CN212934673U - 一种热能转换及储存系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热能转换设备技术领域，具体为一种热能转换及储存系统，包括系统热平衡机构、热交换机构，系统热平衡机构包括陶瓷底座、氢气燃烧室、尾气排放装置、重整反应室；热交换机构包括热交换器，热交换器一侧设有高温气体入口、高温液体出口，热交换器远离高温气体入口、高温液体出口的一侧设有常温气体出口、常温液体入口。本实用新型通过将反应中涉及的氢气燃烧室、陶瓷底座、重整反应室、尾气排放装置及热量交换器进行系统化结合，设计一款用于甲醇重整制氢器的热平衡系统，运用隔热、热量交换的方式，将热量最大化地保留在重整器中，解决了甲醇重整制氢反应过程中热量流失过快的问题，有效地将热量保存并最优化地运用到吸热反应中。

Description

一种热能转换及储存系统

技术领域

本实用新型涉及热能转换设备技术领域，特别涉及一种热能转换及储存系统。

背景技术

目前市面上使用的备用电源以铅酸电池为主，但铅酸电池回收可能带来污染，而氢燃料电源系统是一种清洁、持久的供电系统。氢燃料电池的启动速度较快，输出电能较稳定，环境适应能力强，能够满足各个行业后备电源的需要；电化反应唯一产生的副产品即纯净水，节能环保，完全避免了铅、硫酸以及其他酸性污染物排放。氢燃料电池也逐渐被业界认识到在后备电源领域具有广阔的应用前景，被认为是取代铅酸蓄电池和柴油发电机作为后备电源的最有应用前景的新能源技术。

氢气是氢燃料电池的核心燃料，氢气属于易燃易爆的气体，需要安全性非常高的条件，且氢气是自然界中最轻的气体，即使将氢气高压运输，占用的体积也非常大，所以氢气的储存和运输是当今氢能领域最大的问题。甲醇作为氢燃料的载体，可以很好地进行运输及储存，安全性及运输成本方面比直接运送氢气燃料要更加合适。现阶段，通过甲醇重整制氢是氢能发展的一大趋势。

甲醇重整制氢发电机采用的技术是将甲醇与水配比制成甲醇水燃料，再将燃料输送到重整室进行重整反应，制成氢气，再输送到电堆中，使氢气与氧气发生电化学反应转化为电能。其中甲醇水燃料在重整室中的反应需要吸收大量的热量进行反应，所以重整室的热量来源具备需要稳定、可控的特点，且对热能的转化和储存要求高。

现有的部分技术方案中，涉及原料与产物之间物质转化的反应，对热量转换方面并没有进行高效、安全化的设计，热量往往跟随产物一同输出到后续反应或流失在空气中，而反应过程中需要吸收的热量又只能通过其他供热方式来提供，在热能排放及利用方面无法达到高效、环保性。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种热能转换及储存系统。

本实用新型的技术方案是：包括系统热平衡机构、热交换机构，其特征在于：所述系统热平衡机构包括陶瓷底座、氢气燃烧室、尾气排放装置、重整反应室；

所述热交换机构包括热交换器、鼓风机，所述热交换器一侧设有高温气体入口、高温液体出口，所述热交换器远离高温气体入口、高温液体出口的一侧设有常温气体出口、常温液体入口。

