即時制氫發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括制氫子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)，制氫子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接；制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)用于發(fā)電；收集利用子系統(tǒng)連接發(fā)電子系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中收集水，或?qū)⑹占降乃茪渥酉到y(tǒng)的原料。本實用新型可收集發(fā)電子系統(tǒng)排出的余氣，并從中提取出氫氣、氧氣、水，氫氣、氧氣可以燃燒放熱，為發(fā)電子系統(tǒng)提供熱能，水可以傳輸至制氫子系統(tǒng)循環(huán)利用，系統(tǒng)不需要額外的水源。本實用新型可以提高系統(tǒng)發(fā)電的效率，節(jié)省能源。
【專利說明】即時制氫發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于氫氣制備及應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種氫氣發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種即時制氫發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀(jì)最理想的能源。這是因為，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠(yuǎn)不會用完。
[0003]氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦?fàn)柕臒崃?，是汽油發(fā)熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣里能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達(dá)2500°C，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。
[0004]在大自然中，氫的分布很廣泛。水就是氫的大“倉庫”，其中含有11%的氫。泥土里約有1.5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內(nèi)等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從水中制取氫，那么氫也將是一種價格相當(dāng)便宜的能源。
[0005]氫的用途很廣，適用性強。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學(xué)能、熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領(lǐng)，可將熱量儲存起來，作為房間內(nèi)取暖和空調(diào)使用。
[0006]氫作為氣體燃料，首先被應(yīng)用在汽車上。1976年5月，美國研制出一種以氫作燃料的汽車；后來，日本也研制成功一種以液態(tài)氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯(lián)邦德國的奔馳汽車公司已對氫氣進行了試驗，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了 110公里。
[0007]用氫作為汽車燃料，不僅干凈，在低溫下容易發(fā)動，而且對發(fā)動機的腐蝕作用小，可延長發(fā)動機的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現(xiàn)有汽車的構(gòu)造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4%的氫氣。用它作為汽車發(fā)動機燃料，就可節(jié)油40 %，而且無需對汽油發(fā)動機作多大的改進。
[0008]氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態(tài)的氫既可用作汽車、飛機的燃料，也可用作火箭、導(dǎo)彈的燃料。美國飛往月球的“阿波羅”號宇宙飛船和我國發(fā)射人造衛(wèi)星的長征運載火箭，都是用液態(tài)氫作燃料的。
[0009]另外，使用氫一氫燃料電池還可以把氫能直接轉(zhuǎn)化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯。當(dāng)然，由于成本較高，一時還難以普遍使用。[0010]現(xiàn)在世界上氫的年產(chǎn)量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中制取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4%的氫是用電解水的方法制取的，但消耗的電能太多，很不劃算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。而用甲醇、水重整制氫可減少化工生產(chǎn)中的能耗和降低成本，有望替代被稱為“電老虎”的“電解水制氫”的工藝，利用先進的甲醇蒸氣重整——變壓吸附技術(shù)制取純氫和富含CO2的混合氣體，經(jīng)過進一步的后處理，可同時得到氫氣和二氧化碳?xì)狻?br> [0011]甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫和二氧化碳，這是一個多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)方程如下:
[0012]CH3OH → C0+2H2(I)
[0013]H2CHCO → C02+H2(2)
[0014]CH30H+H20 → C02+3H2 (3)
[0015]重整反應(yīng)生成的H2和CO2,再經(jīng)過鈀膜分離將H2和CO2分離，得到高純氫氣。變壓吸附法的耗能高、設(shè)備大，且不適合小規(guī)模的氫氣制備。
[0016]現(xiàn)有的氫氣制備及發(fā)電系統(tǒng)中，氫氣發(fā)電機會排出一些余氣，主要包括尚未充分反應(yīng)的氫氣、氧氣、水蒸氣等，如今是將這些氣體排出，而其中的氫氣是危險氣體，存在一定的安全隱患。同時，這些氣體是有一定利用價值的。
[0017]此外，現(xiàn)有的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，通常是利用已經(jīng)制備好的氫氣發(fā)電，即制備氫氣與氫氣發(fā)電是分離的。首先利用制氫設(shè)備制備氫氣，將氫氣放置于氫氣緩沖罐中，而后通過氫氣緩沖罐中的氫氣發(fā)電。氫氣緩沖罐的體積較為龐大，不便攜帶，移動性較差，從而制約了氫氣制備及發(fā)電設(shè)備的便攜性。
