CN214936047U - 一种制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种制氢装置，包括：蒸气发生器，用于产生制氢所需的蒸气，包括：储液部，内部设有储液腔，所述储液部上开设有连通所述储液腔的输液入口；蒸气管，内部设有蒸气容纳腔；蒸气传输管，连通所述储液腔和蒸气容纳腔，其中，所述蒸气传输管周围填充有燃烧催化剂；氢气发生器，用于制备氢气，且内部设有氢气生成空间；蒸气输送管，所述蒸气发生器通过蒸气输送管与氢气发生器相连通。本实施例解决热量利用率不高，且加热方式比较单一，无法保证与控制制氢过程中所需的温度，制氢效率低的问题。

Description

一种制氢装置

技术领域

本实用新型及化工设备技术领域，尤其涉及一种制氢装置。

背景技术

随着传统矿物能源的大量使用，大气污染日益严重，并且矿物资源逐渐枯竭，因此急需一种环保高效的清洁能源，例如太阳能、水能、风能和氢能。其中，氢气能够清洁燃烧注定是一种理想的能源，但在制氢过程中，其生产环境需严格把控，一旦氢气泄漏将造成严重的安全事故。

现有制氢过程中，利用甲醇与水的原料液进行氢气制备的方法，反应物在过滤后会留有一定量的尾气，尾气的主要成分为甲烷和氢气，将产生的尾气通过使用燃烧催化剂，将化学能转化为内能，但是现有的都是将燃烧催化剂置于管内，将尾气从管内通过，以此加热管外的蒸气发生介质。管内体积较小导致燃烧催化剂放置空间小，使燃烧催化剂的量不足，导致尾气转化不完全；且燃烧催化剂置于管内不易燃烧催化剂的更换。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种制氢装置，将蒸气发生介质安放至管内，将燃烧催化剂置于管外，再将燃烧催化剂通过多孔板分隔，使尾气和燃烧催化剂充分接触，使尾气被最大化利用。

本实用新型实施例提供的一种制氢装置，包括：氢气发生器，用于制备氢气，且内部设有氢气生成空间；蒸气发生器，用于产生制氢所需的蒸气，包括：储液部，内部设有储液腔，所述储液部上开设有连通所述储液腔的输液入口；至少一个蒸气管，内部设有蒸气容纳腔；套筒，套设于所述至少一个蒸气管的外部，且在所述蒸气管和所述套筒之间至少设有燃烧催化剂层；蒸气传输管，所述蒸气发生器通过蒸气传输管与氢气发生器相连通；所述蒸气发生器连通所述储液腔和所述蒸气容纳腔。

采用该技术方案后所达到的技术效果：将所述燃烧催化剂层设置在所述蒸气管和所述套筒之间，使燃烧催化剂和尾气可以充分反应，保证蒸气管内的蒸气达到反应温度，以提高制氢反应效率，提高制氢率。

在本实用新型的一个实施例中，所述蒸气管和所述套筒之间还设有蓄热层，所述燃烧催化剂层与所述蓄热层间隔设置。

采用该技术方案后所达到的技术效果：所述蓄热层用于吸收尾气产生的热量，对至少一个蒸气管的蒸气进一步加热，有助于充分利用反应的热量。

在本实用新型的一个实施例中，所述燃烧催化剂层与所述蓄热层均至少包括一层，且两两之间设有多孔板，将所述多孔板横向设置时，所述多孔板将所述燃烧催化剂层和所述蓄热层在竖直方向上依次间隔；将所述多孔板纵向设置时，所述多孔板将所述燃烧催化剂层和所述蓄热层在水平方向上依次间隔。

采用该技术方案后所达到的技术效果：将所述燃烧催化剂层与所述蓄热层通过多孔板分隔开，更容易跟换燃烧催化剂和蓄热材料。

在本实用新型的一个实施例中，燃烧催化剂层内部还设置有蓄热材料，所述燃烧催化剂层中还设有至少一层多孔板，所述至少一层多孔板将燃烧催化剂层分为多层间隔。

采用该技术方案后所达到的技术效果：直接在燃烧催化剂层内添加蓄热材料，通过所述蓄热材料吸收尾气和燃烧催化剂产生的热量；用所述至少一层多孔板将燃烧催化剂层分为多层间隔设置，使尾气充分反应。

在本实用新型的一个实施例中，所述蒸气发生器，还包括：尾气腔，设于所述套筒的底部，连通尾气入口；混合气通入管，连通所述尾气腔侧面，包括：空气通入管、尾气通入管和/或甲醇通入管。

