[發(fā)明專利]加熱器、重整制氫裝置及重整制氫方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010360722.3
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111533089B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙鴻新
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州帥先新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32;F22B31/08;F23D14/02;F23D14/46;F23D14/66;F28D7/00;F28D7/10
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;張德斌

本發(fā)明提供一種加熱器、重整制氫裝置及重整制氫方法。該加熱器包括加熱器外殼、進氣管和排氣管。本發(fā)明還提供一種重整制氫裝置，包括多孔部和裝置外殼，所述多孔部的內(nèi)部形成至少一個軸向的反應(yīng)腔和至少一個軸向的加熱腔，所述反應(yīng)腔包括連通的第一裝填區(qū)和第二裝填區(qū)，多孔部與裝置外殼之間設(shè)有汽化腔，所述汽化腔與第二裝填區(qū)連通、且一端設(shè)有產(chǎn)品氣出口，所述汽化腔內(nèi)設(shè)有換熱設(shè)備，所述換熱設(shè)備一端設(shè)有進料口、另一端設(shè)有與第一裝填區(qū)連通的蒸汽出口。本發(fā)明進一步提供一種重整制氫方法，其是在上述重整制氫裝置中進行的。本發(fā)明的重整制氫裝置具有一體化特點，生產(chǎn)出的氫氣可直接應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)，尤其是低溫質(zhì)子交換膜電池系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及重整制氫領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于燃料電池的重整制氫裝置、加熱器及重整制氫方法。

背景技術(shù)

燃料電池是近年來新興的一種高效電化學(xué)電源裝置，其發(fā)電效率高，運行平穩(wěn)、無噪聲，清潔環(huán)保，在交通、建筑、軍事、通訊等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。燃料電池種類繁多、技術(shù)路線多樣。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池以其功率密度高、工作溫度低、啟動性能好、技術(shù)較成熟等優(yōu)點，在中小型固定式電源、電動交通等行業(yè)成為主流，尤其是近年來新能源產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展使之占據(jù)了燃料電池市場約90％的主要份額。然而，隨著近年來燃料電池汽車商業(yè)化進程的不斷推進，與之相配套的超純氫生產(chǎn)、成本及加注問題日益凸顯，供氫問題亟待解決。

制氫技術(shù)的關(guān)鍵在于保證氫氣品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品成本、減小運行維護難度、擴大氫氣供給范圍等方面。目前，在化學(xué)制氫、電解水制氫、生物制氫這三種常見制氫方法中，以蒸汽重整為代表的化學(xué)制氫占主導(dǎo)地位，其原料涵蓋天然氣、醇、石油氣、二甲醚、汽柴油等。其中，天然氣重整制氫技術(shù)最為成熟、工業(yè)應(yīng)用最多，其較高的反應(yīng)溫度更適合用作固定電源或熱電聯(lián)供設(shè)備；甲醇重整制氫反應(yīng)溫度較低，工藝過程簡單、能耗低，且甲醇原料廉價易得、能量密度高、含氫量高，便于儲存和運輸，適宜作為模塊式或移動式制氫裝置用于備用電源、電動交通等領(lǐng)域。

氫能的大規(guī)模應(yīng)用推廣需要一套完整的制氫與燃料電池系統(tǒng)解決方案，而燃料電池用氫的原位制備是一條理想的技術(shù)路線。原位制氫燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)涉及高效制氫催化劑開發(fā)、小型化反應(yīng)器研制、燃料電池堆測試與控制、以及原位制氫燃料電池系統(tǒng)集成等四個主要方面。其中，小型化制氫反應(yīng)器是實現(xiàn)與燃料電池高效集成的關(guān)鍵。制氫系統(tǒng)的小型化改造需要對不同工況下多段關(guān)聯(lián)反應(yīng)進行高效耦合；而燃料電池，尤其是低溫質(zhì)子交換膜燃料電池對氫氣品質(zhì)苛刻要求，燃料氣中雜質(zhì)氣體濃度必須嚴(yán)格限制。這些因素使得一體化反應(yīng)器設(shè)計成為繼高效制氫催化劑之后小型化制氫技術(shù)的又一重點和難點。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種加熱器、重整制氫裝置及重整制氫方法。該重整制氫裝置具有一體化特點，且生產(chǎn)出的富氫產(chǎn)品氣無需純化，可直接應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)，尤其是低溫質(zhì)子交換膜電池系統(tǒng)。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種加熱器，該加熱器包括加熱器外殼、進氣管和排氣管，其中，所述加熱器外殼的內(nèi)部空間形成燃燒腔，所述進氣管一端設(shè)有燃料進口、另一端與燃燒腔連通，所述排氣管一端設(shè)有尾氣出口、另一端與燃燒腔連通，所述進氣管位于所述排氣管的內(nèi)部，所述排氣管外側(cè)設(shè)有保溫層。

在上述加熱器中，所述燃燒腔用于進行燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生熱量；所述進氣管用于將燃燒原料運入燃燒腔中，所述排氣管用于排出燃燒反應(yīng)的尾氣。

在上述加熱器中，優(yōu)選地，所述進氣管與燃燒腔連通的一端位于燃燒腔內(nèi)部，以提高燃燒腔的利用效率。在本發(fā)明的具體實施方案中，所述進氣管位于燃燒腔內(nèi)的部分的管壁上可以設(shè)有多個通孔，以利于燃燒原料擴散。

在上述加熱器中，所述進氣管位于排氣管的內(nèi)部的設(shè)置可以使燃燒原料沿進氣管流向燃燒腔，燃燒之后所產(chǎn)生的尾氣由燃燒腔流入排氣管和進氣管之間的空腔(即排氣通路)時，燃燒原料與尾氣逆向流動且通過進氣管管壁充分換熱，這樣能夠提高燃燒原料的溫度、進而提高燃燒效率；在一些實施方案中，所述進氣管可以與排氣管同軸設(shè)置，使進氣管中的燃燒原料受熱更均勻，換熱效率更高。