[0018]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計一種新的氫氣發(fā)電系統(tǒng)，以便克服現(xiàn)有氫氣發(fā)電系統(tǒng)的上述缺陷。
實用新型內(nèi)容
[0019]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，可有效利用發(fā)電子系統(tǒng)后的余氣，提聞系統(tǒng)的效率。
[0020]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0021]一種即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)，制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接；
[0022]所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，所述制氫子系統(tǒng)包括固態(tài)氫氣儲存容器、液體儲存容器、原料輸送裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；
[0023]所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室的里面；
[0024]所述固態(tài)氫氣儲存容器、液體儲存容器分別與制氫設(shè)備連接；液體儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水；
[0025]所述固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備的啟動能源；
[0026]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；
[0027]氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°C?420°C ；
[0028]所述重整室上部的溫度為400°C?570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
[0029]所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C?570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；
[0030]所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15?5MPa的壓強，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強；
[0031]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行；
[0032]所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強之差大于等于0.7M Pa ；
[0033]所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%?78%，銀占22%?25% ；
[0034]所述制氫子系統(tǒng)將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)；所述傳輸管路設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，用于調(diào)整傳輸管路中的氣壓；所述發(fā)電子系統(tǒng)利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電；
[0035]所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括微處理器、氣體壓力傳感器、閥門控制器、出氣閥、出氣管路；所述氣體壓力傳感器設(shè)置于傳輸管路中，用以感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù)，并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進行比對；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設(shè)定時間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍，同時出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統(tǒng)，通過燃燒為制氫子系統(tǒng)的需加熱設(shè)備進行加熱；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統(tǒng)加快原料的輸送速度；
[0036]所述收集利用子系統(tǒng)連接發(fā)電子系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中收集水，利用收集到的水作為制氫子系統(tǒng)的原料，從而循環(huán)使用；
[0037]所述收集利用子系統(tǒng)包括氫水分離器、氫氣止回閥、氧水分離器、氧氣止回閥，將氫氣與水分離、氧氣與水分離。
[0038]一種即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:制氫子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)，制氫子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接；
[0039]所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)用于發(fā)電；
[0040]所述收集利用子系統(tǒng)連接發(fā)電子系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中收集水，或?qū)⑹占降乃茪渥酉到y(tǒng)的原料。
[0041]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述收集利用子系統(tǒng)包括氣水分離器，將收集到的水輸送至制氫子系統(tǒng)，從而循環(huán)利用。
[0042]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述收集利用子系統(tǒng)包括氫水分離器、氫氣止回閥，發(fā)電子系統(tǒng)的排氣通道出口連接氫水分離器的入口，氫水分離器出口處連接的管路內(nèi)設(shè)有氫氣止回閥；所述氫水分離器用于分離氫氣與水。
