CN113044810B - 一种家用应急电源的制氢装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种家用应急电源的制氢装置，包括有原料供应单元主机、甲醇‑水原料容器、双燃烧单元、气化室、反应腔、纯化室、吸附室、燃烧电池单元、逆变输出单元、供电控制单元、人机接口单元和家庭供电回路，所述原料供应单元主机底板顶部的左右两侧均开设有滑槽，所述甲醇‑水原料容器底部的左右两侧均设置有滚轮。本发明涉及家用应急电源技术领域。该家用应急电源的制氢装置，可以利用容器罐装的甲醇‑水混合液体为原料，经过气化、重整催化反应、纯化、吸附等过程，生成高纯度氢气，再输入燃料电池单元，产生的电能经过逆变后，输入家庭供电回路，安全环保，经济实用，适合作为城镇家用应急电源。

Description

一种家用应急电源的制氢装置
技术领域
本发明涉及家用应急电源技术领域，具体为一种家用应急电源的制氢装置。
背景技术
家用应急电源可以在由于台风、地震、霜冻、大面积电网故障等自然灾害和事故造成市电供应较长时间中断的情况下，为家庭日常生活—特别是照明、电热取暖、空调降温等基本生活—提供备用供电。
传统的家用应急电源需要采用汽油、柴油等传统燃料发动机、污染和噪声都比较大，难以在居民楼、小区等城镇生活区域安装，也有的现有技术采用充放电结构的蓄电池作为家庭应急电源，但是蓄电池储能容量有限，且老化后性能恶化比较明显，回收更新又会造成环境风险。
氢燃料电池可以利用高纯度氢气与氧气(空气)发生燃料电池化学反应而产生电能，实现无污染、无噪声发电，适合作为城镇家用应急电源。
由于氢气易燃易爆不能直接储存，基于氢燃料电池的家用应急电源需要装配制氢装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种家用应急电源的制氢装置，解上述技术问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种家用应急电源的制氢装置，包括有原料供应单元主机、甲醇-水原料容器、双燃烧单元、气化室、反应腔、纯化室、吸附室、燃烧电池单元、逆变输出单元、供电控制单元、人机接口单元和家庭供电回路，所述原料供应单元主机底板顶部的左右两侧均开设有滑槽，所述甲醇-水原料容器底部的左右两侧均设置有滚轮，所述滚轮滚动在滑槽的内部，所述甲醇-水原料容器顶部的左右两侧均固定安装有出管口，所述原料供应单元主机顶板底部的左右两侧均转动连接有升降套管，所述升降套管的内部螺纹连接有连接管，所述连接管的下端贯穿出管口延伸至甲醇-水原料容器的内部，所述升降套管的外表面固定套接有蜗杆，所述原料供应单元主机顶板的底部固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴固定连接有蜗轮，所述蜗轮与蜗杆相啮合，所述原料供应单元主机的顶部固定安装有保护气体储罐。
作为本发明的一种优选技术方案：所述原料供应单元主机竖板的正面左右两侧均固定连接有连接板，所述连接板正面的一端固定连接有卡块，所述甲醇-水原料容器外表面的左右两侧均固定连接有卡扣，所述卡块卡接在卡扣的内部，所述卡扣和卡块的顶部表面均开设有限位孔，所述卡扣的顶部固定连接有L形件，所述L形件的底部固定连接有电动插销。
作为本发明的一种优选技术方案：所述电动插销包括有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的底端固定连接有插销，所述限位孔的内部插接有插销。
作为本发明的一种优选技术方案：所述原料供应单元主机的右侧通过连通管与气化室的顶部相连通。
作为本发明的一种优选技术方案：所述反应腔分别与双燃烧单元、气化室、保护气体储罐和纯化室相连通，所述纯化室与吸附室相连通，所述吸附室与燃烧电池单元相连通。
作为本发明的一种优选技术方案：所述燃烧电池单元与逆变输出单元连接，所述供电控制单元与逆变输出单元连接，所述甲醇-水原料容器与人机接口单元连接，所述人机接口单元与供电控制单元连接，所述供电控制单元与逆变输出单元连接，所述逆变输出单元与家庭供电回路连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述甲醇-水原料容器内盛放液态甲醇-水原料，所述原料供应单元主机内置输液泵，将甲醇-水原料容器内部的液态甲醇-水原料抽入气化室。
作为本发明的一种优选技术方案：所述保护气体储罐内盛放惰性气体氮气作为保护气，所述反应腔内填充有催化剂。