采用该技术方案后所达到的技术效果：所述尾气通入管用于通入尾气进行燃烧放热反应，有助于尾气的回收利用，节约能源；所述甲醇通入管用于通入甲醇配合尾气和空气进行燃烧，有助于燃烧反应更彻底，提高蒸气制备效率。

在本实用新型的一个实施例中，所述蒸气传输管内设有第一电加热件，所述第一电加热件一端连接于蒸气管顶部。

采用该技术方案后所达到的技术效果：当所述废气的本身热量和所述尾气产生的热量不足以使蒸气发生介质气化时，启动所述第一电加热件，对所述蒸气发生装置进行加热使所述蒸气发生装置保持气化所需保持的温度的状态。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一电加热件为长短不一设置；其中，第一长电加热件贯穿所述蒸气传输管，且在底端设置有多个第一换热翅片；第一短电加热件上设置有多个第二换热翅片。

采用该技术方案后所达到的技术效果：将所述第一电加热件设置为长短不一，在长度，将长的第一电加热件贯穿所述蒸气传输管，将短的第一电加热件的周围设置翅片，维持所述蒸气发生器均匀发热的同时，减少了能源的消耗且保证所述蒸气传输管受热均匀。

在本实用新型的一个实施例中，所述蒸气管外部套设有多个第三换热翅片。

采用该技术方案后所达到的技术效果：通过多个所述第三换热翅片，使所述蒸气管的受热效果提升且受热更加均匀。

在本实用新型的一个实施例中，所述氢气发生器，还包括：氢气生成腔，内设有制氢催化剂，所述氢气生成腔顶部连通所述蒸气传输管，所述氢气生成腔底部连通氢气排出管；多个第二电加热件，所述第二电加热件连接所述制氢装置的一端，并伸入所述氢气生成腔，为制氢反应提供反应温度。

采用该技术方案后所达到的技术效果：通过所述多个第二电加热件为制氢反应提供反应温度，使所述蒸气在所述氢气生成腔内和所述制氢催化剂反应，生产氢气。

在本实用新型的一个实施例中，所述氢气发生器，还包括：液位组件，包括：液位腔，包括：液位腔入口，位于所述液位腔的顶部或上部侧面，并连通蒸气排出管；液位腔出口，位于所述液位腔的底部或下部侧面，并连通所述输液入口；液位计，固定于所述液位腔的顶部，用于检测所述液位腔内的液位高度；液位组件排水管，连通所述液位腔的底部或下部侧面。

采用该技术方案后所达到的技术效果：所述液位组件的顶部与所述加热腔的顶部连通，所述液位组件的底部与所述加热腔的底部连通，因此所述液位腔内的液面与所述加热腔内的液面高度相同，可测量所述液位腔内的液面得到所述加热腔的液面高度，便于对所述加热腔进行补液；所述液位组件排水管用于天气冷时排出所述液位组件内的液体，防止冻结。

综上所述，本申请上述各个实施例可以具有如下一个或多个优点或有益效果：i)在所述蒸气管和所述套筒之间中填充燃烧催化剂，使燃烧催化剂可添加的量增多，提高了尾气的使用效率；ii)在所述蒸气管和所述套筒之间中填充蓄热层，通过蓄热材料吸收尾气散发的热量，对个蒸气管的蒸气进一步加热，有助于充分利用反应的热量；iii) 对制氢产生的尾气进行回收再次利用，实现节能减排的效果；iv)将蒸气发生器和氢气发生器通过环状的设置，使蒸气发生器和氢气发生器实现一体化，提高了制氢的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种制氢装置100的结构示意图。

图2为图1中管路的结构示意图。

图3为图1中蒸气发生器110和氢气发生器120的位置示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为图3中A-A向的剖视图。

图6为图1中蒸气发生器110的结构示意图。

图7为图1中氢气发生器120的结构示意图。

图8为图1中蒸气发生器110的内部结构示意图。

图9为第一长电加热件161和第一短电加热件162的安装示意图。

图10为的储液部111结构示意图。

主要元件符号说明：100为制氢装置；110为蒸气发生器；111为储液部；112为储液腔；113为输液入口；114为蒸气管；116为进液泵；117为蒸气出口；120为氢气发生器；121为氢气生成空间；122为制氢催化剂；123为排氢管道；124为制氢保温壳体；125为制氢多孔板；131为燃烧催化剂；132为蓄热材料；140为套筒；141 为蒸气传输管；143为冷凝水排放管；144为压力传感器；151为多孔板；152为尾气输入腔；153为尾气反应腔；154为废气输出腔；155为尾气进口；156为废气开口； 157为流量计；158为电磁阀；159为尾气通入管；160为第一电加热件；161为第一长电加热件；162为第一短电加热件；163为第一换热翅片；164为第二换热翅片；171 为第三换热翅片；172为第二电加热器；173为第二多孔阻隔板；180为液位计；181 为空气通入管；182为风机；183为板式换热器；184为出液泵；185为进液管道；186为出泵管。

