一种发电及制冷一体化的系统及方法_3

文档序号:9614422阅读:来源:国知局
提供0.2M Pa或1.1M Pa或1.2M Pa或1.5M Pa或5M Pa的压强),使得制氢装置20制得的氢气具有足够的压强。所述制氢装置20启动制氢后,制氢装置20制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢装置20运行(当然,制氢装置20的运行还可以通过其他能源)。
[0093]所述制氢装置20制得的氢气输送至膜分离装置30进行分离,用于分离氢气的膜分离装置30的内外压强之差大于等于0.7M Pa(如膜分离装置30的内外压强为0.7M Pa或 1.1M Pa 或 1.2M Pa 或 1.5M Pa 或 5M Pa)。
[0094]本实施例中,所述膜分离装置30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%。所述膜分离装置30的制备工艺包括如下步骤:
[0095]步骤1、将多孔陶瓷设置于磁控溅射装置的真空室内;
[0096]步骤2、利用磁控溅射装置的磁场产生机构产生磁场,使得金属靶产生偏差电流,金属靶作为负极,从而使多孔陶瓷表面带有磁层体;所述金属靶的材料为溅射贵重金属,所述贵重金属为钯银合金,质量百分比钯占75%?78%,银占22%?25% ;
[0097]步骤3、在金属靶产生偏差电流的同时,对磁控溅射装置的真空室进行加热,温度控制在350°C?800°C ;
[0098]步骤4、抽出真空室内的气体,当真空室内的真空度小于102Pa时,向真空室内充入设定浓度的氩气;
[0099]步骤5、向金属靶通入电流,进行溅射镀膜;金属靶产生的离子在电场的作用下加速飞向多孔陶瓷表面的过程中与氩原子发生碰撞,电离出大量的氩离子和电子,电子飞向多孔陶瓷表面;氩离子在电场的作用下加速轰击金属靶,溅射出大量的金属靶靶材原子或分子,呈中性的靶原子或分子沉积在多孔陶瓷表面上,形成1?15 μ m的贵重金属薄膜;
[0100]其中,在溅射镀膜的过程中还包括氩气浓度检测步骤;实时或者以设定时间间隔检测真空室内的氩气浓度,当氩气浓度低于设定阈值时自动打开氩气充气阀门,向真空室内充入氩气,直至真空室内的氩气浓度符合设定阈值范围;
[0101]在溅射镀膜的过程中还包括气压检测步骤;实时或者以设定时间间隔检测真空室内的气压,当真空室内的气压不在设定阈值区间,调整真空室内的气压至设定阈值区间;
[0102]步骤6、向真空室内通入大气,取出工件。
[0103]优选地,所述制氢设备包括换热器、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上部。
[0104]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;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350°C?409°C;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;所述分离室内的温度设定为400°C?570°C ;分离室内设有膜分离器,从膜分离器的产气端得到氢气。
[0105]以上介绍了甲醇水制氢设备的组成,本发明还揭示一种利用上述甲醇水制氢设备的制氢方法,所述制氢方法包括:
[0106]【步骤0】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,为制氢设备提供启动热能,作为制氢设备的启动能源;
[0107]【步骤1】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设备;所述原料输送装置向原料提供0.15?5M Pa的压强,使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强;
[0108]【步骤2】制氢设备制备氢气;具体包括:
[0109]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;
[0110]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 ;
[0111]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;
[0112]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。
[0113]【步骤3】所述制氢设备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 ;
[0114]本实施例中,甲醇制氢设备将分离室设置于重整室的上部,重整室上部相比中部及下部的温度较高,通过连接管路连接重整室与分离室,连接管路在输送的过程中能利用重整室上部的高温加热输送的气体,起到预热作用,同时加热方式非常便捷。在重整室与分离室之间的管路作为预热控温机构,可以对从重整室输出的气体进行加热,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;从而可以分别保证重整室内催化剂的低温要求,以及分离室的高温要求,进而提高氢气制备效率。
[0115]【制冷空调设备】
