本發(fā)明涉及制氫及發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于啟動甲醇水重整制氫系統(tǒng)的啟動裝置。

背景技術(shù)：

氫，是一種21世紀最理想的能源之一，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主要是CO₂和SO₂，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，永遠不會用完。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制取氫，那么氫也將是一種價格相當便宜的能源。

目前，利用甲醇水蒸氣重整技術(shù)制取H₂與CO₂的混合氣體，再經(jīng)鈀膜分離器分離，可分別得到H₂和CO₂。參照中國發(fā)明申請201310340475.0（申請人：上海合既得動氫機器有限公司），該專利公開了一種甲醇水制氫系統(tǒng)，甲醇與水蒸氣重整器的重整室內(nèi)，在350-409℃溫度下1-5M Pa的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)，生成氫氣和二氧化碳，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：(1)CH₃OH→CO+2H₂；(2)H₂O+CO→CO₂+H₂；(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂，重整反應(yīng)生成的H₂和CO₂，再經(jīng)過分離室的鈀膜分離器將H₂和CO₂分離，得到高純氫氣。

甲醇水的催化反應(yīng)在甲醇水制氫系統(tǒng)的重整器中完成，重整器包括重整器殼體及位于重整器殼體內(nèi)的燃燒室和重整室，一般地，重整室中需要350-409℃的溫度，而燃燒室中需要405-570℃的溫度，重整器才能正常工作。甲醇水制氫系統(tǒng)的啟動是通過啟動裝置完成的，在現(xiàn)有技術(shù)中，冷啟動通常需要很長時間，一般在5小時以上，而熱啟動需要耗費大量能源，才能使重整室等裝置處于高溫狀態(tài)。

參照中國發(fā)明申請201510476342.5（申請人為本創(chuàng)作者：廣東合即得能源科技有限公司），該發(fā)明公開了一種甲醇水重整制氫發(fā)電機，其使用到一種啟動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：包括進液立管、火焰盤、上蓋體及點火器，所述火焰盤及上蓋體從下至上設(shè)置于進液立管上；所述上蓋體中部開有與進液立管相連通的小孔，甲醇水原料可從進液立管往上流向小孔，再從小孔中冒出，并沿著上蓋體的上側(cè)面，向四周散開，直至流入火焰盤；所述點火器的點火位置與上蓋體的上側(cè)面相對應(yīng)。然而，該甲醇水重整制氫發(fā)電機的啟動系統(tǒng)存在以下缺陷：其一、甲醇水原料從進液立管往上流向小孔，再從小孔中冒出時，往往不會向四周散開，特別是當甲醇水重整制氫發(fā)電機置放不平時，而是從上蓋體的某一位置直接流下來，不但達不到分散甲醇水原料的效果，而且點火器很難點火成功，因為點火器的點火位置是唯一的，也是固定不變的，若多次點火仍然不成功，則甲醇水原料會從啟動系統(tǒng)內(nèi)部滲透出來，產(chǎn)生甲醇異味和安全風(fēng)險；其二、啟動系統(tǒng)僅僅在甲醇水重整制氫系統(tǒng)啟動時才需要使用，在甲醇水重整制氫系統(tǒng)持續(xù)產(chǎn)生氫氣的運行過程中，啟動系統(tǒng)處于停用狀態(tài)，不能得到綜合利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能充分分散甲醇水原料、點火成功率高、甲醇水燃燒面積和燃燒火焰大，能消除甲醇異味、避免甲醇水原料滲透出來，能綜合利用，且能夠迅速啟動重整制氫系統(tǒng)的啟動裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于啟動甲醇水重整制氫系統(tǒng)的啟動裝置，該甲醇水重整制氫系統(tǒng)及其啟動系統(tǒng)均采用甲醇水作為原料，該甲醇水重整制氫系統(tǒng)包括重整器，重整器設(shè)有重整室和分離室，重整室用于甲醇和水發(fā)生重整制氫反應(yīng)生成富氫混合氣體，分離室用于將富氫混合氣體分離成高純氫氣及含有部分氫氣的余氣；所述啟動裝置包括進液/進氣總管、火焰盤、空心雙層蓋體及點火器；所述火焰盤及空心雙層蓋體從下至上設(shè)置于進液/進氣總管上；所述空心雙層蓋體的下側(cè)開有與進液/進氣總管相連通的進液/進氣小孔，空心雙層蓋體的周圍排列有一圈出液/出氣小孔；在甲醇水重整制氫系統(tǒng)啟動過程中，甲醇水原料經(jīng)進液/進氣總管、進液/進氣小孔后進入空心雙層蓋體之內(nèi)，再從空心雙層蓋體四周的出液/出氣小孔中流出，直至流入火焰盤；在甲醇水重整制氫系統(tǒng)制氫過程中，重整器產(chǎn)生的余氣經(jīng)進液/進氣總管、進液/進氣小孔后進入空心雙層蓋體之內(nèi)，再從空心雙層蓋體周圍的出液/出氣小孔中流出；所述點火器設(shè)置于空心雙層蓋體的周圍任一位置，且點火位置與出液/出氣小孔相對應(yīng)。