作为优选的技术方案，所述陶瓷底座包括下部底座、上部底座，所述下部底座、上部底座连接处设有鼓风机入风口，所述上部底座表面设有若干陶瓷底座固定孔、出风口。

作为优选的技术方案，所述尾气排放装置包括外壳，所述外壳内腔设有隔热棉，所述隔热棉表面设有三元催化剂,所述外壳、隔热棉、三元催化剂通过固定件固定。

作为优选的技术方案，所述氢气燃烧室内设有1号热量监测组件。

作为优选的技术方案，所述重整反应室内设有2号热量监测组件。

作为优选的技术方案，所述氢气燃烧室分别连接陶瓷底座、尾气排放装置、重整反应室，所述陶瓷底座顶部设有氢气燃烧室，所述氢气燃烧室顶部设有连接重整反应室，所述尾气排放装置连接重整反应室，所述重整反应室与热交换器双向连接，所述热交换器远离重整反应室的一端连接氢燃料电池电堆。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过将反应中涉及的氢气燃烧室、陶瓷底座、重整反应室、尾气排放装置及热量交换器进行系统化结合，设计一款用于甲醇重整制氢器的热平衡系统，运用隔热、热量交换的方式，将热量最大化地保留在重整器中，解决了甲醇重整制氢反应过程中热量流失过快的问题，有效地将热量保存并最优化地运用到吸热反应中；

2、对产物有害性和热量排放都有进行合理的安全性设计。对氢气燃烧的产物CO、HC和NOx等有害气体进行氧化还原反应，转变为无害的二氧化碳、水和氮气后，将气体热量减低，再排放到外界，避免造成气体安全问题和排出气体温度过高导致操作人员安全问题。对产出的高温氢气，进行热量转换，避免过高的温度对氢燃料电池造成损坏，甚至出现安全问题；

3、内部采用了热量监测组件和气体压力监测器，可以通过数据运算，有效地对重整器内部反应程度进行监测与评估，做到对重整器的实时控制。

附图说明

图1为本实用新型中热量交换器结构示意图；

图2为本实用新型中热量交换器的侧视图；

图3为本实用新型中陶瓷底座结构示意图；

图4为本实用新型中陶瓷底座的俯视图；

图5为本实用新型中尾气排放装置结构示意图；

图6为本实用新型的方框图；

图7为本实用新型的立体图。

图中，1-系统热平衡机构，11-陶瓷底座，111-下部底座，112-鼓风机入风口，113-上部底座，114-陶瓷底座固定孔，115-出风口，12-氢气燃烧室，13-尾气排放装置，131-外壳，132-隔热棉，133-三元催化剂，134-固定件，14-重整反应室，2-热交换机构，21-热交换器，211-高温气体入口，212-高温液体出口，213-常温气体出口，214-常温液体入口，22-鼓风机，3-氢燃料电池电堆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型涉及的(电器件、电子元器件、电路及电源模块、功能、算法、方法)等仅仅是现有技术的常规适应性应用。因此，本实用新型是对现有技术的改进，实质是在结构上的改进，而非针对(电器件、电子元器件、电路及电源模块、功能、算法、方法)本身提出的改进，也即，本实用新型虽然涉及一点(电器件、电子元器件、电路及电源模块、功能、算法、方法)，但并不包含对(电器件、电子元器件、电路及电源模块、功能、算法、方法)本身所提出的改进本实用新型对于(电器件、电子元器件、电路及电源模块、功能、算法、方法)的描述，是为了更好的说明本实用新型，以便更好的理解本实用新型。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：

一种热能转换及储存系统，包括系统热平衡机构1、热交换机构2，系统热平衡机构1包括陶瓷底座11、氢气燃烧室12、尾气排放装置13、重整反应室14。

热交换机构2包括热交换器21、鼓风机22，热交换器21一侧设有高温气体入口211、高温液体出口212，热交换器21远离高温气体入口211、高温液体出口212的一侧设有常温气体出口213、常温液体入口214。

值得进一步说明的是，热交换器21分别与甲醇水输入管路、氢气输出管路连接。

本实施例中，陶瓷底座11包括下部底座111、上部底座113，下部底座111、上部底座113连接处设有鼓风机22入风口112，上部底座113表面设有若干陶瓷底座固定孔114、出风口115。

本实施例中，尾气排放装置13包括外壳131，外壳131内腔设有隔热棉132，隔热棉132表面设有三元催化剂133,外壳131、隔热棉132、三元催化剂133通过固定件134固定。

本实施例中，氢气燃烧室12内设有1号热量监测组件。

本实施例中，重整反应室14内设有2号热量监测组件。

本实施例中，氢气燃烧室12分别连接陶瓷底座11、尾气排放装置13、重整反应室14，陶瓷底座11顶部设有氢气燃烧室12，氢气燃烧室12顶部设有连接重整反应室14，尾气排放装置13连接重整反应室14，重整反应室14与热交换器21双向连接，热交换器21远离重整反应室14的一端连接氢燃料电池电堆3。

