技术领域
[0001] 本
发明属于制氢设备技术领域，涉及一种甲醇水重整制氢设备，尤其涉及一种甲醇水重整制氢设备的重整装置；同时，本发明还涉及一种甲醇水重整制氢发电设备。
背景技术
[0002] 甲醇水重整制氢设备是利用甲醇水在高温及催化剂的条件下发生化学反应制得氢气的设备；如今已经实现了小型化。如中国
专利CN201510476342.5揭示的一种甲醇水重整制氢发
电机，详细介绍了甲醇水重整制氢设备的结构。
[0003] 经过最近几年的进一步发展，按照上述专利揭示的方案，当重整室加热到要求
温度时，冷的甲醇水直接从上部进入盘管
气化；并且目前的重整室是圆柱体结构。现有结构存在缺点：在运行过程中会有上下温度差异的现象，而直接冷的甲醇水进入会加剧温度差异的产生，从而影响重整室的效率及寿命。
[0004] 有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的甲醇水重整制氢设备的重整装置，以便克服现有重整装置存的上述
缺陷。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种甲醇水重整制氢设备的重整装置，可提高加热的均匀性，提高设备的效率，延长设备寿命。
[0006] 本发明还提供一种甲醇水重整制氢设备及方法，可提高加热的均匀性，提高设备的效率，延长设备寿命。
[0007] 此外，本发明还提供一种甲醇水重整制氢发电设备及方法，可提高加热的均匀性，提高设备的效率，延长设备寿命。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种甲醇水重整制氢设备的重整装置，所述重整装置包括：
燃烧室、预加热室、气化室、重整室、导
热机构；
[0010] 所述重整室的中部为中空结构，作为重整室的加热区域；重整室的加热区域内设置所述导热机构；
[0011] 所述重整室包括第一壳体、第二壳体，第一壳体与第二壳体之间设有催化剂，第一壳体与第二壳体之间作为化学反应发生区域；重整室设有反应气体输入口、富氢气体输出口；所述反应气体输入口连接所述气化室；
[0012] 所述燃烧室设置于重整室下方；所述导热机构包括导热
底板、若干具有不同长度的导
热管；所述导热底板设有若干孔，各个孔分别连接对应的导热管；各导热管的第一端连接燃烧室，第二端设置于重整室的不同高度，将可燃气体或/和燃烧释放的热量送到重整室加热区域不同的高度，为重整室不同
位置进行均匀加热；
[0013] 所述气化室设有原料气化区域，气化室的主体部分设置于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化；
[0014] 所述气化室包括盘管；盘管的主要部分呈螺旋状设置于加热区域、通过第一壳体固定设置，或者，盘管的主要部分设置于化学反应发生区域、被催化剂所包围；
[0015] 所述预加热室设置于所述重整室加热区域的下部；预加热室设有预热
流体入口、预热流体出口，预热流体入口连接原料输送管路，预热流体出口通过管路连接所述气化室。
[0016] 一种甲醇水重整制氢设备的重整装置，所述重整装置包括：燃烧室、气化室、重整室、导热机构；
[0017] 所述重整室的中部为中空结构，作为重整室的加热区域；重整室的加热区域内设置所述导热机构；
[0018] 所述重整室包括第一壳体、第二壳体，第一壳体与第二壳体之间设有催化剂，第一壳体与第二壳体之间作为化学反应发生区域；重整室设有反应气体输入口、富氢气体输出口；所述反应气体输入口连接所述气化室；
[0019] 所述燃烧室设置于重整室下方；所述导热机构包括若干导热管，各导热管的第一端连接燃烧室，第二端设置于重整室的不同高度；
[0020] 所述气化室设有原料气化区域，气化室的主体部分设置于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化。
