CN219823669U - 一种气体浓度平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及甲醇重整制氢技术领域，公开了一种气体浓度平衡装置，其包括第一壳体和第二壳体，第一壳体内形成反应室，反应室内填充有催化剂，含有一氧化碳的富氢气体通过第一进气管通入反应室并从第一出气管流出反应室，第二壳体紧贴第一壳体设置并与第一壳体固定连接，第二壳体内形成有加热室，烟气通过第二进气管流入加热室并从第二出气管流出加热室，烟气可对催化剂进行加热。与现有技术相比，该气体浓度平衡装置可对富氢气体进行浓度平衡，降低富氢气体中的一氧化碳或其他气体含量，避免杂质对燃料电池的损害；本申请还利用重整制氢产生的烟气对催化剂进行加热，进一步提高能量的利用率。

Description

一种气体浓度平衡装置

技术领域

本实用新型涉及甲醇重整制氢技术领域，特别是涉及一种气体浓度平衡装置。

背景技术

现有的燃料电池大多采用甲醇重整制氢技术形成发电所需要的氢燃料，而目前的甲醇重整制氢技术产生的富氢气体含有大量的一氧化碳，直接使用会导致燃料电池一氧化碳中毒影响燃料电池的正常使用，因此往往会选择使用催化剂对富氢气体进行净化，现有富氢气体内的一氧化碳浓度较高导致制氢成本居高不下；进一步的，甲醇重整制氢过程中燃烧装置产生的烟气没有经过较多的处理就向外排放，烟气包含的大量多余热没有得到进一步利用，降低了能量的利用率，同时长期排放高温气体对环境也会产生不利影响。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种气体浓度平衡装置，其利用重整制氢过程中产生的烟气对催化剂进行加热进而完成对富氢气体内一氧化碳的净化，降低富氢气体内的一氧化碳浓度，具有结构简单可靠、易于操作、使用效果出色等优点。

基于此，本实用新型提供了一种气体浓度平衡装置，包括：

第一壳体，所述第一壳体内形成有供富氢气体流通的反应室，所述反应室内填充有催化剂，所述第一壳体的表面开设有连通所述反应室的第一进口和第一出口，所述第一进口与第一进气管相连接，所述第一出口与第一出气管相连接；

第二壳体，所述第二壳体紧贴所述第一壳体设置并与所述第一壳体固定连接，所述第二壳体内形成有供烟气流通的加热室，所述加热室内设有隔板，所述隔板的两端抵靠所述第二壳体并将所述加热室分隔为若干条相互连通的流道，所述第二壳体的表面还开设有连通所述加热室的第二进口和第二出口，所述第二进口与第二进气管相连接，所述第二出口与第二出气管相连接。

本申请的一些实施例中，所述第一壳体设有多个，各所述第一壳体固定连接后与所述第二壳体固定连接，各所述第一壳体内均填充有所述催化剂。

本申请的一些实施例中，所述第一壳体的表面开设有网孔，任意相邻两个所述第一壳体通过所述网孔相连通。

本申请的一些实施例中，所述第一壳体上形成有第一凸包，任意相邻两个所述第一壳体通过所述第一凸包对接后点焊连接。

本申请的一些实施例中，所述第一凸包设有若干个，各所述第一凸包在所述第一壳体内均匀设置。

本申请的一些实施例中，所述第一壳体内设有网板，所述网板设有两块，两块所述网板分别靠近所述第一进口和所述第一出口设置，所述第一壳体内的所述催化剂设于两块所述网板之间。

