一种发电及制冷一体化的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发电及制冷技术领域，涉及一种发电及制冷系统，尤其涉及一种发电及制冷一体化的系统；同时，本发明还涉及一种发电及制冷一体化的方法。
【背景技术】
[0002]在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。
[0003]氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500°C，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。
[0004]在大自然中，氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”，其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70%为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
[0005]氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。
[0006]氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了 110公里。
[0007]用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4%的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40%，而且无需对汽油发动机作多大的改进。
[0008]氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的。
[0009]另外，使用氢一氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。
[0010]现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4%的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氣新方法。而用甲醇、水重整制氢可减少化工生产中的能耗和降低成本，有望替代被称为“电老虎”的“电解水制氢”的工艺，利用先进的甲醇蒸气重整——变压吸附技术制取纯氢和富含C02的混合气体，经过进一步的后处理，可同时得到氢气和二氧化碳气。
[0011]甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下:
[0012]CH30H —C0+2H2(1)
[0013]H20+C0 — C02+H2(2)
[0014]CH30H+H20 — C02+3H2 (3)
[0015]重整反应生成的H2和C02，再经过钯膜分离将H2和C02分离，得到高纯氢气。变压吸附法的耗能高、设备大，且不适合小规模的氢气制备。
[0016]现有的氣气制备及发电系统中，氢<气发电机会排出大量的热量，致使发电机的温度高达276°C，如今还没有很好的降温方法，导致发电机工作不稳定，减少使用寿命。
[0017]同时，氢气发电机还会排出一些余气，主要包括尚未充分反应的氢气、氧气、水蒸气等，如今是将这些气体排出，而其中的氢气是危险气体，存在一定的安全隐患。同时，这些气体是有一定利用价值的。
[0018]此外，现有的氢气发电系统，通常是利用已经制备好的氢气发电，即制备氢气与氢气发电是分离的。首先利用制氢设备制备氢气，将氢气放置于氢气缓冲罐中，而后通过氢气缓冲罐中的氢气发电。氢气缓冲罐的体积较为庞大，不便携带，移动性较差，从而制约了氢气制备及发电设备的便携性。
[0019]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的氢气发电系统，以便克服现有氢气发电系统的上述缺陷。
【发明内容】
[0020]本发明所要解决的技术问题是:提供一种发电及制冷一体化的系统，可利用氢发电设备排放的热量制冷，既降低了发电设备的温度，又有效利用了该热量。
[0021]此外，本发明还涉及一种发电及制冷一体化的方法，可利用氢发电设备排放的热量制冷，既降低了发电设备的温度，又有效利用了该热量。
[0022]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0023]一种发电及制冷一体化的系统，所述系统包括:甲醇制氢设备、氢发电设备、制冷空调设备或/和移动冰箱设备、气压调节子系统、收集利用子系统；
[0024]所述甲醇制氢设备制备氢气，将制得的氢气输送至氢发电设备；氢发电设备利用氢气发出电能，并释放热能；制冷空调设备、移动冰箱设备利用氢发电设备释放的热能或/和甲醇制氢设备重整制氢释放的余热制冷；
[0025]所述甲醇制氢设备利用甲醇及水制备氢气，所述甲醇制氢设备包括固态氢气储存容器、液体储存容器、原料输送装置、制氢装置、膜分离装置；
[0026]所述制氢装置包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的里面；
[0027]所述固态氢气储存容器、液体储存容器分别与制氢装置连接；液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；
[0028]所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢装置提供启动热能，作为制氢装置的启动能源；
[0029]所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；
[0030]气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300°C?420°C ；
[0031]所述重整室上部的温度为400°C?570°C ;重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近；
[0032]所述分离室内的温度设定为350°C?570°C ;分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氣气；
[0033]所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢装置；所述原料输送装置向原料提供0.15?5MPa的压强，使得制氢装置制得的氢气具有足够的压强；
[0034]所述制氢装置启动制氢后，制氢装置制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氣装置运行；
[0035]所述制氢装置制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7M Pa ；
[0036]所述膜分离装置为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% ;
[0037]所述甲醇制氢<设备将制得的氣气通过传输管路实时传输至氣发电设备；所述传输管路设有气压调节子系统，用于调整传输管路中的气压；所述氢发电设备利用甲醇制氢设备制得的氢气发电；
[0038]所述气压调节子系统包括微处理器、气体压力传感器、阀门控制器、出气阀、出气管路；所述气体压力传感器设置于传输管路中，用以感应传输管路中的气压数据，并将感应的气压数据发送至微处理器；所述微处理器将从气体压力传感器接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对；当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值，微处理器控制阀门控制器打开出气阀设定时间，使得传输管路中气压处于设定范围，同时出气管路的一端连接出气阀，另一端连接所述甲醇制氢设备，通过燃烧为甲醇制氢设备的需加热设备进行加热；当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值，微处理器控制所述甲醇制氢设备加快原料的输送速度；
[0039]所述收集利用子系统连接氢发电设备的排气通道出口，从排出的气体中分别收集氢气、氧气、水，利用收集到的氢气、氧气供甲醇制氢设备或/和氢发电设备使用，收集到的水作为甲醇制氢设备的原料，从而循环使用；
[0040]所述收集利用子系统包括氢氧分离器、氢水分离器、氢气止回阀、氧水分离器、氧气止回阀，将氣气与氧气分离，而后分别将氣气与水分离、氧气与水分离；
[0041]所述制冷空调设备、移动冰箱设备均包括冷凝器、蒸发器、若干节流阀、第一吸附发生器、第二吸附发生器；所述第一吸附发生器、第二吸附发生器内设有含氨混合液，含氨混合液为氨-氨络合剂-水混合液或为氨-磷酸氢氨-水混合液；
[0042]所述氢发电设备的散热机构分别连接第一吸附发生器、第二吸附发生器；所述第一吸附发生器与第二吸附发生器分别通过第一节流阀、第二节流阀连接冷凝器；所述第一吸附发生器与第二吸附发生器分别通过第三节流阀、第四节流阀连接蒸发器；冷凝器通过第五节流阀与蒸发器连接；所述第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、第五节流阀通过节流阀控制器控制其通断；
[0043]第一工作周期中，第一吸附发生器受到来自氢发电设备的散热机构的热能或/和甲醇制氢设备重整制氢后的余热，脱附为气态氨，经过冷凝器冷凝为液态氨，释放热，热由冷却介质带出；液态氨通过第五节流阀进入蒸发器蒸发为气态氨，同时吸收热量制冷；气态氨进入第二吸附发生器，在冷却条件下与其中的含氨混合液发生络合反应，生成氨络