所述空心雙層蓋體還設(shè)有若干上下貫通的通氣孔，該通氣孔用于外界空氣從下至上穿過空心雙層蓋體。

所述啟動裝置還包括圓座及進風(fēng)機構(gòu)，所述圓座圍于火焰盤及空心雙層蓋體的外部，所述進風(fēng)機構(gòu)設(shè)置于圓座的側(cè)端，進風(fēng)機構(gòu)包括進風(fēng)風(fēng)道及安裝于進風(fēng)風(fēng)道外端的風(fēng)扇；外界空氣在送風(fēng)風(fēng)扇的驅(qū)動下，經(jīng)進風(fēng)風(fēng)道進入圓座之中。優(yōu)選地，所述進風(fēng)風(fēng)道為筒狀風(fēng)道。所述火焰盤設(shè)有螺旋形的通風(fēng)孔槽，外界空氣能從下至上依次通過通風(fēng)孔槽、空心雙層蓋體的外周/通氣孔、重整器的燃燒室。

本發(fā)明的有益效果是：其一、由于空心雙層蓋體的周圍排列有一圈出液/出氣小孔，因此，甲醇水原料能從空心雙層蓋體四周的出液/出氣小孔中流出，實現(xiàn)對甲醇水原料的分散流出，一次就能點火成功，能消除甲醇異味、避免甲醇水原料滲透出來；其二、通過火焰盤及空心雙層蓋體的配合，能大幅提高甲醇水燃燒面積和燃燒火焰；其三、在甲醇水重整制氫系統(tǒng)制氫過程中，重整器產(chǎn)生的余氣能經(jīng)進液/進氣總管、進液/進氣小孔后進入空心雙層蓋體之內(nèi)，再從空心雙層蓋體周圍的出液/出氣小孔中流出，因此，本發(fā)明在甲醇水重整制氫系統(tǒng)持續(xù)產(chǎn)生氫氣的運行過程中，啟動裝置能充當燃燒器燃燒余氣，使啟動裝置得到綜合的利用。

附圖說明

圖1為甲醇水重整制氫發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為甲醇水重整制氫發(fā)電機的另一角度立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為甲醇水重整制氫發(fā)電機的分散結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為甲醇水重整制氫發(fā)電機的另一角度分散結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為甲醇水重整制氫發(fā)電機的機架立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為甲醇水重整制氫系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為甲醇水重整制氫系統(tǒng)、甲醇水進液系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)及控氣系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為甲醇水重整制氫系統(tǒng)、甲醇水進液系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)及控氣系統(tǒng)的另一角度立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明啟動裝置的縱剖視圖。