作为本发明的一种优选技术方案：所述双燃烧单元内部安装有打火器，所述双燃烧单元正面的一侧设置有通气窗口。
作为本发明的一种优选技术方案：所述双燃烧单元通过燃气管道连接到燃气，所述燃气管道上设置有燃气阀。
本发明提供了一种家用应急电源的制氢装置。具备以下有益效果：
(1)该家用应急电源的制氢装置，可以利用容器罐装的甲醇-水混合液体为原料，经过气化、重整催化反应、纯化、吸附等过程，生成高纯度氢气，再输入燃料电池单元，产生的电能经过逆变后，输入家庭供电回路，安全环保，经济实用，适合作为城镇家用应急电源。
(2)该家用应急电源的制氢装置，甲醇-水原料容器可拆卸、可更换地安装在原料供应单元主机上，甲醇-水原料容器原料容器的底部设有滚轮，滚轮滚动在原料供应单元主机底板顶部开设的滑槽内部，以方便移动该容器，甲醇-水原料容器外表面的左右两侧设有卡扣，当需要安装甲醇-水原料容器时，原料供应单元主机通过卡块插入卡扣，并通过电动伸缩杆将插销插入限位孔内，实现对甲醇-水原料容器的固定，当甲醇-水原料容器内部的甲醇-水原料用完时，则反向启动驱动电机，带动连接管升起，使得连接管与出管口分离，再通过电动伸缩杆将插销退出限位孔，拉出甲醇-水原料容器以便更换。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明连接管的结构示意图；
图3为本发明卡扣的结构示意图；
图4为本发明图1中A处的局部放大图；
图5为本发明的系统原理框图；
图6为本发明中电动插销的结构示意图。
图中，1-原料供应单元主机、2-甲醇-水原料容器、3-双燃烧单元、4-气化室、5-反应腔、6-纯化室、7-吸附室、8-燃烧电池单元、9-逆变输出单元、10-供电控制单元、11-人机接口单元、12-家庭供电回路、13-滑槽、14-滚轮、15-出管口、16-升降套管、17-保护气体储罐、18-连接板、19-卡块、20-卡扣、21-连接管、22-蜗杆、23-驱动电机、24-蜗轮、25-限位孔、26-电动插销、27-通气窗口、28-燃气管道、29-燃气阀、30-L形件、31-电动伸缩杆、32-插销。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明实施例提供一种技术方案：一种家用应急电源的制氢装置，包括有原料供应单元主机1、甲醇-水原料容器2、双燃烧单元3、气化室4、反应腔5、纯化室6、吸附室7、燃烧电池单元8、逆变输出单元9、供电控制单元10、人机接口单元11和家庭供电回路12，原料供应单元主机1底板顶部的左右两侧均开设有滑槽13，甲醇-水原料容器2底部的左右两侧均设置有滚轮14，以方便移动甲醇-水原料容器2，滚轮14滚动在滑槽13的内部，甲醇-水原料容器2顶部的左右两侧均固定安装有出管口15，原料供应单元主机1顶板底部的左右两侧均转动连接有升降套管16，升降套管16的内部螺纹连接有连接管21，连接管21的下端贯穿出管口15延伸至甲醇-水原料容器2的内部，升降套管16的外表面固定套接有蜗杆22，原料供应单元主机1顶板的底部固定安装有驱动电机23，驱动电机23的输出轴固定连接有蜗轮24，蜗轮24与蜗杆22相啮合，原料供应单元主机1的顶部固定安装有保护气体储罐17。
其中，原料供应单元主机1竖板的正面左右两侧均固定连接有连接板18，连接板18正面的一端固定连接有卡块19，甲醇-水原料容器2外表面的左右两侧均固定连接有卡扣20，卡块19卡接在卡扣20的内部，卡扣20和卡块19的顶部表面均开设有限位孔25，卡扣20的顶部固定连接有L形件30，L形件30的底部固定连接有电动插销26。
其中，电动插销26包括有电动伸缩杆31，电动伸缩杆31的底端固定连接有插销32，限位孔25的内部插接有插销32，当需要对甲醇-水原料容器2安装时，原料供应单元主机1通过卡块19插入卡扣20，并通过电动伸缩杆31将插销32插入限位孔25内，实现对甲醇-水原料容器2的固定。
其中，原料供应单元主机1的右侧通过连通管与气化室4的顶部相连通。
其中，反应腔5分别与双燃烧单元3、气化室4、保护气体储罐17和纯化室6相连通，纯化室6与吸附室7相连通，吸附室7与燃烧电池单元8相连通。
其中，燃烧电池单元8与逆变输出单元9连接，供电控制单元10与逆变输出单元9连接，甲醇-水原料容器2与人机接口单元11连接，人机接口单元11与供电控制单元10连接，供电控制单元10与逆变输出单元9连接，逆变输出单元9与家庭供电回路12连接。
其中，甲醇-水原料容器2内盛放液态甲醇-水原料，该甲醇-水原料容器2可拆卸、可更换地安装在原料供应单元主机1上，原料供应单元主机1内置输液泵，将甲醇-水原料容器2内部的液态甲醇-水原料抽入气化室4。