本申请的一些实施例中，还包括：

加热板，所述加热板设于所述第一壳体远离所述第二壳体的一侧并与所述第一壳体固定连接，所述加热板可向所述第一壳体释放热量以加热所述第一壳体内的所述催化剂。

本申请的一些实施例中，所述加热板设有多块，各所述加热板均与所述第一壳体固定连接，任意相邻两块所述第一壳体之间至少设有一块所述加热板。

本申请的一些实施例中，所述第二壳体内的所述隔板设有若干块，任意相邻两个所述隔板分别与所述第二壳体相对的两条侧边固定连接，所述流道呈“S”形设置。

本申请的一些实施例中，所述隔板包括相互垂直且连接为一体的水平部和竖直部，所述水平部与所述第二壳体的底面固定连接，所述竖直部远离所述水平部的一端抵靠所述第二壳体的顶面。

本实用新型实施例提供的一种气体浓度平衡装置，与现有技术相比，其有益效果在于：

本实用新型提供了一种气体浓度平衡装置，其包括第一壳体和第二壳体，其中第一壳体内形成有供富氢气体流通的反应室，反应室内填充有催化剂，第一壳体的表面开设有连通反应室的第一进口和第一出口，第一进口与第一进气管相连接，含有一氧化碳的富氢气体通过第一进气管通入反应室，第一出口则与第一出气管相连接，经过反应去除一氧化碳的富氢气体通过第一出气管从反应室中流出，第二壳体紧贴第一壳体设置并与第一壳体固定连接，第二壳体内形成有供烟气流通的加热室，加热室内设有隔板，隔板的两端分别抵靠第二壳体并将加热室分隔为若干条相互连通的流道，第二壳体的表面还开设有连通加热室的第二进口和第二出口，第二进口与第二进气管相连接，甲醇重整制氢燃烧装置产生的烟气通过第二进气管流入加热室，第二出口与第二出气管相连接，在加热室中流动的烟气最终通过第二出气管流出加热室。基于上述结构，使用时通过第一进气管向第一壳体内通入富氢气体，进入第一壳体的富氢气体在第一壳体内流动并最终从第一出气管流出反应室，由于第一壳体内填充有催化剂，富氢气体内的一氧化碳可在催化剂的催化作用下与产生反应进而降低富氢气体的一氧化碳浓度，确保后续反应的正常进行。进一步的，净化一氧化碳的催化反应为吸热反应，其在反应过程中需要吸收大量热量。基于上述情况，本申请的第二壳体连接有第二进气管，甲醇重整制氢过程中燃烧装置产生的烟气可通过第二进气管进入加热室，由于第二壳体紧贴第一壳体设置并与其固定连接，第二壳体内的烟气在沿流道流动时能够对第一壳体内的催化剂进行加热进而确保反应室内反应的正常进行，加热室内的烟气在于催化剂发生热交换后自身温度降低，随后通过第二出气管流出加热室。如此，本申请的气体浓度平衡装置可对富氢气体中大量的一氧化碳进行浓度平衡，降低富氢气体中的一氧化碳含量，避免富氢气体的一氧化碳浓度过高对燃料电池造成损害，有效保证了后续反应的正常进行，同时本申请还利用燃烧装置产生的烟气对催化剂进行加热，进一步提高能量的利用率，降低烟气排放时的气体温度，同样降低了尾气对环境的不利影响。

附图说明

图1为本实用新型一些实施例的气体浓度平衡装置的结构示意图；

图2为本实用新型另外一些实施例的气体浓度平衡装置的结构示意图，此实施例中第一壳体设有多个；

图3为本实用新型一些实施例的第一壳体的外部结构示意图；

图4为本实用新型一些实施例的第一壳体的内部结构示意图；

图5为本实用新型一些实施例的第二壳体的外部结构示意图；

图6为本实用新型一些实施例的第二壳体的内部结构示意图；

图7为本实用新型一些实施例的隔板的结构示意图；

图8为本实用新型一些实施例的气体浓度平衡装置的侧视图；

图9为本实用新型一些实施例的气体浓度平衡装置的多级催化剂结构示意图。

图中，1、第一壳体；11、第一进口；12、第一出口；13、网孔；14、网板；15、第一凸包；16、催化剂；2、第二壳体；21、第二进口；22、第二出口；23、隔板；231、水平部；232、竖直部；24、第二凸包；3、第一进气管；4、第一出气管；5、第二进气管；6、第二出气管；7、加热板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