[0043]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述收集利用子系統(tǒng)還包括氫氧分離器，用于分離氫氣及氧氣；氫氧分離器設(shè)置于所述發(fā)電子系統(tǒng)排氣通道出口與氫水分離器之間。
[0044]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述收集利用子系統(tǒng)還包括氧水分離器、氧氣止回閥，用于收集氧氣；
[0045]所述收集利用子系統(tǒng)收集的氫氣與氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和發(fā)電子系統(tǒng)使用。
[0046]—種上述系統(tǒng)的制氫發(fā)電方法，所述制氫發(fā)電方法包括如下步驟:
[0047]所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)；
[0048]所述發(fā)電子系統(tǒng)利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電；
[0049]所述收集利用子系統(tǒng)連接發(fā)電子系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中收集水，或?qū)⑹占降乃茪渥酉到y(tǒng)的原料。
[0050]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述方法還包括:氧氣收集利用步驟，通過收集利用子系統(tǒng)收集氧氣；將收集到的氫氣和氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和發(fā)電子系統(tǒng)使用。
[0051]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述方法還包括:所述方法還包括:氫氣收集利用步驟，通過收集利用子系統(tǒng)收集氫氣；將收集到的氫氣和氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和發(fā)電子系統(tǒng)使用。
[0052]本實用新型的有益效果在于:本實用新型提出的即時制氫發(fā)電系統(tǒng)及方法，可收集發(fā)電子系統(tǒng)排出的余氣，并從中提取出氫氣、氧氣、水，氫氣、氧氣可以燃燒放熱，為發(fā)電子系統(tǒng)提供熱能，水可以傳輸至制氫子系統(tǒng)循環(huán)利用，系統(tǒng)不需要額外的水源。本實用新型可以提高系統(tǒng)發(fā)電的效率，節(jié)省能源。
[0053]此外，本實用新型還可以利用即時制備的氫氣發(fā)電，無需氫氣緩沖罐，通過氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)調(diào)整傳輸管路中的氫氣氣壓；由于氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的體積很小，因而能夠進一步提高制氫發(fā)電系統(tǒng)的便攜性、可移動性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1為實施例一中本實用新型即時制氫發(fā)電系統(tǒng)的組成示意圖。
[0055]圖2為實施例一中收集利用子系統(tǒng)的工作示意圖。
[0056]圖3為實施例二中本實用新型即時制氫發(fā)電系統(tǒng)的組成示意圖。
[0057]圖4為實施例三中制氫子系統(tǒng)的組成示意圖。
[0058]圖5為實施例四中制氫子系統(tǒng)的組成示意圖。
[0059]圖6為實施例四中第一啟動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0060]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的優(yōu)選實施例。
[0061]實施例一
[0062]請參閱圖1，本實用新型揭示了一種即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:制氫子系統(tǒng)100、發(fā)電子系統(tǒng)300、收集利用子系統(tǒng)400，制氫子系統(tǒng)100、發(fā)電子系統(tǒng)200、收集利用子系統(tǒng)400依次連接；
[0063]所述制氫子系統(tǒng)100利用甲醇水制備氫氣,將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)300用于發(fā)電；
[0064]所述收集利用子系統(tǒng)400連接發(fā)電子系統(tǒng)300的排氣通道出口，從排出的氣體中收集氫氣，或利用收集到的氫氣供制氫子系統(tǒng)100或/和發(fā)電子系統(tǒng)300使用。
[0065]如圖2所示，所述收集利用子系統(tǒng)400包括氫水分離器401、氫氣止回閥402，發(fā)電子系統(tǒng)300的排氣通道出口連接氫水分離器401的入口，氫水分離器401出口處連接的管路內(nèi)設(shè)有氫氣止回閥402，防止氫氣倒灌；所述氫水分離器401用于分離氫氣與水。此外，所述收集利用子系統(tǒng)還包括氫氧分離器，用于分離氫氣及氧氣；氫氧分離器設(shè)置于所述發(fā)電子系統(tǒng)排氣通道出口與氫水分尚器之間。
[0066]本實施例中，所述收集利用子系統(tǒng)400還包括氧水分離器411、氧氣止回閥412,用于收集氧氣。所述收集利用子系統(tǒng)400收集的氫氣與氧氣供制氫子系統(tǒng)100使用，也可以供發(fā)電子系統(tǒng)300使用。此外，收集到的氧氣可以存放于設(shè)定容器中，供人們吸氧；收集到的水可以供人們飲用。
[0067]由于所述收集利用子系統(tǒng)包括氣水分離器(如上述氫水分離器、氧水分離器)，因此可以收集到水(比原料中的水分還要多若干倍，因為甲醇中也含有氫原子，制得氫氣后與氧氣反應(yīng)得到水)，將水輸送至制氫子系統(tǒng)100，原料水可以循環(huán)利用，無需另外添加。
[0068]因此，本實用新型系統(tǒng)可以從發(fā)電子系統(tǒng)的余氣中收集氫氣、氧氣、水等有用物質(zhì)，可以提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，同時節(jié)省原料(水)。
[0069]實施例二