其中，保护气体储罐17内盛放惰性气体氮气作为保护气，反应腔5内填充有催化剂。
其中，双燃烧单元3内部安装有打火器，双燃烧单元3正面的一侧设置有通气窗口27。
其中，双燃烧单元3通过燃气管道28连接到燃气，燃气管道28上设置有燃气阀29。
具体的，本发明使用时，将甲醇-水原料容器2通过滚轮14和滑槽13之间的配合安装在原料供应单元主机1上，使卡扣21卡在卡块19的外表面，再启动电动伸缩杆31，将插销32插入限位孔25内，实现卡扣21和卡块19之间的固定，实现对甲醇-水原料容器2的固定，再通过驱动电机23的作用带动蜗轮24转动，配合蜗杆22带动升降套管16转动，再配合升降套管16与连接管21之间的螺纹连接带动连接管21向下移动，实现连接管21与出管口15之间的连通，原料供应单元主机1通过内置的输液泵将甲醇-水原料容器2内部的液态甲醇-水原料抽入气化室4，当甲醇-水原料容器2内部的甲醇-水原料用完时，则反向启动驱动电机23，带动连接管21升起，使得连接管21与出管口15分离，再启动电动伸缩杆31，使插销32退出限位孔25，拉出甲醇-水原料容器2以便更换；
气化室4通过加热使得液态的甲醇-水原料气化为甲醇-水蒸气混合气体，然后将混合气体输送到反应腔5，甲醇-水混合气体在反应腔5内部在催化剂的作用下，发生重整反应生成氢气，反应腔5填装Pt/Al2O3、Cu/Zn/Al2O3等催化剂，在催化剂的作用下甲醇-水蒸气混合气体发生重整催化反应生成包含氢气、二氧化碳气体以及一小部分反应未完全的甲醇-水蒸气的气体初产物；
气化室4通过双燃烧单元3获得供热，以便加热气化液态的甲醇-水原料，双燃烧单元3是一个腔体，并且连通家庭的燃气分支管路，并且通过通气窗口27进入空气，点火后燃烧，通过燃气燃烧为气化室4内的气化提供最初的热量，以便最初气化的甲醇-水原料可以进入反应腔5，启动重整催化反应，发生重整催化反应的温度条件是在240-270摄氏度左右，为了达到和维持该反应温度，最初也是利用双燃烧单元3的燃气燃烧，达到上述温度条件，从而可以启动重整催化反应；
待重整催化反应启动后，反应腔5会输出制得的氢气，其中一部分氢气被输入到双燃烧单元3，与空气燃烧释放热量，该热量传导到气化室4，用于后续的甲醇-水原料气化，以及给反应腔5维持重整催化反应的温度，这时可以关闭燃气管道，通过氢气燃烧实现完全自热供给；
从保护气体储罐17到反应腔5，连接保护气体输送线路，其用于在家庭应急电源启动过程中，向重整催化反应室输入氮气作为保护气体，直至重整催化反应室的温度达到预定温度，再关断保护气体；
反应腔5输出的气体初产物，除了一部分输送给双燃烧单元3，其余的气体初产物都被输送到纯化室6，在纯化室6中气体初产物经过冷凝，排除其中的甲醇和水，然后进入到吸附室7，吸附其中的二氧化碳以及极少的一氧化碳，从而得到高纯度且干燥的氢气；
高纯度的氢气被导入燃料电池单元8的负极，且空气被从外部输入至燃烧电池单元8的正极，通过燃烧电池单元8内部的电化学反应产生电能，燃烧电池单元8可以采用质子交换膜形式的燃料电池，燃烧电池单元8输出的供电为直流电，为了满足为家庭中的各种连接市电的用电器应急供电的需求，由逆变输出单元9将直流电转换为与市电相同的交流电，逆变输出单元9可以连接到家庭供电回路12的总路输入上面；
家庭供电回路12一般包括照明回路、空调回路、电加热回路以及电视、电脑等家用电器的供电回路等，逆变输出单元9可以对各个回路分路进行供电，且供电控制单元10可以测量各个回路的用电量，通过人机接口单元11将各个回路的用电量发送给用户进行确认，以及控制对每一个回路供电的切断和导通，从而，本发明的家庭应急电源能够对家庭各方面的应急供电进行调控，切断单独某一个或者某几个回路的供电，例如：可以只对照明回路进行供电，而切断对空调、电加热以及家用电器回路的供电；更具体来说，供电控制单元10可以根据用户的指令而切断某一个回路的供电；或者，该供电控制单元10可以切断用电量超过阈值的某一个回路的供电；又或者，该供电控制单元10可以根据各个供电回路的排序以及甲醇-水原料容器内的剩余可用量，依次切断各个回路的供电，例如：可以在剩余可用量低于80％时切断家用电器回路的供电，在剩余可用量低于60％时切断空调回路和电加热回路的供电，在剩余可用量低于40％时切断照明回路的供电；