[0021] 作为本发明的一种优选方案，所述重整装置还设有预加热室；所述预加热室设置于所述重整室加热区域的下部；预加热室设有预热流体入口、预热流体出口，预热流体入口连接原料输送管路，预热流体出口通过管路连接所述气化室。
[0022] 作为本发明的一种优选方案，所述气化室包括盘管；盘管的主要部分呈螺旋状设置于加热区域、通过第一壳体固定设置，或者，盘管的主要部分设置于化学反应发生区域、被催化剂所包围。
[0023] 作为本发明的一种优选方案，所述导热机构包括导热底板、若干具有不同长度的导热管；所述导热底板设有若干孔，各个孔分别连接对应的导热管。
[0024] 一种甲醇水重整制氢设备，所述甲醇水重整制氢设备包括：上述的重整装置。
[0025] 作为本发明的一种优选方案，所述甲醇水重整制氢设备还包括钯膜分离装置，钯膜分离装置设置于所述重整装置的加热区域，能利用加热区域的热量为自身加热；
[0026] 所述重整装置的富氢气体输出口连接钯膜分离装置，钯膜分离装置将重整装置输出的富氢气体分离为两部分，一部分为高纯度氢气，另一部分为余气；
[0027] 所述钯膜分离装置设有高纯度氢气输出口、余气输出口，余气输出口与燃烧室之间设有余气输送管路，余气能通过余气输送管路输送至燃烧室，重整装置及钯膜分离装置利用余气燃烧的热量工作。
[0028] 一种甲醇水重整制氢发电设备，所述甲醇水重整制氢发电设备包括：上述的甲醇水重整制氢设备，以及氢
燃料电池；甲醇水重整制氢设备连接
氢燃料电池，氢燃料电池能利用甲醇水重整制氢设备制得的氢气发出直流电。
[0029] 一种上述的甲醇水重整制氢设备的制氢方法，所述制氢方法包括如下步骤：
[0030] 步骤S1、燃烧室利用甲醇水重整制氢设备中钯膜分离器分离出的余气燃烧放热，可维持甲醇水重整制氢设备及其重整装置的运行；
[0031] 步骤S2、摩尔比为1:1的甲醇水液体原料经过液体
泵及原料输送管路输送至预加热室；预加热室设置于重整室加热区域的下部、燃烧室的上部，具有高温，甲醇水液体原料通过该区域进行预热；
[0032] 步骤S3、经过预热的原料进入气化室气化，气化室的主要部分为盘管，盘管位于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化；
[0033] 导热机构包括若干具有不同长度的导热管，能将重整室加热区域的温度做到均匀，避免局部
过热而其他区域温度不足；
[0034] 步骤S4、气化后的甲醇水原料进入重整室在催化剂的催化下重整，生成H2及CO2；将生成的气体输送至钯膜分离器；
[0035] 步骤S5、钯膜分离装置设置于所述重整装置的加热区域，能利用加热区域的热量为自身加热；所述重整装置的富氢气体输出口连接钯膜分离装置，钯膜分离装置将重整装置输出的富氢气体分离为两部分，一部分为高纯度氢气，另一部分为余气；
[0036] 所述钯膜分离装置设有高纯度氢气输出口、余气输出口，余气输出口与燃烧室之间设有余气输送管路，余气能通过余气输送管路输送至燃烧室，重整装置及钯膜分离装置利用余气燃烧的热量工作。
[0037] 一种上述的甲醇水重整制氢发电设备的制氢发电方法，所述制氢发电方法包括如下步骤：
[0038] 步骤S1、燃烧室1利用甲醇水重整制氢设备中钯膜分离器分离出的余气燃烧放热，可维持甲醇水重整制氢设备及其重整装置的运行；
[0039] 步骤S2、摩尔比为1:1的甲醇水液体原料经过液体泵及原料输送管路输送至预加热室；预加热室设置于重整室加热区域的下部、燃烧室的上部，具有一定的温度，甲醇水液体原料通过该区域进行预热；
[0040] 步骤S3、经过预热的原料进入气化室气化，气化室的主要部分为盘管，盘管位于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化；
[0041] 导热机构包括若干具有不同长度的导热管，能将重整室加热区域的温度做到均匀，避免局部过热而其他区域温度不足；
[0042] 步骤S4、气化后的甲醇水原料进入重整室在催化剂的催化下重整，生成H2及CO2；将生成的气体输送至钯膜分离器；
