用于甲醇水制氢的外炉加热装置的制作方法

1.本实用新型涉及甲醇水制氢技术领域，具体涉及一种用于甲醇水制氢的外炉加热装置。


背景技术：

2.随着碳达峰、碳中和目标的提出，新能源的发展已被推上风口浪尖。当前，氢能作为新能源的发展方向之一，具有燃烧性能好、热值高、洁净环保等优势。以氢能源汽车为例，其利用氢气作为燃料电池的阳极燃料，能够将化学能直接转化成电能，然后为汽车提供动能。
3.制氢的方式有很多，其中包括甲醇水重整制氢，甲醇水重整制氢的工艺过程为：甲醇水送入气化室，加热装置对气化室加热，甲醇水在气化室内受热气化后进入重整室，然后在重整室内制备出含氢的重整气体，最后通过提纯即可制备出氢气。
4.传统加热装置主要以电加热方式为主，即：应用电阻丝缠绕加热，该过程首先是锂电储能，再通过储能电池放电加热，这样电能几次转化损耗极大，用电加热裂解甲醇制氢发电的功率减少35％，即100千瓦的燃料电池只有65千瓦用于做功(暂不计算燃料电池的转化率)，能量损失较多，所以成本较高。
5.另一方面，为防备气化室在高温下被氧化产生氧化物进入重整系统产生堵塞，所以电加热不能直接全面长时间对汽化系统进行加热，需要间断地通电加热，从而导致电加热速度慢，气化时间延长。
6.另一方面，由于电阻丝缠绕加热是局部加热，对整个系统(封闭腔室)热能传递速度慢，加热效率低，导致冷启动时间特长，出氢速度慢，目前甲醇水制氢冷启动都在6-10小时之间，关闭时间在4-8小时不等，对于汽车氢能应用价值较低。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提供一种用于甲醇水制氢的外炉加热装置，用以解决传统电加热气化重整制氢所存在的上述问题。
8.为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：
9.一种用于甲醇水制氢的外炉加热装置，其关键在于：包括基体，所述基体上设有燃烧管组和燃料供给管组，所述燃料供给管组一端连接在燃烧管组上，用于向燃烧管组供送燃料，所述燃烧管组上端分布有喷火孔，所述燃料供给管组至少部分越过所述燃烧管组的上方。
10.作为优选：所述基体上设有沿燃烧管组周向环绕的燃料暂存腔室，所述燃料供给管组一端连接在燃料暂存腔室上。
11.作为优选：所述燃烧管组包括第一圆环管和第二圆环管，所述燃料暂存腔室包括均为环状结构的第一储液室和第二储液室，所述第一储液室、第一圆环管、第二圆环管和第二储液室由内至外依次布置，所述燃料供给管组包括第一供液管和第二供液管，其中，所述
第一供液管连接在第一储液室与第二圆环管之间，第二供液管连接在第二储液室与第一圆环管之间。
12.作为优选：所述第一供液管为弧形结构，其对应的圆心角为125
°
；所述第二供液管为弧形结构，其对应的圆心角为90
°
。
13.作为优选：所述燃料供给管组均通过设置在其端部的弧形弯折段连接在对应的燃烧管组和燃料暂存腔室上。
14.作为优选：所述第一储液室、第一圆环管、第二圆环管和第二储液室的轴心线重合。
15.作为优选：所述第一储液室内部上分布有连接件。
16.作为优选：所述燃料供给管组为耐高温金属管。
17.作为优选：所述第一供液管的数量为四根，其均匀分布在第一圆环管的上方，所述第二供液管的数量为四根，其均匀分布在第二圆环管的上方。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
19.1、将外炉加热装置布置在气化室下方后，能够以燃烧方式对甲醇重整制氢系统提供加热，比传统的电加热效率更高、冷启动时间更短、出氢更快。
20.2、由于燃料供给管组跨过燃烧管组的上方，在加热装置点燃启动后，燃烧管组向上喷出火焰可对燃料供给管组内部的液体燃料进行预热，能够提高燃料的燃烧效率，从而提升制氢系统的加热效率，减少系统启动时间。
21.3、合理的管路优化结构，使得甲醇水制氢系统能够实现微型化结构设计，进而可作为汽车动力总成的即时制氢系统，对于氢能源的大规模应用具有积极的推动作用。
