CN212559456U - 一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，属于重整制氢技术领域，包括燃料箱、燃料泵、制氢机主机、排烟器，制氢机主机包括换热器、汽化器、重整反应器、提纯器和燃烧室，排烟器包括排烟管、温差发电片、甲醇水夹套，甲醇水夹套套设在排烟管上，温差发电片设置在排烟管与甲醇水夹套之间，燃料箱连接燃料泵入口，燃料泵出口连接甲醇水夹套入口，甲醇水夹套出口连接制氢机主机燃料入口，连通至换热器冷流体入口，换热器冷流体出口依次连接汽化器、重整反应器及提纯器，提纯器氢气出口连接换热器热流体入口，换热器热流体出口连接制氢机主机出氢口，燃烧室与排烟器的排烟管连接，利用温差发电技术，实现制氢机的电力自供给。

Description

一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机

技术领域

本实用新型涉及重整制氢技术领域，特别涉及一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机。

背景技术

氢能是一种清洁、高效的二次能源，可与电能形成互补，在未来智慧能源体系中将是连接可再生能源和传统能源的纽带。制氢与燃料电池是实现氢能与电能相互转换的关键技术，是实现能源产业发展的关键环节，在交通、分布式发电、石油化工医药等领域有广泛的应用前景，预计到2050年，全球氢能市场规模约8.25万亿人民币，全球20％的CO₂减排要靠氢气来完成，终端能源的18％由氢能承担。

目前，世界主要发达国家都对制氢和燃料电池研发给予了很大重视。美国、欧洲、日本等国家和地区都颁布了氢能相关的能源政策，美国发布了《全方位的能源战略》，氢能和燃料电池位列其中。欧盟制订了《2020气候和能源一揽子计划》、《2030气候和能源框架》、《2050低碳经济》将氢能和燃料电池作为影响未来能源系统变革的技术。而日本政府提出“日本将成为全球第一个实现氢能社会的国家”，制定了日本《氢能/燃料电池战略发展路线图》，在《日本复兴战略》《能源战略计划》中布局氢能。日本通过进口最清洁的氢能源，进一步实现能源的清洁化，时也可以将可再生能源转化为氢能，实现可再生能源的高效利用。与此同时，电能和氢能作为清洁的二次能源，能够形成互补满足二次能源的供应，可构建以氢和电为主的一种清洁能源供给系统。

甲醇水重整制氢工艺相较于煤制氢和天然气制氢有着反应温度低，原料易存储，易实现小型化等优点。小型甲醇水制氢机作为分布式能源的氢源有着广泛的应用前景。甲醇水重整制氢属于强吸热反应，供能通常采用燃烧驰放气，所以小型制氢机的运行功耗较小，仅需维持泵、风机、电路板和其他电控元器件的电力支持即可，只要有少量的电力支持，制氢机即可持续工作。若制氢机能够实现发电供能维持自身的运转，可脱离电源线的束缚，使制氢机有着更广泛的应用领域。同时制氢机的烟气为燃烧后的驰放气，仍有400℃以上的高温，不处理容易使周围环境温度上升。

实用新型内容

本实用新型提供一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，克服制氢机需要外部电力维持运行的缺陷，避免高温烟气排放影响周围环境。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，包括机柜、燃料箱、燃料泵、制氢机主机、控制箱、 DC-DC变换器、蓄电池、排烟器；所述机柜包括上舱、中舱、下舱，所述燃料箱及燃料泵设置在下舱中，所述制氢机主机设置在中舱中，所述控制箱、DC-DC变换器、蓄电池设置在下舱中，所述排烟器设置在机柜背面的外侧，所述控制箱分别与蓄电池、制氢机主机电性连接；所述制氢机主机包括换热器、汽化器、重整反应器、提纯器和燃烧室；所述排烟器包括排烟管、温差发电片、甲醇水夹套，所述甲醇水夹套套设在排烟管上，所述温差发电片设置在排烟管与甲醇水夹套之间；所述燃料箱连接燃料泵入口，所述燃料泵出口连接甲醇水夹套入口，甲醇水夹套出口连接制氢机主机燃料入口，并且连通至换热器冷流体入口，所述换热器冷流体出口依次连接汽化器、重整反应器及提纯器，所述提纯器氢气出口连接换热器热流体入口，所述换热器热流体出口连接制氢机主机出氢口，所述提纯器的驰放气出口连接至燃烧室，所述燃烧室与排烟器的排烟管连接，所述温差发电片设置在排烟器内部，并且依次连接DC-DC变换器、蓄电池、控制箱、制氢机主机。