[0043] 步骤S5、钯膜分离装置设置于所述重整装置的加热区域，能利用加热区域的热量为自身加热；所述重整装置的富氢气体输出口连接钯膜分离装置，钯膜分离装置将重整装置输出的富氢气体分离为两部分，一部分为高纯度氢气，另一部分为余气；
[0044] 所述钯膜分离装置设有高纯度氢气输出口、余气输出口，余气输出口与燃烧室之间设有余气输送管路，余气能通过余气输送管路输送至燃烧室，重整装置及钯膜分离装置利用余气燃烧的热量工作；
[0045] 步骤S6、氢燃料电池利用接收的氢气发出稳定的直流电。
[0046] 本发明的有益效果在于：本发明提出的甲醇水重整制氢设备及其重整装置、甲醇水重整制氢发电设备，可提高加热的均匀性，提高设备的效率，延长设备寿命。本发明通过加入导热管，使下部燃烧的气体能通过不同长度的导热管到达不同的高度进行燃烧加热，达到重整上下整体加热的效果。
附图说明
[0047] 图1为本发明甲醇水重整制氢设备
重整器的内部结构示意图。
[0048] 图2为本发明甲醇水重整制氢设备的结构示意图。
[0049] 图3为本发明甲醇水重整制氢设备重整器中导热机构的结构示意图。
[0050] 图4为本发明甲醇水重整制氢设备重整器的外部结构示意图。
具体实施方式
[0051] 下面结合附图详细说明本发明的优选
实施例。
[0052] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明
权利要求的限制。
[0053] 该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的
现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
[0054] 实施例一
[0055] 请参阅图1、图2、图4，本发明揭示了一种甲醇水重整制氢设备的重整装置，所述重整装置包括：燃烧室1、预加热室2、气化室3、重整室4、导热机构5。所述重整室4的中部为中空结构，作为重整室4的加热区域；重整室4的加热区域内设置所述导热机构5。
[0056] 所述重整室4包括第一壳体41、第二壳体42，第一壳体41与第二壳体42之间设有催化剂，第一壳体41与第二壳体42之间作为化学反应发生区域；重整室4设有反应气体输入口、富氢气体输出口；所述反应气体输入口连接所述气化室3，经过气化室3气化后的气体通过反应气体输入口进入重整室4。
[0057] 所述燃烧室1设置于重整室4下方。请参阅图3，所述导热机构5包括导热底板51、若干具有不同长度的导热管52；所述导热底板51设有若干孔，各个孔分别连接对应的导热管52；各导热管52的第一端连接燃烧室1，第二端(即导热管52的着火点521)设置于重整室4的不同高度，将可燃气体或/和燃烧释放的热量送到重整室4加热区域不同的高度，为重整室4不同位置进行均匀加热。
[0058] 所述气化室3设有原料气化区域，气化室3的主体部分设置于重整室加热区域(即重整室4内壳体——第一壳体41的内部)或/和重整室化学反应发生区域(即第一壳体41与第二壳体42之间)，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化。
[0059] 本实施例中，所述气化室3包括盘管31。盘管31的主要部分呈螺旋状设置于加热区域、通过第一壳体41固定设置，或者，盘管31的主要部分设置于化学反应发生区域、被催化剂所包围。
[0060] 所述预加热室2设置于所述重整室加热区域的下部；预加热室2设有预热流体入口21、预热流体出口22，预热流体入口21连接原料输送管路，预热流体出口通过管路连接所述气化室3。预热流体入口21连接冷液输入管路23，预热流体出口22连接预热后液体输出管路
24。
[0061] 本发明重整装置的重整过程如下：
[0062] 步骤S1、燃烧室1利用甲醇水重整制氢设备中钯膜分离器分离出的余气(主要为CO，含有少量H2，具体原理是本领域公知常识，且实施例三中也做了进一步介绍)燃烧放热，可维持甲醇水重整制氢设备及其重整装置的运行。