附图说明
22.图1为外炉加热装置在甲醇气化室下方的剖面示意图；
23.图2为外炉加热装置的俯视图；
24.图3为图2中a处的局部结构示意图；
25.图4为第二供液管3b、第二储液室4b和第一圆环管2a三者之间的连接关系图；
26.图5为第一供液管3a、第一储液室4a和第二圆环管2b三者之间的连接关系图；
27.图6为外炉加热装置内部设有内炉的使用状态参考图；
28.图7为外炉加热装置在另一剖切方向的剖视图。
具体实施方式
29.以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
30.1至3所示，一种用于甲醇水制氢的外炉加热装置，该装置包括基体1，基体1上设有燃烧管组2、燃料供给管组3和燃料暂存腔室4，燃料供给管组3一端连接在燃烧管组2上，另一端连接在燃料暂存腔室4上，加热装置应用在甲醇水制氢系统中，可以直接采用甲醇水作为燃料，甲醇水先送入燃料暂存腔室4，然后经燃料供给管组3输送给燃烧管组2，燃烧管组2上端分布有喷火孔b，将甲醇水点燃后，火焰从喷火孔b向上喷出，即可对上方的甲醇气化室7加热。燃料供给管组3为耐高温金属管，其部分结构跨过燃烧管组2的上方，如此设计，加热装置工作时，燃烧管组2向上喷出的火焰能够对燃料供给管组3内部的甲醇水燃料预热，从
而提升甲醇水燃料的燃烧热效率，进而使得制氢系统能够被快速加热启动，达到快速出氢的目的。
31.在本实施例中，燃料暂存腔室4和燃烧管组2均构造成环形结构，且燃料暂存腔室4沿燃烧管组2周向环绕，如此设计，加热装置工作时，也能够对燃料暂存腔室4内的液体燃料预热，进一步提升系统的热效率。当然，加热装置也可以不用燃料暂存腔室4，此时将燃料供给管组3接在燃料供给源即可。
32.为了对燃料供给管组3更高效的预热，本实施例采用以下实施结构：
33.请参图3，燃烧管组2包括第一圆环管2a和第二圆环管2b，燃料暂存腔室4包括均为环状结构的第一储液室4a和第二储液室4b，第一储液室4a、第一圆环管2a、第二圆环管2b和第二储液室4b的轴心线重合，第一储液室4a、第一圆环管2a、第二圆环管2b和第二储液室4b在基体1上构成由内至外依次布置的同心圆结构。
34.燃料供给管组3包括第一供液管3a和第二供液管3b，由图5可以看出，第一供液管3a一端连接在第一储液室4a外侧，另一端连接在第二圆环管2b内侧，由图3可以看出，第一供液管3a中部从第一圆环管2a上方越过。由图4可以看出，第二供液管3b一端连接在第一圆环管2a外侧，另一端连接在第二储液室4b内侧，由图3可以看出，第二供液管3b中部从第二圆环管2b上方越过。
35.上述管路布局结构设计合理，能够对第一供液管3a和第二供液管3b充分预热。
36.在本实施例中，第一供液管3a的数量为四根，其均匀分布在第一圆环管2a的上方，第二供液管3b的数量也为四根，其均匀分布在第二圆环管2b的上方。第一供液管3a和第二供液管3b为弧形结构，其中，第一供液管3a对应的圆心角为125
°
，第二供液管3b对应的圆心角为90
°
，125
°
和90
°
能够保证第一供液管3a和第二供液管3b所遮挡的喷火孔b数量最少，从而提升对甲醇气化室7的加热效率。
37.为方便安装布局，第一供液管3a和第二供液管3b端部均设有弧形弯折段a，并通过弧形弯折段a连接在对应的燃烧管组2和燃料暂存腔室4侧部。再由图7可以看出，第二供液管3b的一端连接在第二储液室4b内壁上端，另一端以弧形轨迹倾斜向下延伸至第一圆环管2a的外侧。为适应高度方向的偏移，圆弧弯折段a为螺旋段结构。第一供液管3a在高度方向的分布形式也是如此。
38.再如图6所示，在第一储液室4a内壁上分布有连接件5，通过连接件5可以在外炉加热装置内部安装内炉加热装置，以进一步提升甲醇水制氢系统的加热效率。
39.最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。