[0116]制冷空调设备500或/和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。其中,甲醇制氢设备重整制氢释放的余热尤其重要,占总能耗的约30% (重整释放余气温度通常在230°C以上),若不能有效利用,势必带来大量浪费。
[0117]所述制冷空调设备500包括冷凝器51、蒸发器52、第一吸附发生器53、第二吸附发生器54、可逆泵体55,以及若干节流阀561、562、563、564 ;所述第一吸附发生器53、第二吸附发生器54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。
[0118]所述氢发电设备300的散热机构分别连接第一吸附发生器53、第二吸附发生器54 ;所述第一吸附发生器53与第二吸附发生器54分别通过第一节流阀561、第二节流阀562连接冷凝器51 ;所述第一吸附发生器53与第二吸附发生器54分别通过第三节流阀563、第四节流阀564连接蒸发器52 ;冷凝器51通过第五节流阀565与蒸发器52连接;第一吸附发生器53与第二吸附发生器54通过两个管路连接,形成回路;在其中一个管路中设置可逆泵体55。所述第一节流阀561、第二节流阀562、第三节流阀563、第四节流阀564、第五节流阀565通过节流阀控制器控制其通断。
[0119]第一工作周期中,第一吸附发生器53受到来自氢*发电设备300的散热机构的热能,脱附为气态氨,经过冷凝器51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55进入蒸发器52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54,在冷却条件下与其中的含氨混合液发生络合反应,生成氨络合物。
[0120]第二工作周期中,第二吸附发生器54受到来自氢发电设备300的散热机构的热能,脱附为气态氨,经过冷凝器51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52蒸发为气态氨,同时吸收热量制冷;气态氨进入第一吸附发生器53,在冷却条件下与其中的含氨混合液发生络合反应,生成氨络合物;如此循环。
[0121]当然,所述系统还可以包括车载冰箱设备,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。
[0122]【气压调节子系统】
[0123]如图1所示,所述气压调节子系统200包括微处理器21、气体压力传感器22、阀门控制器23、出气阀24、出气管路25。所述气体压力传感器22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21 ;所述微处理器21将从气体压力传感器22接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对,并以此控制出气阀24的开关。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21控制阀门控制器23打开出气阀设定时间,使得传输管路中气压处于设定范围.优选地,出气管路25的一端连接出气阀24,另一端连接所述甲醇制氢设备100,通过燃烧为甲醇制氢设备100的需加热设备(如重整室)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21控制所述甲醇制氢设备100加快原料的输送速度,从而提高制氢速度。
[0124]【收集利用子系统】
[0125]如图2所示,所述收集利用子系统400包括氢水分离器401、氢气止回阀402,氢发电设备300的排气通道出口连接氢水分离器401的入口,氢水分离器401出口处连接的管路内设有氢气止回阀402,防止氢气倒灌;所述氢水分离器401用于分离氢气与水。此外,所述收集利用子系统还包括氢氧分离器,用于分离氢气及氧气;氢氧分离器设置于所述氢发电设备排气通道出口与氢水分离器之间。
[0126]本实施例中,所述收集利用子系统400还包括氧水分离器411、氧气止回阀412,用于收集氧气。所述收集利用子系统400收集的氢气与氧气供甲醇制氢设备100使用,也可以供氢发电设备300使用。此外,收集到的氧气可以存放于设定容器中,供人们吸氧;收集至IJ的水可以供人们饮用。
[0127]由于所述收集利用子系统包括气水分离器(如上述氢水分离器、氧水分离器),因此可以收集到水(比原料中的水分还要多若干倍,因为甲醇中也含有氢原子,制得氢气后与氧气反应得到水),将水输送至甲醇制氢设备100,原料水可以循环利用,无需另外添加。
[0128]因此,本发明系统可以从氢发电设备的余气中收集氢气、氧气、水等有用物质,可以提高系统的发电效率,同时节省原料(水)。
[0129]以上介绍了本发明发电及制冷一体化系统的组成,本发明在揭示上述系统的同时,还揭示一种利用上述发电及制冷一体化的系统的发电及制冷方法,所述方法包括如下步骤:
[0130]【步骤S1】氢气制备步骤: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。
[0131]【步骤S2】发电步骤:氢发电设备利用氢气发出电能,并释放热能。
[0132]【步骤S3】制冷步骤:制冷空调设备或/和移
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