[发明专利]一种氢气净化装置及包含其的氢氧燃料电池系统

说明书

本发明提供了一种氢气净化装置及包含其的氢氧燃料电池系统。该氢气净化装置设置第一回流单元，能起到初步过滤水雾并回流冷凝液的目的；接着，与第一回流单元连通设置至少一级散热单元，氢气经第一回流单元进入散热单元中，通过散热单元使氢气快速散热，随着氢气温度的迅速降低，氢气中的气雾迅速冷凝，极大地减少了氢气中水和盐碱等杂质的含量；再者，与散热单元连通设置过滤干燥单元，从散热单元出来的氢气进入过滤干燥单元中，通过过滤干燥单元去除氢气中的水蒸气、SO₂等杂质，最终通过第一回流单元、散热单元和过滤干燥单元使整个氢气净化装置的冷凝效率高和净化效果好，经测试，氢气纯度可以达到99.9999％。

技术领域

本发明属于氢氧燃料电池技术领域，具体涉及一种氢气净化装置及包含其的氢氧燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，并作为负极，用空气中的氧作为正极。其中常见的一种便是质子交换膜燃料电池(PEMFC)，其能量密度和能量转换效率高、清洁无污染，而且工作温度低、启动快。其以氢气作为燃料，并使用高压氢气瓶等作为氢气源。

目前，氢气的制备方法众多，可以通过化学方法对化合物进行重整、分解来制氢，也可以通过电解水、微生物等方式来制氢，但是这些制备方法不能满足产氢量大、纯净、装置体积小的要求。而金属氢化物在储氢量上具有其他材料难以比拟的优势，通过简单的水解反应就能大量产氢， NaBH₄、LiBH₄、LiH等都可常温下与水迅速反应，而且反应生成的氢气不仅来源于金属氢化物本身，而是包含了水中的氢。

虽然，金属氢化物能满足产氢量大的需求，但是，在实际反应中，由于较快的反应速度和较大的热效应，氢气从溶液中逸出过程中会携带大量的水蒸气和溶液的雾状液滴，例如约有5％～10％的溶液在反应过程中会被氢气携带出去。若直接将其用于氢氧燃料电池，如质子交换膜燃料电池，其中的含有的Na⁺、OH^－、BH_4－及B(OH)_4－等碱性离子杂质会严重影响氢氧燃料电池的性能及寿命。

因此，在使用氢气之前，需要对其进行净化处理，目前，氢气净化一般采用干燥、吸附或者设置氢气净化阀的方式来净化氢气，如中国专利文献CN 102668211A就是采用氢气净化阀来处理，但是面对含有大量的Na⁺、 OH^－、BH_4－及B(OH)_4－等碱性离子杂质的氢气时，其净化效果并不理想。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的氢气净化不彻底，进而影响氢氧燃料电池的性能及寿命的缺陷，从而提供一种氢气净化装置及包含其的氢氧燃料电池系统。

本发明所提供的氢气净化装置，包括，

第一回流单元，以过滤水雾并回流冷凝液；

至少一级散热单元，与所述第一回流单元连通，以使氢气经所述第一回流单元进入所述散热单元中；

过滤干燥单元，与所述散热单元连通，以使从所述散热单元出来的氢气进入所述过滤干燥单元中。

进一步地，还包括第二回流单元，设置于所述散热单元与所述过滤干燥单元之间，以防止冷凝液进入所述过滤干燥单元中。

进一步地，所述第一回流单元包括第一壳体、靠近所述第一壳体底部设置其上的进气口及靠近所述第一壳体顶部设置其上的出气口；

导流层，靠近所述进气口设置于所述第一壳体内，以防止冷凝液被氢气冲出所述第一壳体，并引导冷凝液回流。

进一步地，所述导流层为泡沫镍层；

沿氢气流动方向上，所述导流层的厚度与所述第一壳体的厚度之比为 (1-3)：10。