[0070]本實施例與實施例一的區(qū)別在于，本實施例中，請參閱圖3，本實用新型即時制氫發(fā)電系統(tǒng)包括制氫子系統(tǒng)100、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)200、發(fā)電子系統(tǒng)300，制氫子系統(tǒng)100、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)200、發(fā)電子系統(tǒng)300依次連接。所述制氫子系統(tǒng)100利用甲醇水制備氫氣，將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)300 ;所述傳輸管路設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)200，用于調(diào)整傳輸管路中的氣壓；所述發(fā)電子系統(tǒng)300利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電。
[0071]所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，所述制氫子系統(tǒng)包括固態(tài)氫氣儲存容器、液體儲存容器、原料輸送裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置。
[0072]如圖3所示，所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)200包括微處理器21、氣體壓力傳感器22、閥門控制器23、出氣閥24、出氣管路25。所述氣體壓力傳感器22設(shè)置于傳輸管路中，用以感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù)，并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器21 ;所述微處理器21將從氣體壓力傳感器22接收的該氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進行比對，并以此控制出氣閥24的開關(guān)。當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值，微處理器21控制閥門控制器23打開出氣閥設(shè)定時間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍.優(yōu)選地，出氣管路25的一端連接出氣閥24，另一端連接所述制氫子系統(tǒng)100，通過燃燒為制氫子系統(tǒng)100的需加熱設(shè)備(如重整室)進行加熱；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值，微處理器21控制所述制氫子系統(tǒng)100加快原料的輸送速度，從而提高制氫速度。
[0073]以上介紹了本實用新型即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，本實用新型在揭示上述即時制氫發(fā)電系統(tǒng)的同時，還揭示一種上述即時制氫發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法，所述發(fā)電方法包括:
[0074]【步驟SI】所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)。
[0075]所述制氫子系統(tǒng)制備氫氣的過程包括:
[0076]固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備的啟動能源；
[0077]所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5M Pa的壓強，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強；
[0078]制氫設(shè)備制備氫氣；
[0079]所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強之差大于等于0.7M Pa (如1.1MPa)。
[0080]【步驟S2】所述傳輸管路設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，調(diào)整傳輸管路中的氣壓；所述氣體壓力傳感器設(shè)置于傳輸管路中，感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù)，并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器；所述微處理器根據(jù)所述氣體壓力傳感器感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)控制出氣閥的開關(guān)。
[0081]所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)進行氣壓調(diào)節(jié)時具體包括:所述微處理器將所述氣體壓力傳感器感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進行比對；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設(shè)定時間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統(tǒng)加快原料的輸送速度。
[0082]【步驟S3】所述發(fā)電子系統(tǒng)利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電。
[0083]實施例三
[0084]本實施例與實施例一的區(qū)別在于，本實施例中，請參閱圖4，所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，所述制氫子系統(tǒng)包括固態(tài)氫氣儲存容器80、液體儲存容器10、原料輸送裝置50、制氫設(shè)備20、膜分離裝置30。
[0085]所述固態(tài)氫氣儲存容器80、液體儲存容器10分別與制氫設(shè)備20連接；液體儲存容器10中儲存有液態(tài)的甲醇和水，所述固態(tài)氫氣儲存容器80中儲存固態(tài)氫氣。
[0086]當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣儲存容器80中的固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備20提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備20的啟動能源。當(dāng)然，固態(tài)氫氣儲存容器80不是本實用新型的必要設(shè)備，可以通過其他能源啟動制氫設(shè)備20。