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作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。

参见图1，其为本实用新型实施例提供的一种制氢装置100的结构示意图，所述制氢装置，例如包括：用于产生制氢所需蒸气的蒸气发生器110和与蒸气反应生成氢气的氢气发生器120。

具体的，结合图3和图5，蒸气发生器110例如包括：储液部111和蒸气管114。其中，储液部111设有储液腔112，储液部111上还设有连通所述储液腔的输液入口 113；蒸气管114内部设有蒸气容纳腔。储液部111和蒸气管114均为为环状设置，且蒸气管114设置在所述储液部111的上部。环状设置，一方面，能够将氢气发生器120 设置在其内部，节省了空间；另一方面，环状设置能够增大加热换热面积，提高换热效率，且更加美观。

具体的，蒸气管114由多个套管组成，均匀排布与于所述蒸气发生器110内部，且每个所述多个套管的外部设置有第三换热翅片171。举例来说，第三换热翅片171 为螺旋转翅片，环绕设置在每个周向分布与所述多个套管外部，第三换热翅片171可使蒸气管114的外部的温度更好的导入至蒸气管114的内部。

优选的，在蒸气管114的外壳上设有套筒140，套筒140为保温外壳，套筒140 还可以是由两层壳体组成，所述两层壳体均为保温外壳，可更好的保温所述蒸气容纳腔。举例来说，当蒸气管114进行工作时，蒸气管114内的温度较高，当外界的温度较低时，会影响蒸气管114的工作温度，因此在蒸气管114的外部添加套筒140，以保证蒸气管114的内部工作温度，可减少加热所需要的能耗起到节能的效果。

具体的，蒸气发生器110上还间隔设有有尾气输入腔152、尾气反应腔153和废气输出腔154。其中，尾气输入腔152设于蒸气发生器110的底部，废气输出腔154 设于蒸气发生器110的顶部，尾气反应腔153设于尾气输入腔152和尾气反应腔153 之间；还可以是尾气输入腔152设于蒸气发生器110的顶部，废气输出腔154设于蒸气发生器110的底部，此处不做限定。

具体的，套筒140靠近尾气输入腔152的一侧开设有尾气进口155，套筒140靠近废气输出腔154的一侧开设有废气开口156，其中，尾气从尾气进口155进入，通过尾气反应腔153后变成废气，从废气开口156中排出。

具体的，蒸气发生器110还例如包括：燃烧催化剂层，所述燃烧催化剂层设于蒸气管114和套筒140之间，且所述燃烧催化剂层内设有燃烧催化剂131。

举例来说，氢气反应提纯完后会产生一定的尾气，所述尾气的主要成分是氢气和甲烷，具有较高的利用价值，将所述尾气通过尾气进口155从尾气输入腔152进入至尾气反应腔153，此时，所述尾气和燃烧催化剂131反应产生大量的热量，给蒸气管 114提供热量，起到废物利用的效果。

优选的，蒸气发生器110还例如包括：蓄热层，所述蓄热层设于蒸气管114和套筒140之间，且所述蓄热层上设有蓄热材料132，蓄热材料132用于吸收尾气产生的热量，对蒸气管114的蒸气进一步加热，有助于充分利用反应的热量。

优选的，所述燃烧催化剂层与所述蓄热层均至少包括一层，且两两之间设有多孔板 151，将多孔板151横向设置时，多孔板151将所述燃烧催化剂层和所述蓄热层在竖直方向上依次间隔；将多孔板151纵向设置时，多孔板151将所述燃烧催化剂层和所述蓄热层在水平方向上依次间隔，多孔板151设置的数量和方向可以是任意的，此处不做限定。

优选的，所述燃烧催化剂层内部还设置有蓄热材料132，使蓄热材料132更充分的吸收尾气产生的热量，减少了传播过程中能量的散失。

具体的，参见图9，蒸气发生器110还例如包括：多个第一电加热件160；所述多个第一电加热件160一端连接于蒸气管114的顶部，一端伸入蒸气管114的内部。

举例来说，有时完全依赖所述尾气和燃烧催化剂131反应产生的热量使蒸气反应介质气化的速率较慢，因此在蒸气管114的内部设置多个第一电加热件160，当所述尾气和燃烧催化剂131反应产生的热量不足时，开启多个第一电加热件160加热蒸气管114，使蒸气管114的温度达到所需的反应温度，以此提高蒸气管114的工作效率。