作为优选，所述排烟器还包括第一导热材料、第二导热材料，所述第一导热材料设置在排烟管与温差发电片之间，所述第二导热材料设置在温差发电片于甲醇水夹套之间。

作为优选，所述排烟器的外形为圆柱型、正方体、长方体、树杈型的其中一种。

作为优选，所述排烟器的外形为长方体。

具体的，甲醇水燃料存储于下舱底部的燃料箱中，常温的甲醇水燃料在燃料泵的泵送下，输送到排烟器的甲醇水夹套中，排烟器排烟管内部的高温烟气与甲醇水夹套内的常温甲醇水燃料间形成温差，热量经第一导热材料传导至温差发电片，再经第二导热材料传导至甲醇水夹套，温差发电片产生的电能经DC-DC 变换器转换至蓄电池的充电电压，将电能存储于蓄电池当中，根据控制箱的指令将电能分配给控制箱与制氢机主机。甲醇水燃料在甲醇水夹套当中获取到高温烟气中的热量，升温后进入制氢机主机内部的换热器，利用高温纯氢气的热量进一步升温，进入汽化器中汽化为甲醇水蒸气，继而进入重整反应器。在重整反应器当中，甲醇水蒸气在高温高压和重整催化剂的作用下转变为H₂、CO₂、少量CO和其他极少量杂质气体，称为重整气。重整气在提纯器的作用下，一部分的H₂分离出来经提纯器的纯氢气出口输送至换热器，与甲醇水进行换热后，经制氢机主机的出氢口输出。余下的H₂和CO₂、少量CO、其他极少量杂质气体，称为驰放气，经驰放气出口输送至燃烧室进行燃烧，为重整反应器供热，燃烧产生的高温烟气进入排烟器的排烟管，与甲醇水进行换热降温后排放至外部。

本实用新型采用上述技术方案，具有的有益效果：

1、利用温差发电技术，实现制氢机的电力自供给。温差发电片将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差。制氢机排放的烟气有着400℃以上的高温和室温状态的甲醇水燃料形成温差，利用二者之间的温差即可发电为制氢机供能，无需连接外部电源。

2、配置的蓄电池可将制氢机低功耗时多余的电量存储起来，在高功耗时释放出来，实现能源的有效利用。

3、使用甲醇水降温后的烟气可对外直接排放，避免高温烟气排放影响周围环境，对环境友好。

附图说明

图1为本实用新型实施例中制氢机的主视结构示意图；

图2为本实用新型实施例中制氢机的侧视结构示意图；

图3为本实用新型实施例中排烟器的俯视剖面示意图；

图4为本实用新型实施例中制氢机主机的内部连接示意图。

图中，1、机柜，101、下舱，102、中舱，103、上舱，2、燃料泵，3、制氢机主机，31、换热器，32、汽化器，33、重整反应器，34、提纯器，35、燃烧室，36、制氢机主机出氢口，4、控制箱，5、蓄电池，6、DC-DC变换器，7、排烟器，71、甲醇水夹套，72、第二导热材料，73、温差发电片，74、第一导热材料，75、排烟管，76、甲醇水夹套入口，77、甲醇水夹套出口，8、燃料箱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-4所示，本实用新型提供的一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，包括机柜1、燃料箱8、燃料泵2、制氢机主机3、控制箱4、DC-DC变换器6、蓄电池5、排烟器7；

机柜1包括上舱103、中舱102、下舱101，燃料箱8及燃料泵2设置在下舱101中，制氢机主机3设置在中舱102中，控制箱4、DC-DC变换器6、蓄电池5设置在下舱101中，排烟器7设置在机柜1背面的外侧，控制箱4分别与蓄电池5、制氢机主机3电性连接；

制氢机主机3包括换热器31、汽化器32、重整反应器33、提纯器34和燃烧室35；

排烟器7包括排烟管75、温差发电片73、甲醇水夹套71，甲醇水夹套71 套设在排烟管75上，温差发电片73设置在排烟管75与甲醇水夹套71之间；

燃料箱8连接燃料泵2入口，燃料泵2出口连接甲醇水夹套入口76，甲醇水夹套出口77连接制氢机主机3燃料入口，并且连通至换热器31冷流体入口，换热器31冷流体出口依次连接汽化器32、重整反应器33及提纯器34，提纯器 34氢气出口连接换热器31热流体入口，换热器31热流体出口连接制氢机主机出氢口36，提纯器34的驰放气出口连接至燃烧室35，燃烧室35与排烟器7的排烟管75连接，温差发电片73设置在排烟器7内部，并且依次连接DC-DC变换器6、蓄电池5、控制箱4、制氢机主机3。