应当理解的是，本实用新型中采用术语“前”、“后”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区别开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下“前”信息也可以被称为“后”信息，“后”信息也可以被称为“前”信息。

如图1至图9所示，本实用新型提供了一种用于甲醇重整制氢的气体浓度平衡装置，其包括第一壳体1和第二壳体2，其中第一壳体1内形成有供富氢气体流通的反应室，反应室内填充有催化剂16，第一壳体1的表面开设有连通反应室的第一进口11和第一出口12，第一进口11与第一进气管3相连接，含有一氧化碳的富氢气体通过第一进气管3通入反应室，第一出口12则与第一出气管4相连接，经过反应去除一氧化碳的富氢气体通过第一出气管4从反应室中流出，第二壳体2紧贴第一壳体1设置并与第一壳体1固定连接，第二壳体2内形成有供烟气流通的加热室，加热室内设有隔板23，隔板23的两端分别抵靠第二壳体2并将加热室分隔为若干条相互连通的流道，第二壳体2的表面还开设有连通加热室的第二进口21和第二出口22，第二进口21与第二进气管5相连接，甲醇重整制氢燃烧装置产生的烟气通过第二进气管5流入加热室，第二出口22与第二出气管6相连接，在加热室中流动的烟气最终通过第二出气管6流出加热室。

基于上述结构，使用时通过第一进气管3向第一壳体1内通入富氢气体，进入第一壳体1的富氢气体在第一壳体1内流动并最终从第一出气管4流出反应室，由于第一壳体1内填充有催化剂16，富氢气体内的一氧化碳可在催化剂16的催化作用下与产生反应进而降低富氢气体的一氧化碳浓度，确保后续反应的正常进行。进一步的，净化一氧化碳的催化反应为吸热反应，其在反应过程中需要吸收大量热量。基于上述情况，本申请的第二壳体2连接有第二进气管5，甲醇重整制氢过程中燃烧装置产生的烟气可通过第二进气管5进入加热室，由于第二壳体2紧贴第一壳体1设置并与其固定连接，第二壳体2内的烟气在沿流道流动时能够对第一壳体1内的催化剂16进行加热进而确保反应室内反应的正常进行，加热室内的烟气在于催化剂16发生热交换后自身温度降低，随后通过第二出气管6流出加热室。如此，本申请的气体浓度平衡装置可对富氢气体中大量的一氧化碳进行浓度平衡，降低富氢气体中的一氧化碳含量，避免富氢气体的一氧化碳浓度过高对燃料电池造成损害，有效保证了后续反应的正常进行，同时本申请还利用燃烧装置产生的烟气对催化剂16进行加热，进一步提高能量的利用率，降低烟气排放时的气体温度，同样降低了尾气对环境的不利影响。

可以发现的是，第一壳体1的反应室容量有效，单位时间内对富氢气体的净化效果有限，因此为了进一步提升净化效率，如图2所示，在本申请的一些实施例中，第一壳体1设有多个，各第一壳体1固定连接后与第二壳体2固定连接，此时各第一壳体1内均填充有催化剂16，同时靠近第二壳体2的第一壳体1上开设有连通第一进气管3的第一进口11，远离第二壳体2的第一壳体1上开设有连通第一出气管4的第一出口12，富氢气体仍然从第一进气管3进入第一壳体1并流向各个第一壳体1并最终从第一出气管4流出。

进一步的，为了保证相邻第一壳体1之间的连通，如图4所示，第一壳体1的表面开设有网孔13，任意相邻两个第一壳体1通过网孔13相连通，各第一壳体1之间采用网孔13相连通，能够减少外部管路的设置使得整个结构更加紧凑。