人机接口单元11可以通过各种通信技术，与用户的手机、电脑等建立通信连接，从而向用户报告家庭应急电源的工作状态，包括但不限于：甲醇-水原料的剩余可用量、逆变输出单元9的总输电量等，其中，甲醇-水原料容器内部可以设置液位传感器，液位传感器通过液位测量获得甲醇-水原料的剩余可用量数据；液位传感器一方面连接供电控制单元10，作为对供电回路进行控制的依据，另一方面也连接人机接口单元11，从而向用户报告甲醇-水原料的剩余可用量，提示用户及时更换新的甲醇-水原料容器。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：包括有原料供应单元主机(1)、甲醇-水原料容器(2)、双燃烧单元(3)、气化室(4)、反应腔(5)、纯化室(6)、吸附室(7)、燃烧电池单元(8)、逆变输出单元(9)、供电控制单元(10)、人机接口单元(11)和家庭供电回路(12)，所述原料供应单元主机(1)底板顶部的左右两侧均开设有滑槽(13)，所述甲醇-水原料容器(2)底部的左右两侧均设置有滚轮(14)，所述滚轮(14)滚动在滑槽(13)的内部，所述甲醇-水原料容器(2)顶部的左右两侧均固定安装有出管口(15)，所述原料供应单元主机(1)顶板底部的左右两侧均转动连接有升降套管(16)，所述升降套管(16)的内部螺纹连接有连接管(21)，所述连接管(21)的下端贯穿出管口(15)延伸至甲醇-水原料容器(2)的内部，所述升降套管(16)的外表面固定套接有蜗杆(22)，所述原料供应单元主机(1)顶板的底部固定安装有驱动电机(23)，所述驱动电机(23)的输出轴固定连接有蜗轮(24)，所述蜗轮(24)与蜗杆(22)相啮合，所述原料供应单元主机(1)的顶部固定安装有保护气体储罐(17)。
2.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述原料供应单元主机(1)竖板的正面左右两侧均固定连接有连接板(18)，所述连接板(18)正面的一端固定连接有卡块(19)，所述甲醇-水原料容器(2)外表面的左右两侧均固定连接有卡扣(20)，所述卡块(19)卡接在卡扣(20)的内部，所述卡扣(20)和卡块(19)的顶部表面均开设有限位孔(25)，所述卡扣(20)的顶部固定连接有L形件(30)，所述L形件(30)的底部固定连接有电动插销(26)。
3.根据权利要求2所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述电动插销(26)包括有电动伸缩杆(31)，所述电动伸缩杆(31)的底端固定连接有插销(32)，所述限位孔(25)的内部插接有插销(32)。
4.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述原料供应单元主机(1)的右侧通过连通管与气化室(4)的顶部相连通。
5.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述反应腔(5)分别与双燃烧单元(3)、气化室(4)、保护气体储罐(17)和纯化室(6)相连通，所述纯化室(6)与吸附室(7)相连通，所述吸附室(7)与燃烧电池单元(8)相连通。
6.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述燃烧电池单元(8)与逆变输出单元(9)连接，所述供电控制单元(10)与逆变输出单元(9)连接，所述甲醇-水原料容器(2)与人机接口单元(11)连接，所述人机接口单元(11)与供电控制单元(10)连接，所述供电控制单元(10)与逆变输出单元(9)连接，所述逆变输出单元(9)与家庭供电回路(12)连接。
7.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述甲醇-水原料容器(2)内盛放液态甲醇-水原料，所述原料供应单元主机(1)内置输液泵，将甲醇-水原料容器(2)内部的液态甲醇-水原料抽入气化室(4)。
8.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述保护气体储罐(17)内盛放惰性气体氮气作为保护气，所述反应腔(5)内填充有催化剂。
9.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述双燃烧单元(3)内部安装有打火器，所述双燃烧单元(3)正面的一侧设置有通气窗口(27)。
10.根据权利要求1所述的一种家用应急电源的制氢装置，其特征在于：所述双燃烧单元(3)通过燃气管道(28)连接到燃气，所述燃气管道(28)上设置有燃气阀(29)。
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