[0063] 步骤S2、摩尔比为1:1的甲醇水液体原料经过液体泵及原料输送管路输送至预加热室2；预加热室2设置于重整室加热区域的下部、燃烧室1的上部，具有一定的温度，甲醇水液体原料通过该区域进行预热。
[0064] 步骤S3、经过预热的原料进入气化室3气化，气化室3的主要部分为盘管31，盘管31位于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化。可参阅图1，图1中的实施方式中，盘管31紧贴第一壳体41的内壁，可利用重整室加热区域释放的大量
热能将盘管31内的液体气化。
[0065] 此时，导热机构5包括若干具有不同长度的导热管52，能将重整室加热区域的温度做到均匀，避免局部过热而其他区域温度不足。
[0066] 步骤S4、气化后的甲醇水原料进入重整室在催化剂的催化下重整，生成H2及CO2；将生成的气体输送至分离器。
[0067] 实施例二
[0068] 一种甲醇水重整制氢设备的重整装置，所述重整装置包括：燃烧室、气化室、重整室、导热机构；
[0069] 所述重整室的中部为中空结构，作为重整室的加热区域；重整室的加热区域内设置所述导热机构；
[0070] 所述重整室包括第一壳体、第二壳体，第一壳体与第二壳体之间设有催化剂，第一壳体与第二壳体之间作为化学反应发生区域；重整室设有反应气体输入口、富氢气体输出口；所述反应气体输入口连接所述气化室；
[0071] 所述燃烧室设置于重整室下方；所述导热机构包括若干导热管，各导热管的第一端连接燃烧室，第二端设置于重整室的不同高度；
[0072] 所述气化室设有原料气化区域，气化室的主体部分设置于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化。
[0073] 实施例三
[0074] 请参阅图2，本发明揭示一种甲醇水重整制氢设备，所述甲醇水重整制氢设备包括实施例一或实施例二中所述的重整装置；所述甲醇水重整制氢设备还包括钯膜分离装置。
[0075] 所述钯膜分离装置是一种氢气分离装置，如，中国发明专利CN200910038194.3揭示的一种采用高温气体预热与恒温的钯膜氢气分离装置，再如中国发明专利200810199111.4揭示的一种含有换热通道的钯膜氢气分离组件。
[0076] 本实施例中，所述膜分离装置可以采用在多孔陶瓷表面
真空镀钯
银合金的膜分离装置，
镀膜层为钯银合金，钯银合金的
质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％。可通过中国发明专利CN201210563913.5揭示的甲醇水制氢设备的膜分离器及其制备方法对其进行制备。
[0077] 所述钯膜分离装置设置于所述重整装置的加热区域(图未示，可参阅专利号为CN201510476342.5的中国发明专利，其
发明名称为：一种甲醇水重整制氢发电机)，能利用加热区域的热量为自身加热。所述重整装置的富氢气体输出口连接钯膜分离装置，钯膜分离装置将重整装置输出的富氢气体分离为两部分，一部分为高纯度氢气，另一部分为余气。所述钯膜分离装置设有高纯度氢气输出口、余气输出口，余气输出口与燃烧室之间设有余气输送管路，余气能通过余气输送管路输送至燃烧室，重整装置及钯膜分离装置利用余气燃烧的热量工作。
[0078] 本发明甲醇水重整制氢设备的制氢过程如下：
[0079] 步骤S1、燃烧室1利用甲醇水重整制氢设备中钯膜分离器分离出的余气(主要为CO，含有少量H2，具体原理是本领域公知常识，且实施例三中也做了进一步介绍)燃烧放热，可维持甲醇水重整制氢设备及其重整装置的运行。
[0080] 步骤S2、摩尔比为1:1的甲醇水液体原料经过液体泵及原料输送管路输送至预加热室2；预加热室2设置于重整室加热区域的下部、燃烧室1的上部，具有一定的温度，甲醇水液体原料通过该区域进行预热。
[0081] 步骤S3、经过预热的原料进入气化室3气化，气化室3的主要部分为盘管31，盘管31位于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化。可参阅图1，图1中的实施方式中，盘管31紧贴第一壳体41的内壁，可利用重整室加热区域释放的大量热能将盘管31内的液体气化。