可以发现的是，由于富氢气体内除了一氧化碳外还包括其他各种气体，此时为了降低富氢气体内的其他气体含量，操作人员还可以选择在多个第一壳体1中分别设置不同的催化剂16以实现对不同气体的净化，也即该气体浓度平衡装置可通过填装不同功用的催化剂16对富氢气体中的不同类型气体或降低浓度或净化，如一氧化碳、硫化物等，该气体浓度平衡装置的结构设计巧妙，对富氢气体的净化效果好。

进一步的，该气体浓度平衡装置采用薄壁不锈钢材质的钣金件满焊制造，需要在高温下承受至少500kpa的压力，此时则需要强化各第一壳体1之间以及第一壳体1与第二壳体2之间的连接效果避免各结构之间的连接处因压力过大而产生变形。因此如图3所示，在本申请的一些实施例中，第一壳体1上形成有若干个第一凸包15，各凸包在第一壳体1内均匀设置，任意相邻两个第一壳体1通过凸包对接后点焊连接，从而防止焊接点出现焊接变形，也同样能够提升焊接强度防止焊接点因第一壳体1内的气压压力过大出现变形，保证第一壳体1的正常使用。

进一步的，与之相类似的，第二壳体2内形成有与第一凸包15相对应的第二凸包24，装配时第一凸包15与第二凸包24一一对应，随后将第一凸包15与第二凸包24焊接连接从而实现第一壳体1与第二壳体2的固定连接。

可选的，如图3所示，在本申请的一些实施例中，第一壳体1内设有网板14，网板14设有两块，两块网板14分别靠近第一进口11和第一出口12设置，第一壳体1内的催化剂16设于两块网板14之间。基于上述结构，网板14能够对第一壳体1内的催化剂16进行限位，避免其堵塞第一进口11和第一出口12影响富氢气体的流入与流出。

进一步的，对于本申请中的气体浓度平衡装置而言，由于浓度平衡反应是吸热反应，那么进入第二壳体2的烟气在流道流动的过程中也会持续受到催化剂16的吸热进而降低自身温度，反应比较剧烈时接近第二出口22处的烟气的温度已下降较多，此时靠近第一出口12的催化剂16无法得到有效加热，其对富氢气体的处理效果也必然因此出现折扣。为了避免出现上述情况，保证净化反应的有效进行，如图1、图2和图9所示，在本申请的一些实施例中，该气体浓度平衡装置还包括加热板7，加热板7设于第一壳体1远离第二壳体2的一侧并与第一壳体1固定连接，加热板7可向第一壳体1释放热量以加热第一壳体1内的催化剂16。基于上述结构，加热板7能够配合第二壳体2同时完成对第一壳体1内催化剂16的加热，在反应的初始阶段也即即冷启动阶段，加热板7能够对催化剂16进行预热以缩短整个重整制氢设备的启动时间，同时在流道内烟气提供给第一壳体1内催化剂16的温度不足时，加热板7可进一步向第一壳体1提供额外的热量使催化剂16处于最佳的反应温度，提升浓度平衡反应能力。

显然，当第一壳体1设有多个时，为了强化对各第一壳体1的加热效果，加热板7也可以设有多块，此时各加热板7均与第一壳体1固定连接，任意相邻两块第一壳体1之间至少设有一块加热板7。

另外，如图5所示，对于本申请的第二壳体2而言，设于第二壳体2内的隔板23设有若干块，任意相邻两个隔板23分别与第二壳体2相对的两条侧边固定连接整个流道呈“S”形设置。基于上述结构，“S”形的流道能够进一步延长烟气在加热室内的停留时间，从而提升烟气与催化剂16的热交换效果，确保烟气包含的热量得到有效利用。

进一步的，如图7所示，在本申请的一些实施例中，隔板23包括相互垂直且连接为一体的水平部231和竖直部232，其中水平部231与第二壳体2的底面固定连接以提升隔板23与第二壳体2的连接效果，竖直部232远离水平部231的一端则抵靠第二壳体2的顶面以配合第二壳体2形成流道。

