一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的重整制氫系統(tǒng)，甲醇水需要經(jīng)過加熱汽化，再經(jīng)過加熱重整，完成制氫過程，整個過程為吸熱過程，較佳的反應(yīng)溫度為250度左右。目前的加熱方法主要是通過燃料燃燒產(chǎn)生高溫氣體，再利用高溫氣體對汽化室和重整室加熱，氣體作為換熱介質(zhì)，由于氣體攜帶的熱量小，離熱源較遠(yuǎn)與較近的位置溫差大，容易使重整室受熱不均勻，使重整制氫效率變低，并且中途停機再啟動時間較長，目前普遍為20分鐘至I小時。同時也有利用燃燒火焰直接加熱汽化室和重整室，由于火焰溫度高，對汽化室和重整室容易造成燒蝕，并且溫度也更難控制，更容易導(dǎo)致重整室受熱不均勻。另外也有采用燃燒加熱浴爐或者電熱浴爐式的重整制氫系統(tǒng)，壽命比較短而且效率低。從結(jié)構(gòu)上來看，現(xiàn)有的重整制氫系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比較分散，不夠緊湊，導(dǎo)致適用的場合受限；從能源的利用率來看，這些重整制氫系統(tǒng)對能量的利用率較低，不夠節(jié)能和環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊從而能夠適用較多的應(yīng)用場合、對能源的利用率高以具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)點的重整制氫系統(tǒng)。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，包括依次連接的無焰燃燒室、重整室以及熱交換器，所述無焰燃燒室包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整室的鼓風(fēng)機，所述無焰燃燒室與重整室之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整室的吸熱片，所述重整室包括反應(yīng)部、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽以及氫氣流出流道，所述熱交換器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、甲醇水加熱管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口與甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽連通，所述氫氣流出流道與熱交換管路連通。
[0005]優(yōu)選的，所述反應(yīng)部包括若干并列排布的翅片組。
[0006]優(yōu)選的，所述無焰燃燒室包括與電堆的余氣管道連通的氣流進(jìn)口，電堆的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室進(jìn)行燃燒。
[0007]優(yōu)選的，所述無焰燃燒室包括電加熱裝置以及甲醇水第二注入口。
[0008]優(yōu)選的，所述重整室包括能夠?qū)⒏邷貜U氣導(dǎo)入熱交換器中的廢氣流出口，所述熱交換器包括與甲醇水加熱管路接觸的廢氣流通管路以及將廢氣排出的廢氣排出口，所述廢氣排出口與廢氣流通管路連通。
[0009]優(yōu)選的，所述甲醇水加熱管路中設(shè)置有三乙二醇溶液。
[0010]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點，在正常工作時，其中無焰燃燒室的燃燒原料來自于電堆中未完全反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳，在對能源的利用上來看，本發(fā)明能夠利用通過電堆的未反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳來使無焰燃燒室運行，不需要整個系統(tǒng)外再接入燃燒原料進(jìn)行加熱重整室，非常節(jié)能環(huán)保，并且整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上非常精巧緊湊，可以適合更多的應(yīng)用場合。
【附圖說明】
[0011]圖1為便于理解，增加了電堆部分的結(jié)構(gòu)示意簡圖，虛線框中為本發(fā)明的一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意簡圖，；
圖2為本發(fā)明的重整室與無煙燃燒室裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的重整室去掉外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖一；
圖4為本發(fā)明的重整室去掉外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖二；
圖5為本發(fā)明的熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖5的爆炸圖。
[0012]圖中:1、無焰燃燒室；11、鼓風(fēng)機；12、氣流進(jìn)口；13、電加熱裝置；14、甲醇水第二注入口； 2、重整室;21、反應(yīng)部;211、翅片組;22、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽;23、氫氣流出流道;24、廢氣流出口；3、熱交換器;31、甲醇水第一注入口；32、甲醇水汽化通道;33、甲醇水加熱管路；34、甲醇蒸汽出口； 35、廢氣流通管路;36、廢氣排出口4、吸熱片;5、電堆;51、余氣管道。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]如圖1至圖6所示，一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，包括依次連接的無焰燃燒室1、重整室2以及熱交換器3，所述無焰燃燒室I包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整室2的鼓風(fēng)機11，所述無焰燃燒室I與重整室2之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整室2的吸熱片4，所述重整室2包括反應(yīng)部21、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽22以及氫氣流出流道23，所述熱交換器3包括甲醇水第一注入口 31、甲醇水汽化通道32、甲醇水加熱管路33以及甲醇蒸汽出口 34，所述甲醇蒸汽出口 34與甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽22連通。
[0015]本發(fā)明的工作原理如下:首先無焰燃燒器運行，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^鼓風(fēng)機11引導(dǎo)吹向散熱片，吸熱片4吸收熱量并將熱量傳遞到重整室2，熱量傳遞均勻，重整室2可以保持正常的工作溫度，能夠滿足甲醇蒸汽進(jìn)行重整反應(yīng)的溫度要求。高溫廢氣經(jīng)過重整室2后進(jìn)入熱交換器3，熱交換器3的作用是將甲醇水溶液進(jìn)行加溫汽化形成甲醇蒸汽，甲醇蒸汽再送至重整室2的反應(yīng)部21進(jìn)行重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、二氧化碳以及少量的一氧化碳，這些氣體作為工作氣體通過重整室2中的氫氣流出流道23再進(jìn)入熱交換器3，工作氣體在經(jīng)過熱交換器3時可以對甲醇水進(jìn)行加熱后再進(jìn)入電堆5進(jìn)行發(fā)電，前述的高溫廢氣進(jìn)入熱交換器3后同樣可以對甲醇水進(jìn)行加熱，最后通過廢氣排出口排到室外。