圖10為甲醇水重整制氫系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進一步詳細說明。

本發(fā)明用于啟動甲醇水重整制氫系統(tǒng)的啟動裝置用于一種甲醇水重整制氫發(fā)電機。

如圖1～圖8所示，本發(fā)明為一種甲醇水重整制氫發(fā)電機，包括機殼1、機架2、電控系統(tǒng)3、甲醇水進液系統(tǒng)4、甲醇水重整制氫系統(tǒng)5及發(fā)電系統(tǒng)6；所述機殼1套裝于機架2之外側(cè)，所述機架2包括底座21及設(shè)置于底座21之上的第一安裝腔22、第二安裝腔23、側(cè)板24；所述甲醇水進液系統(tǒng)4安裝于底座21內(nèi)；所述甲醇水重整制氫系統(tǒng)5包括重整器51及啟動裝置52，所述重整器51安裝于第一安裝腔22內(nèi)，重整器51用于甲醇水重整制得氫氣，所述啟動裝置52安裝于重整器51下端，啟動裝置52用于甲醇水重整制氫發(fā)電機啟動過程中，通過燃燒甲醇水原料為重整器51的啟動過程提供熱量；所述發(fā)電系統(tǒng)6包括燃料電池61，燃料電池61安裝于第二安裝腔23內(nèi)，燃料電池61用于氫氣及空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；所述電控系統(tǒng)3包括控制主板31及DC-DC轉(zhuǎn)換器32，該控制主板31及DC-DC轉(zhuǎn)換器32安裝于側(cè)板24上。由于本發(fā)明設(shè)置有安裝各部分部件的機架，因此本發(fā)明能夠使甲醇水進液系統(tǒng)、重整器、燃料電池、控制主板、DC-DC轉(zhuǎn)換器等部件實現(xiàn)模塊化組裝，且檢修拆卸非常方便。

如圖2和圖4所示，所述控制主板31控制甲醇水進液系統(tǒng)4、甲醇水重整制氫系統(tǒng)5、發(fā)電系統(tǒng)6及DC-DC轉(zhuǎn)換器32工作；電控系統(tǒng)3還包括可充電電池（圖中未示出），在甲醇水重整制氫發(fā)電機啟動前/啟動中，該可充電電池為甲醇水重整制氫發(fā)電機自身供電, 甲醇水重整制氫發(fā)電機啟動之后，發(fā)電機自身為可充電電池充電；控制主板31還安裝有通電開關(guān)311、啟動開關(guān)312、直流輸出接口313及直流接觸器314，通電開關(guān)311用于啟動前的電控系統(tǒng)3供電，啟動開關(guān)312用于一鍵啟動甲醇水重整制氫發(fā)電機，直流輸出接口313用于向外輸出直流電，直流接觸器314用于自動接通或斷開直流輸出電路。在本發(fā)明技術(shù)方案中，DC-DC轉(zhuǎn)換器向直流輸出接口輸出的為48V直流電，DC-DC轉(zhuǎn)換器向設(shè)備自身供應(yīng)的為24V直流電。

如圖7和圖8所示，所述甲醇水進液系統(tǒng)4包括進液總管41、輸送泵42、啟動進液電磁閥43、啟動進液分管44、制氫進液電磁閥45、制氫進液分管46及壓力傳感器47；在甲醇水重整制氫發(fā)電機啟動過程中，啟動進液電磁閥43打開，制氫進液電磁閥45關(guān)閉，甲醇水原料依次經(jīng)進液總管41、輸送泵42、壓力傳感器47、啟動進液電磁閥43及啟動進液分管44后，供應(yīng)給甲醇水重整制氫系統(tǒng)的啟動裝置52；在甲醇水重整制氫發(fā)電機制氫過程中，制氫進液電磁閥45打開，啟動進液電磁閥43關(guān)閉，甲醇水原料依次經(jīng)進液總管41、輸送泵42、壓力傳感器47、制氫進液電磁閥45及制氫進液分管46后，供應(yīng)給甲醇水重整制氫系統(tǒng)的重整器51。這樣，一套甲醇水進液系統(tǒng)就能夠分別對重整器及啟動裝置輸送甲醇水原料。

