燃料电池系统的重整装置制造方法及图纸

一种燃料电池系统，该系统包括燃料电池堆、用于将要被送过催化重整装置用于形成游离氢部分的甲醇和水的混合物蒸发的蒸发器。所述燃料电池堆是由许多质子交换膜燃料电池构成的，每个质子交换膜燃料电池具有阳极和阴极形式的用于传送电流的电极。该系统提供了用于燃料电池系统的增强的催化重整装置，其能够实现一种紧凑的重整装置设计，用于结合到平的可安装支架的系统中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及通过燃料电池产生电能的领域。更具体地，其涉及一种燃料电池系统，该系统包括燃料电池堆、用于将要被送过催化重整装置以便形成游离氢部分的甲醇和水的混合物蒸发的蒸发器，所述燃料电池堆是由许多质子交换膜燃料电池构成的，每个质子交换膜燃料电池具有呈阳极和阴极形式的用于传送电流的电极，游离氢和阳极接触形成离子形式的反应与电极之间的电流流量成比例。
技术介绍
在电化学中，燃料电池将原始燃料转化成电能和热量，并且只要持续提供原始燃料将持续产生。燃料电池的基本转化技术被熟知已经至少一个世纪，但是最新的改进和对燃料节省和环保技术的需求已经使其重获新生。此外，燃料电池技术对于在移动的或偏远的平台上供电和对于备份方案是有利的。简要的解释来说，使用质子交换膜技术，燃料电池需要提供氢气以使其沿着形成阳极的第一电极通过，并且提供氧气(一般直接用外界空气)以使其沿着形成阴极的第二电极通过。离子导电层(一般是包括铂和磷酸的聚合物薄膜)设置在这些电极之间。提供氢气和氧气，在电极之间产生电压，并且电流将能够在这些电极之间流动并对相连的耗电体供电。与电流的牵拉(draw)对应地，许多氢气和氧气分子将反应，随后当在排气装置中结合时，氢离子和氧将形成作为最终产品的水。此外，该系统会产生热量。因为必要的氧气供应是通过获取包含氧气的足够量的外界空气来实现的，所以利用燃料电池的总需求是要形成稳定且足够的氢气供应。供应氢气可以由小的或大的压力缸实现，但是氢气的分配和存放是关键的，因为氢气是高度易爆气体。增压氢气是相当耗能的，甚至增压形式的氢气也占据相对多的空间。一个更好的解决方案是通过将更稳定形式的燃料转化成包含大量氢气的合成气体(下文中称作合成气)来就地直接产生氢气。注意到使用甲醇来产生包含氢气的合成气的工艺在其开始分配时是显然有利的。该技术描述了高低温燃料电池堆，其中120摄氏度的温度是通常理解的技术之间的分界温度。更具体地，低温系统通常工作在大约70摄氏度的温度区域内，高温系统通常工作在大约160摄氏度的温度区域内。然而，对于这两种技术，应用这种工艺需要用于处理燃料和供应包含游离氢的合成气的重整装置。被处理的燃料是甲醇水溶液，下文中称作液体燃料。在第一阶段中，加热器使液体燃料蒸发并将气体运送到所述重整装置。所述重整装置包括含有铜的催化剂，其除了加热之外，还将液体燃料转化成主要由氢气组成的合成气，该合成气具有相对大的二氧化碳含量和少量的水雾和一氧化碳。该合成气可以直接用作用于向燃料电池供应燃料的燃料源。对于重整装置的有效操作，现有技术建议重整装置要布置为竖立的本体，使得进入的气体在不与重整装置催化剂相互作用并且被重整成所需的合成气的情况下不能溢出。不过这种设计方法在想要建立更紧凑的燃料电池系统并且优选设计为具有明显优点的可更换支架单元时存在挑战。因此，需要一种改进的重整装置设计以便于获得更紧凑的设计。还需要一种改进的重整装置设计，其以更可靠的方式确保由蒸发器传送的全部量的供应气体混合物被重整成合成气。
技术实现思路
本专利技术的总体目的是提供一种燃料电池系统，其具有更紧凑的重整装置设计，其还提供了更好的方式来确保将全部量的供应气体混合物重整成合成气。研究显示，在现有重整装置的竖立设计中，气体会以最低的阻力在通道中流动。这一般是沿着重整装置本体的竖向壁。催化剂(为添加有铜的碳丸)将易于在该本体中聚集成团，这甚至会将气体流引导到竖向壁处的通道并降低重整装置的效果。催化剂的体积将进一步取决于催化剂的温度和氧化水平。因此，甚至在重整装置中催化剂的体积达到顶点将不会确保重整装置填充催化剂到最佳实现将液体燃料重整成合成气的工艺水平。根据本专利技术，本专利技术的目的是通过在燃料电池系统中添加正如在权利要求1中限定的重整装置的技术特征来达到的。更具体地，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、填充有催化剂的催化重整装置、蒸发器，所述催化重整装置具有用于接收气体流的入口和用于将合成气传送到燃料电池堆的出口，所述蒸发器用于将要被送过所述催化重整装置以便产生游离氢的部分的甲醇和水的混合物蒸发，所述燃料电池堆由许多质子交换膜燃料电池构成，每个质子交换膜燃料电池具有阳极和阴极形式的用于传送电流的电极，游离氢和阳极接触形成离子形式的反应与电极之间的电流流量成比例，其中所述重整装置包括用于包含催化剂的至少两个腔室，每个腔室具有用于接收气体流的入口和用于使气体流通向后续腔室或者通向该重整装置的出口的出口。在一个实施方式中，通过插入壁从而将所述本体分成腔室来提供这些腔室。