优选的，结合图6、图8和图9，所述第一电加热件160分为第一长电加热件161 和第一短电加热件162。其中，第一长电加热件161贯穿蒸气传输管141，且在底端设置有第一换热翅片163；第一短电加热件162上设置有第二换热翅片164。

举例来说，在第一长电加热件161的底端设置第一换热翅片163，在第一短电加热件162上设置有第二换热翅片164，第一换热翅片163和第二换热翅片164交替设置，第一换热翅片163设置在蒸气传输管141的上部，第二换热翅片164设置在蒸气传输管141的下部，第一换热翅片163加热蒸气传输管141的上部，第二换热翅片164 加热蒸气传输管141的下部，使蒸气传输管141均匀受热的同时，减少了能量的消耗。

优选的，在蒸气管114的外部还设有第三换热翅片171，第三换热翅片171增加了蒸气管114的受热面积，使尾气反应腔153内产生的热量更好的被蒸气管114所吸收，以此提高热量的使用效率。

进一步的，参见图10，蒸气发生器110还例如包括：储液部111，储液部111设于蒸气发生器110，且内部设有储液腔112，储液腔112用于存储蒸气发生介质，所述蒸气发生介质可以是水或醇类、以及两者的混合物。例如醇类可以是如甲醇、乙醇、丙醇、丙三醇等。

具体的，参见图5和图7，氢气发生器120，例如包括制氢保温壳体124，制氢保温壳体124内设有氢气生成空间121，氢气生成空间121内置制氢多孔板125，将氢气生成空间121分隔为制氢催化剂存放区与蒸气缓存区，且制氢催化剂122置于所述制氢催化剂存放区内。

举例来说，蒸气进入所述蒸气缓存区使时，在制氢多孔板125的作用下会均匀散布于所述蒸气缓存区，并通过制氢多孔板125上均布的蒸气流通孔，均匀流入所述制氢催化剂存放区内进行反应，提高制氢催化剂122反应效率；同时，制氢多孔板125 的设置，避免了所述制氢催化剂存放区内时，直接瞬间往一侧流逝，使得整体反应效率过慢或者反应不充分。氢气发生器120底部还连通有排氢管道123，用于输送制备的氢气。

具体的，氢气发生器120内还设有多个第二电加热器172。举例来说，当氢气发生器120内的热量使制氢催化剂122的反应速率较慢时，开启第二电加热器172，使氢气发生器120内部达到反应所述的温度使，关闭第二电加热器172。

优选的，蒸气发生器110与氢气发生器120呈环套设置；举例来说，蒸气发生器 110与氢气发生器120呈环套设置比蒸气发生器110与氢气发生器120单独设置减小了装置的整体体积，便于摆放与移动；同时，环套设置，提高了装置整体的密封性能，减缓了热量的流失。

进一步的，蒸气发生器110与氢气发生器120之间的安装方式，可以是如图1所示的蒸气发生器110套设于氢气发生器120的外部；还可以是蒸气发生器110套设于氢气发生器120的内部，此处不做限定。

举例来说，当蒸气发生器110套设于氢气发生器120的外部或蒸气发生器110套设于氢气发生器120的内部时，缩短了蒸气从蒸气发生器110流出进入氢气发生器120 的距离，减少了热量的流失，提高了热量利用率。

具体的，结合图1-3，空气通入管181一端与尾气进口155连通，另一端连通外部空气，也可以连接引风机182，通过引风机182往空气通入管181排入外部空气，空气通入管181一侧连接尾气通入管159，用于输入尾气；尾气通入管159上设有流量计157，用于记录尾气进入量。尾气通入管159远离空气通入管181一侧还设有手动控制阀、以及设于流量计157与尾气通入管159之间电磁阀158。

优选的，空气通入管181一侧还可以连接甲醇通入管(图中为示出)，所述甲醇通入管用于输入甲醇，通过甲醇和所述燃烧催化剂反应产生热量，为氢气发生器120 提供热量。其中，所述甲醇通入管和尾气通入管159可组合使用，也可以是所述甲醇通入管和尾气通入管159分开单独使用，此处不做限定。

进一步的，冷凝水排放管143在竖直方向上，从下至上一侧依次连通蒸气出口117、以及与氢气发生器120连通的蒸气传输管141，蒸气出口117上设有第一控制阀；蒸气传输管141一侧外接备用管，所述备用管上设有第二控制阀；当氢气发生器120内的制氢催化剂失去活性时，通过关闭所述第一控制阀，打开所述第二控制阀，将还原剂经所述备用管输入氢气发生器120中，使制氢催化剂122恢复活性，再次使用；冷凝水排放管143上还设有位于蒸气出口117下方的液位计180，用于储藏蒸气凝结的水珠，并通过冷凝水排放管143排出液位计180内的液体，液位计180下方设有连接蒸气发生器110与冷凝水排放管143的连接管，使得液位计180能够通过自身液位高度，判断蒸气发生器110内的液体高度。