如圖6、圖7、圖8和圖10所示，所述甲醇水重整制氫系統(tǒng)的重整器51包括重整室511、分離室512、燃燒室513及汽化盤管514；所述重整室511用于甲醇和水發(fā)生重整制氫反應(yīng)制得以二氧化碳和氫氣為主的混合氣體，所述重整室511內(nèi)設(shè)有催化劑，甲醇和水蒸汽在重整室511內(nèi)，1-5M Pa的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)，生成氫氣和二氧化碳，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)方程為：(1)CH₃OH→CO+2H₂、(2)H₂O+CO→CO₂+H₂ 、(3)CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂，制得以二氧化碳和氫氣為主的高溫混合氣體；所述分離室512位于重整器51中部，分離室512包括燒結(jié)過濾器5121及氫分離膜管5122，所述混合氣體經(jīng)富氫管道5111后進入燒結(jié)過濾器5121，通過燒結(jié)過濾器5121濾除固態(tài)雜質(zhì)后進入氫分離膜管5122，氫分離膜管5122將混合氣體分離成氫氣和余氣，該氫氣經(jīng)氫氣輸送管道5124后供應(yīng)給燃料電池61，該余氣中含有二氧化碳、未完全反應(yīng)的一氧化碳及部分氫氣，該余氣依次經(jīng)余氣輸送管道5123、啟動裝置52后輸向燃燒室513，需要注意的是，余氣進入燃燒室通道是啟動裝置；所述燃燒室513用于余氣在燃燒室中燃燒，為重整器51的運行提供熱量；所述汽化盤管514用于將甲醇水汽化。通過燃燒余氣，既能為重整室提供重整制氫反應(yīng)所需要的熱量，又能使高溫余氣得到充分利用，避免了能源浪費。

如圖7和圖8所示，甲醇水重整制氫發(fā)電機還包括換熱系統(tǒng)7，該換熱系統(tǒng)7包括同軸心的雙層換熱管71、常溫液體入口72、高溫液體出口73、高溫氣體入口74及低溫氣體出口75；所述雙層換熱管71的內(nèi)層管道為氣體管道，外層管道為液體管道；在雙層換熱管71的一端，氣體管道與高溫氣體入口相連通，液體管道與高溫液體出口相連通；在雙層換熱管71的另一端，氣體管道與低溫氣體出口相連通，液體管道與常溫液體入口相連通；在甲醇水重整制氫發(fā)電機制氫過程中，所述制氫進液分管46中的甲醇水原料從常溫液體入口72進入液體管道，所述重整器51制得的氫氣從高溫氣體入口74進入氣體管道，液體管道中的甲醇水原料與氣體管道中的氫氣進行換熱，甲醇水原料溫度升高，從高溫液體出口73輸出至重整器51，氫氣溫度降低，從低溫氣體出口75輸出至燃料電池61。采用同軸心的雙層換熱管，能使氫氣在進入燃料電池之前能降溫至較低的溫度，不會對燃料電池造成損害，與此同時，進入重整器的甲醇水原料在換熱器中得到加熱，從而降低重整器內(nèi)的燃燒加熱強度，大幅提高了甲醇水原料的利用效率。

如圖2、圖3、圖7和圖8所示，甲醇水重整制氫發(fā)電機還包括控氣系統(tǒng)8，所述控氣系統(tǒng)8設(shè)置于向燃料電池61輸送氫氣的輸送管道上；所述控氣系統(tǒng)8包括安全控氣管81、安全進氣控制器82、安全電磁閥83、常用電磁閥84及常用氣壓傳感器85；所述安全進氣控制器82及安全電磁閥83安裝于安全控氣管81上，氫氣在通過安全控氣管81的過程中，若安全進氣控制器82感應(yīng)到氫氣氣壓高于警戒氣壓，則控制安全電磁閥83打開泄氣孔，向外排出氫氣；該安全電磁閥83由可充電電池供電；所述常用電磁閥84用于在正常狀態(tài)下打開/關(guān)閉輸送管道，所述常用氣壓傳感器85用于在正常狀態(tài)下向電控系統(tǒng)3反饋輸送管道內(nèi)的氫氣氣壓。