值得进一步说明的是，陶瓷底座11与重整反应室14之间的热量互相流动，能够形成一个有效的保温环节，且陶瓷底座11可以充当重整反应室14对外界的隔热装置，以防过高的温度对外界产生影响，导致安全事故的发生。

值得进一步说明的是，尾气排放装置13的功能是将氢气燃烧室12中燃烧产生的产物净化处理后，排放到重整室外部。此处尾气排放装置13采用的是三元催化器，能够将燃烧产物CO、HC和NOx等有害气体进行氧化还原反应，转变为无害的二氧化碳、水和氮气。此处装置会将气体降温、隔热后排放到外界，避免安全隐患的同时，也为重整室反应减少热量的流失。

值得进一步说明的是，重整反应室14内，液态的甲醇水液体吸收氢气燃烧室12产生的热量，汽化为甲醇水蒸汽，再流动到催化剂中进行重整反应，制得的氢气，通过管路输送到氢燃料电池电堆3。此处的氢气为高温的氢气，不可直接输送至氢燃料电池电堆3，需要进行降温处理。为减少热量流失，此处在输出高温的氢气管路处设置了一个热量交换器21，热量交换器21可以将输出产物的热量，交换给输入燃料，此处是将输出氢气的热量，交换给输入的甲醇水燃料，避免高温的氢气直接输出至氢燃料电池引发安全问题的同时，为重整室反应减少热量的流失。

值得进一步说明的是，1号热量监测组件用于监测氢气燃烧室12的火焰温度，2号热量监测组件用于监测重整反应室14甲醇蒸汽反应的温度。所述的热量监测组件接受热量数据后，传输到后台管理监测中心，并对数据进行处理运算，判断所测反应条件是否达到标准，若所述热量数据出现异常，则会出发报警装置，发出安全警告。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种热能转换及储存系统，包括系统热平衡机构(1)、热交换机构(2)，其特征在于：所述系统热平衡机构(1)包括陶瓷底座(11)、氢气燃烧室(12)、尾气排放装置(13)、重整反应室(14)；

所述热交换机构(2)包括热交换器(21)、鼓风机(22)，所述热交换器(21)一侧设有高温气体入口(211)、高温液体出口(212)，所述热交换器(21)远离高温气体入口(211)、高温液体出口(212)的一侧设有常温气体出口(213)、常温液体入口(214)。

2.根据权利要求1所述的热能转换及储存系统，其特征在于：所述陶瓷底座(11)包括下部底座(111)、上部底座(113)，所述下部底座(111)、上部底座(113)连接处设有鼓风机入风口(112)，所述上部底座(113)表面设有若干陶瓷底座固定孔(114)、出风口(115)。

3.根据权利要求1所述的热能转换及储存系统，其特征在于：所述尾气排放装置(13)包括外壳(131)，所述外壳(131)内腔设有隔热棉(132)，所述隔热棉(132)表面设有三元催化剂(133),所述外壳(131)、隔热棉(132)、三元催化剂(133)通过固定件(134)固定。

4.根据权利要求1所述的热能转换及储存系统，其特征在于：所述氢气燃烧室(12)内设有1号热量监测组件。

5.根据权利要求1所述的热能转换及储存系统，其特征在于：所述重整反应室(14)内设有2号热量监测组件。

6.根据权利要求1所述的热能转换及储存系统，其特征在于：所述氢气燃烧室(12)分别连接陶瓷底座(11)、尾气排放装置(13)、重整反应室(14)，所述陶瓷底座(11)顶部设有氢气燃烧室(12)，所述氢气燃烧室(12)顶部设有连接重整反应室(14)，所述尾气排放装置(13)连接重整反应室(14)，所述重整反应室(14)与热交换器(21)双向连接，所述热交换器(21)远离重整反应室(14)的一端连接氢燃料电池电堆(3)。

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