具体的，制氢装置100还设有板式换热器183，板式换热器183相对进液管道185 连接的另一侧还连接有出泵管186，出泵管186与进液管道185斜对设置于板式换热器183两侧；出泵管186远离板式换热器183一端连接进液泵116。通过进液泵116 将外部液体经出泵管186、流入板式换热器183，通过板式换热器183对液体进行换热，使液体吸收板式换热器183中的热量后再从进液管道185流入储液腔112内，对流经板式换热器183中的热能进一步利用，大大提高了能源利用率。

进一步的，蒸气传输管141上还设有压力传感器144，冷凝水排放管143还连接有保险管道，所述保险管道设于液位计180与蒸气出口117之间，所述保险管道上设有自动释放蒸气的保险阀，当压力传感器144检测出蒸气压力超过设定值时，所述保险阀自动打开释放蒸气，使得本装置制氢过程中更加安全。

进一步的，板式换热器183一侧设有风机182，风机182两侧分别连通有出氢管、板式出气管，板式出气管连通板式换热器183一侧，板式换热器183的另一侧连接有与氢气发生器120连通的连通的排氢管道123；通过排氢管道123将氢气发生器120 内制备的氢气流入板式换热器183换热，再经过板式出气管进入风机182进行再次冷却，之后将冷却到一定温度的氢气从所述出氢管排放至指定使用目标使用。举例来说，该风机182冷却的形式，也可以用水冷的形式替代，此处不做限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种制氢装置，其特征在于，包括：

氢气发生器，用于制备氢气，且内部设有氢气生成空间；

蒸气发生器，用于产生制氢所需的蒸气，包括：

储液部，内部设有储液腔，所述储液部上开设有连通所述储液腔的输液入口；

至少一个蒸气管，内部设有蒸气容纳腔；

套筒，套设于所述至少一个蒸气管的外部，且在所述蒸气管和所述套筒之间至少设有燃烧催化剂层；

蒸气传输管，所述蒸气发生器通过蒸气传输管与氢气发生器相连通；所述蒸气发生器连通所述储液腔和所述蒸气容纳腔。

2.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述蒸气管和所述套筒之间还设有蓄热层，所述燃烧催化剂层与所述蓄热层间隔设置。

3.根据权利要求2所述的制氢装置，其特征在于，所述燃烧催化剂层与所述蓄热层均至少包括一层，且两两之间设有多孔板，将所述多孔板横向设置时，所述多孔板将所述燃烧催化剂层和所述蓄热层在竖直方向上依次间隔；将所述多孔板纵向设置时，所述多孔板将所述燃烧催化剂层和所述蓄热层在水平方向上依次间隔。

4.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，燃烧催化剂层内部设置有蓄热材料，所述燃烧催化剂层中还设有至少一层多孔板，所述至少一层多孔板将燃烧催化剂层分为多层间隔。

5.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述蒸气发生器，还包括：

尾气腔，设于所述套筒的底部，连通尾气入口；

混合气通入管，连通所述尾气腔侧面，包括：空气通入管、尾气通入管和/或甲醇通入管。

6.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述蒸气传输管内设有第一电加热件，所述第一电加热件一端连接于蒸气管顶部。

7.根据权利要求6所述的制氢装置，其特征在于，所述第一电加热件为长短不一设置；

其中，第一长电加热件贯穿所述蒸气传输管，且在底端设置有多个第一换热翅片；第一短电加热件上设置有多个第二换热翅片。

8.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述蒸气管外部套设有多个第三换热翅片。

9.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述氢气发生器，还包括：

氢气生成腔，内设有制氢催化剂，所述氢气生成腔顶部连通所述蒸气传输管，所述氢气生成腔底部连通氢气排出管；

多个第二电加热件，所述第二电加热件连接所述制氢装置的一端，并伸入所述氢气生成腔，为制氢反应提供反应温度。

10.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述氢气发生器，还包括：

液位组件，包括：

液位腔，包括：

液位腔入口，位于所述液位腔的顶部或上部侧面，并连通蒸气排出管；

液位腔出口，位于所述液位腔的底部或下部侧面，并连通所述输液入口；

液位计，固定于所述液位腔的顶部，用于检测所述液位腔内的液位高度；

液位组件排水管，连通所述液位腔的底部或下部侧面。

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