[0087]所述原料輸送裝置50提供動力，將液體儲存容器10中的原料輸送至制氫設(shè)備20 ；所述原料輸送裝置50向原料提供0.15~5M Pa的壓強(如提供0.2M Pa或1.1M Pa或1.2MPa或1.5M Pa或5M Pa的壓強)，使得制氫設(shè)備20制得的氫氣具有足夠的壓強。所述制氫設(shè)備20啟動制氫后，制氫設(shè)備20制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備20運行(當(dāng)然，制氫設(shè)備20的運行還可以通過其他能源)。 [0088]所述制氫設(shè)備20制得的氫氣輸送至膜分離裝置30進行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置30的內(nèi)外壓強之差大于等于0.7M Pa (如膜分離裝置30的內(nèi)外壓強為0.7M Pa或 1.1M Pa 或 1.2M Pa 或 1.5M Pa 或 5M Pa)。
[0089]本實施例中，所述膜分離裝置30為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25%。所述膜分離裝置30的制備工藝包括如下步驟:
[0090]步驟1、將多孔陶瓷設(shè)置于磁控濺射裝置的真空室內(nèi)；
[0091]步驟2、利用磁控濺射裝置的磁場產(chǎn)生機構(gòu)產(chǎn)生磁場，使得金屬靶產(chǎn)生偏差電流，金屬靶作為負(fù)極，從而使多孔陶瓷表面帶有磁層體；所述金屬靶的材料為濺射貴重金屬，所述貴重金屬為鈀銀合金，質(zhì)量百分比鈀占75%~78%，銀占22%~25% ；
[0092]步驟3、在金屬靶產(chǎn)生偏差電流的同時，對磁控濺射裝置的真空室進行加熱，溫度控制在350°C~800°C ；
[0093]步驟4、抽出真空室內(nèi)的氣體，當(dāng)真空室內(nèi)的真空度小于10_2Pa時，向真空室內(nèi)充入設(shè)定濃度的氬氣；
[0094]步驟5、向金屬靶通入電流，進行濺射鍍膜；金屬靶產(chǎn)生的離子在電場的作用下加速飛向多孔陶瓷表面的過程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向多孔陶瓷表面；氬離子在電場的作用下加速轟擊金屬靶，濺射出大量的金屬靶靶材原子或分子，呈中性的靶原子或分子沉積在多孔陶瓷表面上，形成I~15 μ m的貴重金屬薄膜；
[0095]其中，在濺射鍍膜的過程中還包括氬氣濃度檢測步驟；實時或者以設(shè)定時間間隔檢測真空室內(nèi)的氬氣濃度，當(dāng)氬氣濃度低于設(shè)定閾值時自動打開氬氣充氣閥門，向真空室內(nèi)充入氬氣，直至真空室內(nèi)的氬氣濃度符合設(shè)定閾值范圍；
[0096]在濺射鍍膜的過程中還包括氣壓檢測步驟；實時或者以設(shè)定時間間隔檢測真空室內(nèi)的氣壓，當(dāng)真空室內(nèi)的氣壓不在設(shè)定`閾值區(qū)間，調(diào)整真空室內(nèi)的氣壓至設(shè)定閾值區(qū)間；
[0097]步驟6、向真空室內(nèi)通入大氣，取出工件。
[0098]優(yōu)選地，所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室的上部。
[0099]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為350°C~409°C;所述重整室上部的溫度為400°C~570°C;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400°C~5700C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。
[0100]以上介紹了甲醇水制氫子系統(tǒng)的組成，本實用新型還揭示一種利用上述甲醇水制氫子系統(tǒng)的制氫方法，所述制氫方法包括:
[0101]【步驟O】所述固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備的啟動能源；
[0102]【步驟I】所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15~5M Pa的壓強，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強；
[0103] 【步驟2】制氫設(shè)備制備氫氣；具體包括:
[0104]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進入氣化室氣化；
[0105]氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300°C~420°C ；
[0106]所述重整室上部的溫度為400°C~570°C ;重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；
[0107]所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C~570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。
[0108]【步驟3】所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強之差大于等于0.7M Pa ；
[0109]本實施例中，制氫子系統(tǒng)將分離室設(shè)置于重整室的上部，重整室上部相比中部及下部的溫度較高，通過連接管路連接重整室與分離室，連接管路在輸送的過程中能利用重整室上部的高溫加熱輸送的氣體，起到預(yù)熱作用，同時加熱方式非常便捷。在重整室與分離室之間的管路作為預(yù)熱控溫機構(gòu)，可以對從重整室輸出的氣體進行加熱，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；從而可以分別保證重整室內(nèi)催化劑的低溫要求，以及分離室的高溫要求，進而提高氫氣制備效率。
[0110]實施例四
[0111]本實施例與實施例三的區(qū)別在于,本實施例中，制氫子系統(tǒng)不設(shè)置固態(tài)氫氣儲存容器80，請參閱圖5，制氫子系統(tǒng)包括:液體儲存容器10、原料輸送裝置50、快速啟動裝置、制氫設(shè)備20、膜分離裝置30。所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置40、第二啟動裝置60。
[0112]如圖6所不,所述第一啟動裝置40包括殼體41、第一加熱機構(gòu)42、第一氣化管路43，第一氣化管路43的內(nèi)徑為I~2mm，第一氣化管路43緊密地纏繞于第一加熱機構(gòu)42上；第一加熱機構(gòu)42可以為電加熱棒，利用交流電或蓄電池、干電池即可。
[0113]所述第一氣化管路43的一端連接液體儲存容器10，甲醇被送入第一氣化管路43中；第一氣化管路43的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機構(gòu)點火燃燒；或者，第一氣化管路43的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從第一氣化管路43輸出后直接自燃。
