屬薄片反應(yīng)芯片層疊式組成微通道結(jié)構(gòu)，其中在結(jié)構(gòu)中相鄰兩芯片錯流配置，每個單元均采用擴散焊密封成為一個單元的整體，以上工作單元通過單元連接管路(8)進行連接，并固定在安裝支架(9)上，且安裝有儀表安裝臺(10)，其上設(shè)置了相關(guān)的安全閥和所需的儀表。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，緊湊小巧，造價低廉，便于維護。
文檔編號H01M8/06GK201207411SQ20082007947
公開日2009年3月11日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者丁福臣, 濤 呂, 新 徐, 朱家雷, 峰 李, 蔣力培, 杰 趙 申請人:北京石油化工學(xué)院