综上所述，本实用新型提供了一种气体浓度平衡装置，其包括第一壳体和第二壳体，第一壳体内形成有供富氢气体流通的反应室，反应室内填充有催化剂，第一壳体的表面开设有连通反应室的第一进口和第一出口，第一进口与第一进气管相连接，含有一氧化碳的富氢气体通过第一进气管通入反应室，第一出口则与第一出气管相连接，经过反应去除一氧化碳的富氢气体通过第一出气管从反应室中流出，第二壳体紧贴第一壳体设置并与第一壳体固定连接，第二壳体内形成有供烟气流通的加热室，加热室内设有隔板，隔板的两端分别抵靠第二壳体并将加热室分隔为若干条相互连通的流道，第二壳体的表面还开设有连通加热室的第二进口和第二出口，第二进口与第二进气管相连接，甲醇重整制氢燃烧装置产生的烟气通过第二进气管流入加热室，第二出口与第二出气管相连接，在加热室中流动的烟气最终通过第二出气管流出加热室。与现有技术相比，该气体浓度平衡装置可对富氢气体中大量的一氧化碳进行浓度平衡，降低富氢气体中的一氧化碳含量，避免富氢气体的一氧化碳浓度过高对燃料电池造成损害，有效保证了后续反应的正常进行，同时本申请还利用燃烧装置产生的烟气对催化剂进行加热，进一步提高能量的利用率，降低烟气排放时的气体温度，同样降低了尾气对环境的不利影响。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体浓度平衡装置，其特征在于，包括：

第一壳体，所述第一壳体内形成有供富氢气体流通的反应室，所述反应室内填充有催化剂，所述第一壳体的表面开设有连通所述反应室的第一进口和第一出口，所述第一进口与第一进气管相连接，所述第一出口与第一出气管相连接；

第二壳体，所述第二壳体紧贴所述第一壳体设置并与所述第一壳体固定连接，所述第二壳体内形成有供烟气流通的加热室，所述加热室内设有隔板，所述隔板的两端抵靠所述第二壳体并将所述加热室分隔为若干条相互连通的流道，所述第二壳体的表面还开设有连通所述加热室的第二进口和第二出口，所述第二进口与第二进气管相连接，所述第二出口与第二出气管相连接。

2.根据权利要求1所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述第一壳体设有多个，各所述第一壳体固定连接后与所述第二壳体固定连接，各所述第一壳体内均填充有所述催化剂。

3.根据权利要求2所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述第一壳体的表面开设有网孔，任意相邻两个所述第一壳体通过所述网孔相连通。

4.根据权利要求2所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述第一壳体上形成有第一凸包，任意相邻两个所述第一壳体通过所述第一凸包对接后点焊连接。

5.根据权利要求4所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述第一凸包设有若干个，各所述第一凸包在所述第一壳体内均匀设置。

6.根据权利要求2所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述第一壳体内设有网板，所述网板设有两块，两块所述网板分别靠近所述第一进口和所述第一出口设置，所述第一壳体内的所述催化剂设于两块所述网板之间。

7.根据权利要求6所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，还包括：

加热板，所述加热板设于所述第一壳体远离所述第二壳体的一侧并与所述第一壳体固定连接，所述加热板可向所述第一壳体释放热量以加热所述第一壳体内的所述催化剂。

8.根据权利要求7所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述加热板设有多块，各所述加热板均与所述第一壳体固定连接，任意相邻两块所述第一壳体之间至少设有一块所述加热板。

9.根据权利要求1所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述第二壳体内的所述隔板设有若干块，任意相邻两个所述隔板分别与所述第二壳体相对的两条侧边固定连接，所述流道呈“S”形设置。

10.根据权利要求9所述的气体浓度平衡装置，其特征在于，所述隔板包括相互垂直且连接为一体的水平部和竖直部，所述水平部与所述第二壳体的底面固定连接，所述竖直部远离所述水平部的一端抵靠所述第二壳体的顶面。