[0114]所述第二啟動裝置60包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設(shè)置于所述重整室內(nèi)，第二氣化管路為重整室加熱(還可以為制氫系統(tǒng)其他單元加熱)。第一氣化管路43或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣?br> [0115]首先，需要第一氣化管路43輸出的甲醇加熱第二氣化管路，待第二氣化管路可以持續(xù)產(chǎn)生氣化的甲醇后設(shè)定時間，可以選擇關(guān)閉第一啟動裝置40，而由第二氣化管路輸出的甲醇為第二氣化管路加熱；這樣可以進一步減少對外部能源的依賴。[0116]請參閱圖6，為了提高制氫設(shè)備的加熱速度，在所述制氫設(shè)備20的重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路21，加熱管路21內(nèi)放有催化劑(如可以將加熱溫度控制在380°C~480°C);所述快速啟動裝置40通過加熱所述加熱管路21為重整室加熱，可以提高加熱效率。
[0117]所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；此時，可以關(guān)閉快速啟動裝置。
[0118]以上介紹了本實用新型甲醇水制氫系統(tǒng)的組成，本實用新型在揭示上述制氫系統(tǒng)的同時,還揭示一種上述甲醇水制氫系統(tǒng)的制氫方法,所述方法包括如下步驟:
[0119]【步驟SI】快速啟動步驟；所述制氫系統(tǒng)利用快速啟動裝置提供啟動能源啟動。具體包括:
[0120]第一啟動裝置的第一加熱機構(gòu)通電設(shè)定時間，待第一加熱機構(gòu)達(dá)到設(shè)定溫度后向第一氣化管路通入甲醇；由于第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機構(gòu)上，甲醇溫度逐步升高；第一氣化管路輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機構(gòu)點火燃燒；或者，第一氣化管路輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃；
[0121]氣化的甲醇通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動能源；同時，第一氣化管路輸出的甲醇燃燒還為第二啟動裝置的第二氣化管路加熱，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣?br> [0122]待第二氣化管路中輸出氣化的甲醇后，關(guān)閉第一啟動裝置，由第二啟動裝置的第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱，同時加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣凰鲋卣覂?nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱。
[0123]【步驟S2】系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；待制氫系統(tǒng)運行制得足夠的氫氣，關(guān)閉快速啟動裝置；由制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行。`
[0124]綜上所述，本實用新型提出的即時制氫發(fā)電系統(tǒng)及方法，可收集發(fā)電子系統(tǒng)排出的余氣，并從中提取出氫氣、氧氣、水，氫氣、氧氣可以燃燒放熱，為發(fā)電子系統(tǒng)提供熱能，水可以傳輸至制氫子系統(tǒng)循環(huán)利用，系統(tǒng)不需要額外的水源。本實用新型可以提高系統(tǒng)發(fā)電的效率，節(jié)省能源。
[0125]這里本實用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實用新型的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本實用新型范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種即時制氫發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:制氫子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)，制氫子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接； 所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至發(fā)電子系統(tǒng)用于發(fā)電； 所述收集利用子系統(tǒng)連接發(fā)電子系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中收集水，或?qū)⑹占降乃茪渥酉到y(tǒng)的原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 所述收集利用子系統(tǒng)包括氣水分離器，將收集到的水輸送至制氫子系統(tǒng)，從而循環(huán)利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 所述收集利用子系統(tǒng)包括氫水分離器、氫氣止回閥，發(fā)電子系統(tǒng)的排氣通道出口連接氫水分離器的入口，氫水分離器出口處連接的管路內(nèi)設(shè)有氫氣止回閥；所述氫水分離器用于分離氫氣與水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 所述收集利用子系統(tǒng)還包括氫氧分離器，用于分離氫氣及氧氣；氫氧分離器設(shè)置于所述發(fā)電子系統(tǒng)排氣通道出口與氫水分離器之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的即時制氫發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 所述收集利用子系統(tǒng)包括氧水分離器、氧氣止回閥，用于收集氧氣； 所述收集利用子系統(tǒng)收集的氫氣與氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和發(fā)電子系統(tǒng)使用。
【文檔編號】H01M8/22GK203589151SQ201320728873
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】向華, 向得夫, 孫婧菁 申請人:上海合既得動氫機器有限公司