[0016]參照圖2，無焰燃燒室I包括與電堆5的余氣管道連通的氣流進(jìn)口，電堆5的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室I進(jìn)行燃燒。在正常工作時，其中無焰燃燒室I的原料來自于電堆5中未完全反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳，在對能源的利用上來看，本發(fā)明能夠利用通過電堆5的未反應(yīng)的氫氣以及一氧化碳來使無焰燃燒室I運行，不需要整個系統(tǒng)外再接入燃燒原料進(jìn)行加熱重整室2，非常節(jié)能環(huán)保，并且整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上非常精巧緊湊，可以適合更多的應(yīng)用場合。
[0017]本發(fā)明中，反應(yīng)部21包括若干并列排布的翅片組211，甲醇蒸汽經(jīng)過甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽22進(jìn)入反應(yīng)部21進(jìn)行反應(yīng)，翅片組211可以均勻的從高溫氣體中吸收熱量，重整室2中各處的溫度均勻，重整反應(yīng)效率高。
[0018]重整室2包括能夠?qū)⒏邷貜U氣導(dǎo)入熱交換器3中的廢氣流出口24，熱交換器3包括與甲醇水加熱管路33接觸的廢氣流通管路35以及將廢氣排出的廢氣排出口 36，所述廢氣排出口 36與廢氣流通管路35連通。
[0019]另外，無焰燃燒室I在工作時，其燃燒原料來自于電堆5余氣，而在啟動時，可以通過以下方案來實現(xiàn)，無焰燃燒室I包括電加熱裝置131，電加熱裝置13包括電熱絲，電熱絲首先通電加熱無焰燃燒室I，當(dāng)無焰燃燒室I的溫度升高至175°C時，通過甲醇水第二注入口 14向無焰燃燒室I中加入甲醇溶液，甲醇溶液經(jīng)過加熱汽化后進(jìn)行無焰燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣通過吸熱片4進(jìn)行熱傳導(dǎo)從而對重整室2進(jìn)行加熱，經(jīng)過重整室2的高溫廢氣再對熱交換器3進(jìn)行加熱，當(dāng)熱交換器3中的溫度能夠滿足對甲醇溶液加熱汽化的時候向熱交換器3中通入甲醇溶液，然后甲醇溶液便會汽化，甲醇蒸汽再送至重整室2的反應(yīng)部進(jìn)行重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、二氧化碳以及少量的一氧化碳，這些氣體作為工作氣體通過重整室2中的氫氣流出流道23再進(jìn)入熱交換器3，工作氣體在經(jīng)過熱交換器3時可以對甲醇水進(jìn)行加熱后再進(jìn)入電堆5進(jìn)行發(fā)電，電堆5的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室進(jìn)行燃燒，至此，可以停止向甲醇水第二注入口 14中注入甲醇溶液，整個重整制氫系統(tǒng)后續(xù)的工作過程進(jìn)入正常工作流程，正常工作的流程如前述。
[0020]在本發(fā)明中，高溫廢氣對甲醇水的加熱以及工作氣體對甲醇水的加熱是通過熱交換器3中的甲醇水加熱管路33來實現(xiàn)，甲醇水加熱管路33中設(shè)置有三乙二醇溶液可以吸收高溫廢氣以及工作氣體中的熱量，三乙二醇溶液在甲醇水加熱管路33中循環(huán)流動來對甲醇溶液進(jìn)行加熱。
[0021]以上所述僅是發(fā)明的優(yōu)選實施方式，發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的無焰燃燒室、重整室以及熱交換器，所述無焰燃燒室包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整室的鼓風(fēng)機，所述無焰燃燒室與重整室之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整室的吸熱片，所述重整室包括反應(yīng)部、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽以及氫氣流出流道，所述熱交換器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、甲醇水加熱管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口與甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，其特征在于:所述反應(yīng)部包括若干并列排布的翅片組。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，其特征在于:所述無焰燃燒室包括與電堆的余氣管道連通的氣流進(jìn)口，電堆的余氣通過氣流進(jìn)口進(jìn)入無焰燃燒室進(jìn)行燃燒。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，其特征在于:所述無焰燃燒室包括電加熱裝置以及甲醇水第二注入口。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，其特征在于:所述重整室包括能夠?qū)⒏邷貜U氣導(dǎo)入熱交換器中的廢氣流出口，所述熱交換器包括與甲醇水加熱管路接觸的廢氣流通管路以及將廢氣排出的廢氣排出口，所述廢氣排出口與廢氣流通管路連通。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)，其特征在于:所述甲醇水加熱管路中設(shè)置有三乙二醇溶液。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于甲醇燃料電池組的重整制氫系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：包括依次連接的無焰燃燒室、重整室以及熱交換器，所述無焰燃燒室包括將無焰燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣吹向重整室的鼓風(fēng)機，所述無焰燃燒室與重整室之間設(shè)置有能夠?qū)⒏邷貜U氣的熱量傳遞給重整室的吸熱片，所述重整室包括反應(yīng)部、甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽以及氫氣流出流道，所述熱交換器包括甲醇水第一注入口、甲醇水汽化通道、甲醇水加熱管路以及甲醇蒸汽出口，所述甲醇蒸汽出口與甲醇蒸汽流入導(dǎo)槽連通，所述氫氣流出流道與熱交換管路連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊能夠適用較多的應(yīng)用場合、對能源的利用率高具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。
【IPC分類】H01M8/1011, H01M8/0662, H01M8/0606
【公開號】CN105633438
【申請?zhí)枴緾N201610141795
【發(fā)明人】沈建躍, 陳剛
【申請人】常州博能新能源有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月11日