进一步的，排烟器7还包括第一导热材料74、第二导热材料72，第一导热材料74设置在排烟管75与温差发电片73之间，第二导热材料72设置在温差发电片73于甲醇水夹套71之间。进一步的，排烟器7的外形为长方体。

具体的，甲醇水燃料存储于下舱101底部的燃料箱8中，常温的甲醇水燃料在燃料泵2的泵送下，输送到排烟器7的甲醇水夹套71中，排烟器7排烟管 75内部的高温烟气与甲醇水夹套71内的常温甲醇水燃料间形成温差，热量经第一导热材料74传导至温差发电片73，再经第二导热材料72传导至甲醇水夹套 71，温差发电片73产生的电能经DC-DC变换器6转换至蓄电池5的充电电压，将电能存储于蓄电池5当中，根据控制箱4的指令将电能分配给控制箱4与制氢机主机3。甲醇水燃料在甲醇水夹套71当中获取到高温烟气中的热量，升温后进入制氢机主机3内部的换热器31，利用高温纯氢气的热量进一步升温，进入汽化器32中汽化为甲醇水蒸气，继而进入重整反应器33。在重整反应器33 当中，甲醇水蒸气在高温高压和重整催化剂的作用下转变为H₂、CO₂、少量CO和其他极少量杂质气体，称为重整气。重整气在提纯器34的作用下，一部分的H₂分离出来经提纯器34的纯氢气出口输送至换热器31，与甲醇水进行换热后，经制氢机主机3的出氢口输出。余下的H₂和CO₂、少量CO、其他极少量杂质气体，称为驰放气，经驰放气出口输送至燃烧室35进行燃烧，为重整反应器33供热，燃烧产生的高温烟气进入排烟器7的排烟管75，与甲醇水进行换热降温后排放至外部。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，其特征在于，包括机柜(1)、燃料箱(8)、燃料泵(2)、制氢机主机(3)、控制箱(4)、DC-DC变换器(6)、蓄电池(5)、排烟器(7)；

所述制氢机主机(3)包括换热器(31)、汽化器(32)、重整反应器(33)、提纯器(34)和燃烧室(35)；

所述排烟器(7)包括排烟管(75)、温差发电片(73)、甲醇水夹套(71)，所述甲醇水夹套(71)套设在排烟管(75)上，所述温差发电片(73)设置在排烟管(75)与甲醇水夹套(71)之间；

所述燃料箱(8)连接燃料泵(2)入口，所述燃料泵(2)出口连接甲醇水夹套入口(76)，甲醇水夹套出口(77)连接制氢机主机燃料入口，并且连通至换热器(31)冷流体入口，所述换热器(31)冷流体出口依次连接汽化器(32)、重整反应器(33)及提纯器(34)，所述提纯器(34)氢气出口连接换热器(31)热流体入口，所述换热器(31)热流体出口连接制氢机主机出氢口(36)，所述提纯器(34)的驰放气出口连接至燃烧室(35)，所述燃烧室(35)与排烟器(7)的排烟管(75)连接，所述温差发电片(73)设置在排烟器(7)内部，并且依次连接DC-DC变换器(6)、蓄电池(5)、控制箱(4)、制氢机主机(3)。

2.根据权利要求1所述的温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，其特征在于，所述机柜(1)包括上舱(103)、中舱(102)、下舱(101)，所述燃料箱(8)及燃料泵(2)设置在下舱(101)中，所述制氢机主机(3)设置在中舱(102)中，所述控制箱(4)、DC-DC变换器(6)、蓄电池(5)设置在下舱(101)中，所述排烟器(7)设置在机柜(1)背面的外侧。

3.根据权利要求1所述的温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，其特征在于，所述排烟器(7)还包括第一导热材料(74)、第二导热材料(72)，所述第一导热材料(74)设置在排烟管(75)与温差发电片(73)之间，所述第二导热材料(72)设置在温差发电片(73)于甲醇水夹套(71)之间。

4.根据权利要求1所述的温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，其特征在于，所述排烟器(7)的外形为圆柱型、正方体、长方体、树杈型的其中一种。

5.根据权利要求4所述的温差发电自供电式的甲醇水重整制氢机，其特征在于，所述排烟器(7)的外形为长方体。

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