[0082] 此时，导热机构5包括若干具有不同长度的导热管52，能将重整室加热区域的温度做到均匀，避免局部过热而其他区域温度不足。
[0083] 步骤S4、气化后的甲醇水原料进入重整室在催化剂的催化下重整，生成H2及CO2；将生成的气体输送至膜分离器(膜分离器可以为钯膜分离器)。
[0084] 步骤S5、钯膜分离装置设置于所述重整装置的加热区域，能利用加热区域的热量为自身加热。所述重整装置的富氢气体输出口连接钯膜分离装置，钯膜分离装置将重整装置输出的富氢气体分离为两部分，一部分为高纯度氢气，另一部分为余气。
[0085] 所述钯膜分离装置设有高纯度氢气输出口、余气输出口，余气输出口与燃烧室之间设有余气输送管路，余气能通过余气输送管路输送至燃烧室，重整装置及钯膜分离装置利用余气燃烧的热量工作。
[0086] 实施例四
[0087] 请参阅图2，本发明揭示一种甲醇水重整制氢发电设备，所述甲醇水重整制氢发电设备包括：上述的甲醇水重整制氢设备，以及氢燃料电池200；甲醇水重整制氢设备连接氢燃料电池，氢燃料电池200能利用甲醇水重整制氢设备制得的氢气发出直流电。
[0088] 本发明甲醇水重整制氢发电设备的制氢发发电过程如下：
[0089] 步骤S1、燃烧室1利用甲醇水重整制氢设备中钯膜分离器分离出的余气(主要为CO，含有少量H2，具体原理是本领域公知常识，且实施例三中也做了进一步介绍)燃烧放热，可维持甲醇水重整制氢设备及其重整装置的运行。
[0090] 步骤S2、摩尔比为1:1的甲醇水液体原料经过液体泵及原料输送管路输送至预加热室2；预加热室2设置于重整室加热区域的下部、燃烧室1的上部，具有一定的温度，甲醇水液体原料通过该区域进行预热。
[0091] 步骤S3、经过预热的原料进入气化室3气化，气化室3的主要部分为盘管31，盘管31位于重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域，能利用重整室加热区域或/和重整室化学反应发生区域将液态的甲醇水原料气化。可参阅图1，图1中的实施方式中，盘管31紧贴第一壳体41的内壁，可利用重整室加热区域释放的大量热能将盘管31内的液体气化。
[0092] 此时，导热机构5包括若干具有不同长度的导热管52，能将重整室加热区域的温度做到均匀，避免局部过热而其他区域温度不足。
[0093] 步骤S4、气化后的甲醇水原料进入重整室在催化剂的催化下重整，生成H2及CO2；将生成的气体输送至膜分离器(膜分离器可以为钯膜分离器)。
[0094] 步骤S5、钯膜分离装置设置于所述重整装置的加热区域，能利用加热区域的热量为自身加热。所述重整装置的富氢气体输出口连接钯膜分离装置，钯膜分离装置将重整装置输出的富氢气体分离为两部分，一部分为高纯度氢气，另一部分为余气。高纯度氢气通过高纯氢气输送管路输送至氢燃料电池，高纯氢气输送管路设有电磁
阀。
[0095] 所述钯膜分离装置设有高纯度氢气输出口、余气输出口，余气输出口与燃烧室之间设有余气输送管路，余气能通过余气输送管路输送至燃烧室，重整装置及钯膜分离装置利用余气燃烧的热量工作。
[0096] 步骤S6、氢燃料电池利用接收的氢气发出稳定的直流电。氢燃料电池是本领域现有技术，其早已可以从市场上购买得到，只需要对其输送稳定的氢气，即可完成发电。
[0097] 综上所述，本发明提出的甲醇水重整制氢设备及其重整装置、甲醇水重整制氢发电设备，可提高加热的均匀性，提高设备的效率，延长设备寿命。本发明通过加入导热管，使下部燃烧的气体能通过不同长度的导热管到达不同的高度进行燃烧加热，达到重整上下整体加热的效果。
[0098] 这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的
变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