如圖6～圖9所示，所述甲醇水重整制氫系統(tǒng)的啟動裝置52的位置與重整器的重整室位置相對應(yīng)，位于重整室內(nèi)部下方，啟動裝置52包括進液/進氣總管521、火焰盤522、空心雙層蓋體523及點火器524；所述進液/進氣總管521與啟動進液分管44相連通；所述火焰盤522及空心雙層蓋體523從下至上設(shè)置于進液/進氣總管521上；所述空心雙層蓋體523的下側(cè)開有與進液/進氣總管521相連通的進液/進氣小孔5231，空心雙層蓋體523的周圍排列有一圈出液/出氣小孔5232；在甲醇水重整制氫發(fā)電機啟動過程中，甲醇水原料經(jīng)啟動進液分管44、進液/進氣總管521、進液/進氣小孔5231后進入空心雙層蓋體523之內(nèi)，再從空心雙層蓋體523四周的出液/出氣小孔5232中流出，直至流入火焰盤522，點火之后，甲醇水原料能夠在空心雙層蓋體523周圍迅速散開燃燒，而未完全燃燒的甲醇水原料則掉入火焰盤522中進一步迅速燃燒，這樣在火焰盤上方及空心雙層蓋體523周圍，甲醇水原料充分燃燒，釋放重整器所需要的啟動熱量，啟動速度非?？?，通常在1分鐘之內(nèi)即可啟動；在甲醇水重整制氫發(fā)電機制氫過程中，甲醇水重整制氫系統(tǒng)產(chǎn)生的余氣經(jīng)余氣輸送管道5123、進液/進氣總管521、進液/進氣小孔5231后進入空心雙層蓋體523之內(nèi)，再從空心雙層蓋體523四周的出液/出氣小孔5232中流出，在空心雙層蓋體523的周圍，余氣燃燒，釋放重整器所需要的運行熱量；所述點火器524設(shè)置于空心雙層蓋體523的周圍任一位置，且點火位置與出液/出氣小孔5232相對應(yīng)。

如圖6～圖9所示，所述空心雙層蓋體523還設(shè)有若干上下貫通的通氣孔5233，該通氣孔5233用于外界空氣從下至上穿過空心雙層蓋體523。這樣，外界空氣更容易通過空心雙層蓋體523，噪音更低，燒燒更充分。

如圖6～圖9所示，所述甲醇水重整制氫系統(tǒng)的啟動裝置52還包括圓座525及進風(fēng)機構(gòu)526，所述圓座525圍于火焰盤522及空心雙層蓋體523的外部，所述進風(fēng)機構(gòu)526設(shè)置于圓座525的側(cè)端，進風(fēng)機構(gòu)526包括進風(fēng)風(fēng)道5261及安裝于進風(fēng)風(fēng)道5261外端的風(fēng)扇5262；外界空氣在送風(fēng)風(fēng)扇5262的驅(qū)動下，經(jīng)進風(fēng)風(fēng)道5261進入圓座525之中。設(shè)置圓座后，圓座將啟動裝置包圍，能顯著降低燃燒噪音，燃燒更充分，燃燒無異味產(chǎn)生；設(shè)置進風(fēng)機構(gòu)526后，能既能實現(xiàn)空氣導(dǎo)流，又能防止和消除回火風(fēng)險。

如圖6～圖9所示，所述進風(fēng)風(fēng)道5261為筒狀風(fēng)道；所述火焰盤522設(shè)有螺旋形的通風(fēng)孔槽5221，外界空氣能通過通風(fēng)孔槽5221向上進入火焰盤522之上、空心雙層蓋體523的外周以及重整器的燃燒室513內(nèi)。外界空氣能從下至上依次通過通風(fēng)孔槽、空心雙層蓋體的外周/通氣孔、重整器的燃燒室。采用螺旋形的通風(fēng)孔槽5221，能使空氣螺旋式上升，顯著提高燃燒效率。

以上所述，僅是本發(fā)明較佳實施方式，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案對以上的實施方式所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。