这样具有引导气体通过重整装置并确保气体流与催化剂接触并将其重整成合成气的效果。通过重整装置的路径做的较长以避免气体找到通过该重整装置的捷径。在一个实施方式中，在所述腔室之间在所述壁中设置至少一个开口以用作气体流动路径。该壁将会引导气体流，所述开口会确保气体流沿着通过该系统的旨在路径流动。因为开口可以设置在重整装置分隔壁的顶部和底部中，所以可以在重整装置内上或下行进方向引导气流，从而占用更少的空间，确保气体足以与重整装置催化剂接触并被重整成合成气。在又一个实施方式中，通过限制重整装置模块内的壁的长度来设置这些开口。更具体地，用于分隔的这些壁自所述本体的顶部向下突伸布置或者自所述整体的底部向上突伸布置。为了延长气体流通过重整装置模块的路径，用于提供重整装置腔室的这些壁的形状使得形成上下的Z字形路径。获得的效果是为通过该系统的气流提供了延长的路径以及与催化剂更好的接触。达到的进一步的效果是引导气流远离所述壁并进入催化剂材料的中间，从而提供与催化剂更好的接触。总体的结果是更好地将燃料重整成合成气。此外，在一个实施方式中，将气流分成两个或更多个平行路径的分隔壁插入该路径中并改善了气体与催化剂的接触和富含氢气的合成气的形成。分隔壁还用作加热元件。在另一个实施方式中，这些壁成形为使得所述通道笔直竖向的。这具有为气流提供长路径的效果。所述通道的竖向取向将进一步有助于气流沿着通到催化剂材料中间的路径流动。在另一个实施方式中，这些壁成形为使得所述通道不是笔直竖向的。应该理解的是，所述通道的延长将需要所述重整装置的笔直竖向部段通过非笔直竖向取向的输送部段相互连接。此外，所述通道的非笔直竖向取向部段的效果将引导气流进入催化剂材料的中间。在一个实施方式中，这些壁成形为使得所述通道的各部段是笔直竖向的，可选地具有非笔直竖向部段。应该理解的是该实施方式将用于引导气流到达通道的中间以便于使气流与催化剂接触并将更大量的蒸发气体重整成合成气。在一个实施方式中，这些壁成形为使得所述通道沿着远离直的水平或竖向方向倾斜的路径。因此，该路径将气流引向该通道的中间，气体将会更多地与催化剂接触。此外，这些壁可以形成直线或者它们可以弯曲或几何地成形。更明确地，所述通道的可以被意识到的实施方式在于这些壁成形为气流被重新引向腔室或者所述通道的中间以确保气流尽可能多地与催化剂接触。在另一个实施方式中，这些壁包括用于使气流从重整装置本体的入口到出口的行程最大化的突伸壁。突伸壁的应用将避免构造分路，确保气流将会与催化剂接触，并增强将燃料重整成合成气的过程。在另一个实施方式中，这些壁包括突出部形式的突伸元件，其用于重新引导气流远离腔室的壁。因为气流被引导远离这些壁并被引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：‑燃料电池堆；‑填充有催化剂的催化重整装置，所述催化重整装置具有用于接收气流的入口和用于将合成气传送到所述燃料电池堆的出口；‑蒸发器，所述蒸发器用于将要被输送通过催化重整装置以便产生游离氢的部分的甲醇和水的混合物蒸发；‑所述燃料电池堆是由多个质子交换膜燃料电池构成的，每个质子交换膜燃料电池具有呈阳极和阴极形式的用于传送电流的电极，游离氢和阳极接触形成离子形式的反应与电极之间的电流流量成比例；其特征在于：所述重整装置包括用于容纳所述催化剂的至少两个腔室，每个腔室具有用于接收气流的入口和用于使气流通向后续腔室或所述重整装置的出口的出口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.16 DK PA2014003921.一种燃料电池系统，包括：-燃料电池堆；-填充有催化剂的催化重整装置，所述催化重整装置具有用于接收气流的入口和用于将合成气传送到所述燃料电池堆的出口；-蒸发器，所述蒸发器用于将要被输送通过催化重整装置以便产生游离氢的部分的甲醇和水的混合物蒸发；-所述燃料电池堆是由多个质子交换膜燃料电池构成的，每个质子交换膜燃料电池具有呈阳极和阴极形式的用于传送电流的电极，游离氢和阳极接触形成离子形式的反应与电极之间的电流流量成比例；其特征在于：所述重整装置包括用于容纳所述催化剂的至少两个腔室，每个腔室具有用于接收气流的入口和用于使气流通向后续腔室或所述重整装置的出口的出口。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，这些腔室通过将壁插入而将本体分成腔室来提供。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在这些腔室之间在所述壁中设有至少一个开口，以用作用于气流的路径。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，用于分隔的这些壁布置成从所述本体的顶部向下突伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·科尔斯戈德，M·邦，
申请(专利权)人：喜能源私人有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK