一种具有多功能原料箱的水氢发电机的制作方法

1.本发明涉及制氢及发电设备技术领域，特别涉及一种具有多功能原料箱的水氢发电机。


背景技术：

2.氢，是一种21世纪最理想的能源之一，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主要是co2和so2，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。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制取氢，那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。
3.目前，利用甲醇水蒸汽重整技术制取h2与co2的混合气体，再经钯膜分离器分离，可分别得到h2和co2。参照中国发明cn201510476342.5，该专利公开了一种甲醇水重整制氢发电机，甲醇与水蒸汽在重整器的重整室内，在350-409℃温度下1-5mpa的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，生成氢气和二氧化碳，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：(1)ch3oh
→
co+2h2；(2)h2o+co
→
co2+h2；(3)ch3oh+h2o
→
co2+3h2，重整反应生成的h2和co2，再经过分离室的钯膜分离器将h2和co2分离，得到高纯氢气。制得的高纯氢气再进入燃料电池，在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应产生电能，在燃料电池1的阳极：2h2→
4h
+
+4e-，h2分裂成两个质子和两个电子，质子穿过质子交换膜（pem），电子通过阳极板，通过外部负载，并进入阴极双极板，在燃料电池1的阴极：o2+4e-+4h
+
→
2h2o，质子、电子和o2重新结合以形成h2o。该发电机将甲醇水重整制氢与燃料电池整合成一体，实现了制氢与发电合为一体的技术目的。然而，该发明专利cn201510476342.5存在的技术问题是：其一、仅依靠两个普通风机抽风，普通风机抽风作用较差，并且该专利未设置集风罩和导流罩，会导致空气在通过燃料电池时很不均匀，降低了燃料电池的发电效率和降温效率，燃料电池各部分温度不平衡；其二、甲醇水重整器的排放的尾气温度较高，易对尾气窗口周边机构造成影响，不能对甲醇水重整器进行降温处理；其三、需要安装笨重的钢制承载支撑架来支撑和保护燃料电池和甲醇水重整器，并且钢制承载支撑架对燃料电池和甲醇水重整器没有缓冲力，其保护力度不够好；其四、需要另外配置甲醇水原料箱，以给甲醇水重整器供应甲醇水原料；其五、甲醇水重整制氢发电机的机壳之内具有大量空间被浪费，不能得到利用；其六、风机产生的噪音较大，未对风机进行降噪处理。
4.随着技术的进步，本技术人研发了一种新型甲醇水重整制氢发电机，参见中国专利申请号202221987299.0，并参见图1和图2，该新型甲醇水重整制氢发电机包括甲醇水原料箱100和发电机机体200，甲醇水原料箱100通过输送管道101向发电机机体200供应甲醇
水原料。发电机机体200包括钢制承载支撑架201，钢制承载支撑架201之上安装有燃料电池发电系统和甲醇水重整制氢系统，其中，燃料电池发电系统从右至左依次包括空气过滤器202、燃料电池203、集风罩204和导风罩205，导风罩205中安装有离心风机206，在离心风机206的作用下，外界空气能依次经过空气过滤器202、燃料电池203、集风罩204、导风罩205之后排出。甲醇水重整制氢系统设置于离心风机206的一侧，甲醇水重整制氢系统包括甲醇水重整器207，从燃料电池发电系统排出的空气再吹向甲醇水重整器207，最后从发电机机体200的左侧排出。发电机机体200还包括控制装置208和机壳209，控制装置208安装于甲醇水重整器207侧方。该新型甲醇水重整制氢发电机相比于发明专利cn201510476342.5来说，由于设置了集风罩、导流罩和离心风机，因此能使空气在通过燃料电池时较为均匀，使燃料电池具有较高的发电效率和降温效率；此外，由于从燃料电池发电系统排出的空气再吹向甲醇水重整器，能与甲醇水重整器烟窗210的尾气相混合，降低甲醇水重整器的尾气温度。
5.然而，图1和图2所示的新型甲醇水重整制氢发电机还具有如下技术缺陷：（1）从燃料电池排出的空气在与甲醇水重整器的烟窗210排放的尾气混合之后，依次会很容易进入甲醇水重整制氢发电机的机体之内，较高温度的气体容易对尾气窗口周边机构造成不良影响；（2）需要安装笨重的钢制承载支撑架201来支撑和保护燃料电池和甲醇水重整器，钢制承载支撑架201的重量约8～12公斤，并且钢制承载支撑架对燃料电池和甲醇水重整器没有缓冲力，其保护力度不够好；（3）需要安装集风罩和导流罩，集风罩和导流罩需要采用两套注塑模具制造成型，制造成本高，安装不方便；（4）燃料电池发电系统和甲醇水重整制氢系统各机构模块的温度不平衡；（5）甲醇水重整制氢发电机的机壳之内具有大量空间被浪费，不能得到利用；（6）离心风机206之外无隔音装置，甲醇水重整制氢发电机的噪音仍然较大；（7）需要另外配置单独的甲醇水原料箱，以给甲醇水重整器供应甲醇水原料，给运输和使用造成较大的不便。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种具有多功能原料箱的水氢发电机，该水氢发电机安装于多功能原料箱之内，无需设置钢制承载支撑架，无需安装集风罩和导流罩，各机构模块的温度平衡，水氢发电机的机壳空间能得到充分利用，离心风机的降噪效果好，无需再另外配置单独的甲醇水原料箱，运输和使用方便。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有多功能原料箱的水氢发电机，包括第一多功能原料箱，所述第一多功能原料箱设有用于储存甲醇水原料的第一甲醇水原料仓，所述第一多功能原料箱之内设有发电系统容置腔，所述发电系统容置腔之内安装有燃料电池发电系统，燃料电池发电系统包括空气过滤器、燃料电池、集风腔、导风腔和离心风机，所述第一甲醇水原料仓包围于燃料电池发电系统之外；所述发电系统容置腔包括从右至左依次设置的第一腔体部、第二腔体部、第三腔体部和第四腔体部，所述第一腔体部之内容置有空气过滤器，所述第二腔体部之内容置有燃料电池，所述第三腔体部的内腔壁构成燃料电池发电系统的集风腔，所述第四腔体部的内腔壁构成燃料电池发电系统的导风腔，所述第四腔体部中安装有离心风机，在离心风机的作用下，外界空气能依次经过空气过滤器、燃料电池、集风腔、导风腔之后排出。
8.优选地，所述第一多功能原料箱的下端还设有控制盒容置腔，所述控制盒容置腔
之内安装有水氢发电机控制装置。
9.优选地，所述发电系统容置腔的左侧安装有箱体侧板，所述离心风机的左侧固定连接于箱体侧板上，所述箱体侧板设有用于排风的第一排风孔。
10.优选地，所述水氢发电机还包括第二多功能原料箱，第二多功能原料箱与第一多功能原料箱并列设置；所述第二多功能原料箱设有用于储存甲醇水原料的第二甲醇水原料仓，所述第二多功能原料箱之内设有重整系统容置腔，所述重整系统容置腔之内安装有甲醇水重整制氢系统，所述第二甲醇水原料仓包围于甲醇水重整制氢系统之外。
11.优选地，所述甲醇水重整制氢系统设有尾气排放窗口，所述第二多功能原料箱对应于尾气排放窗口的位置设有左右贯通的第二排风孔，该第二排风孔与所述的第一排风孔相连通。
12.优选地，所述水氢发电机还包括底板、右侧板、左侧板和外罩板；所述第一多功能原料箱和第二多功能原料箱并列设置于底板之上；所述右侧板安装于第一多功能原料箱的右侧，右侧板的下端与底板的右端相连接；所述左侧板安装于第二多功能原料箱的左侧，左侧板的下端与底板的左端相连接；所述外罩板包括相互连接的前侧板、上侧板和后侧板，外罩板同时罩设于第一多功能原料箱和第二多功能原料箱之上，外罩板的右端与右侧板相连接，外罩板的左端与左侧板相连接，外罩板的下端与底板相连接。
13.优选地，所述右侧板的对应于空气过滤器的位置设有进风窗口，所述左侧板的对应于尾气排放窗口的位置设有第三排风孔，该第三排风孔与所述的第二排风孔相连通。
14.优选地，所述水氢发电机还包括加强框，所述加强框同时套装于第一多功能原料箱和第二多功能原料箱之外，所述右侧板、左侧板和外罩板安装于加强框之外。
15.优选地，所述第一多功能原料箱及第二多功能原料箱的前侧、上侧、后侧分别设置有若干条纵向和/或横向的凹槽，所述外罩板的前侧板、上侧板、后侧板的内侧分别设置有若干条纵向和/或横向的凸条，凸条与凹槽的位置相对应，凸条嵌入至相对应的凹槽之内。
16.优选地，所述第一多功能原料箱的箱体材料为塑料，所述第二多功能原料箱的箱体材料为塑料或金属；所述第一多功能原料箱和/或第二多功能原料箱的上侧设有甲醇水原料添加口，所述外罩板的对应于甲醇水原料添加口的位置开设有进料孔；所述底板的下侧安装有若干滚动轮。
17.本发明的有益效果是：（1）由于多功能原料箱之内设有发电系统容置腔，燃料电池发电系统安装于发电系统容置腔之内，甲醇水原料仓包围于燃料电池发电系统之外，因此，本发明不需要再另外安装笨重的钢制承载支撑架，减轻了重量，降低了成本，并且多功能原料箱的箱体能够对燃料电池发电系统起到保护和支撑作用，具有缓冲力，保护力度好；（2）由于发电系统容置腔包括从右至左依次设置的第一腔体部、第二腔体部、第三腔体部和第四腔体部，其中，第三腔体部的内腔壁构成燃料电池发电系统的集风腔，第四腔体部的内腔壁构成燃料电池发电系统的导风腔，因此，本发明不需要另外安装集风罩和导流罩，而是巧妙地利用了第三腔体部和第四腔体部的内腔壁，使第三腔体部具有集风作用，使第四腔体部具有导风作用，减轻了重量，降低了成本；（3）由于多功能原料箱之内设有发电系统容置腔，燃料电池发电系统安装于发电系统容置腔之内，甲醇水原料仓包围于燃料电池发电系统之外，因此，多功能原料箱的箱体
能起到隔热导热作用，能使燃料电池发电系统各部分温度保持平衡；（4）多功能原料箱充分利用了甲醇水重整制氢发电机之内的空间，避免了空间浪费；（5）本发明不需要另外配置单独的甲醇水原料箱，而是通过多功能原料箱的甲醇水原料仓供应甲醇水原料，运输和使用不便；（6）由于离心风机安装于发电系统容置腔的第四腔体部之内，多功能原料箱的箱体能够对离心风机形成优秀的隔音降噪效果，因此，大幅降低了本发明水氢发电机的整体噪音。
附图说明
18.图1为现有技术中的甲醇水重整制氢发电机的立体结构图。
19.图2为现有技术中的甲醇水重整制氢发电机的分散结构图。
20.图3为本发明具有多功能原料箱的水氢发电机的立体结构图。
21.图4为本发明具有多功能原料箱的水氢发电机的分散结构图之一。
22.图5为本发明具有多功能原料箱的水氢发电机的分散结构图之二。
23.图6为本发明的第一多功能原料箱纵剖视图。
24.图7为本发明的第二多功能原料箱纵剖视图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
26.如图3-图7所示，本发明为一种具有多功能原料箱的水氢发电机，包括第一多功能原料箱1，所述第一多功能原料箱1设有用于储存甲醇水原料的第一甲醇水原料仓11，所述第一多功能原料箱1之内设有发电系统容置腔12，所述发电系统容置腔12之内安装有燃料电池发电系统300，燃料电池发电系统300包括空气过滤器2、燃料电池3、集风腔、导风腔和离心风机4；所述第一甲醇水原料仓11包围于燃料电池发电系统之外；所述发电系统容置腔12包括从右至左依次设置的第一腔体部121、第二腔体部122、第三腔体部123和第四腔体部124，所述第一腔体部121之内容置有空气过滤器2，所述第二腔体部122之内容置有燃料电池3，所述第三腔体部123的内腔壁构成燃料电池发电系统300的集风腔，所述第四腔体部124的内腔壁构成燃料电池发电系统300的导风腔，所述第四腔体部124中安装有离心风机4，在离心风机4的抽气作用下，外界空气能依次经过空气过滤器2、燃料电池3、集风腔、导风腔之后排出。
27.本发明的燃料电池发电系统300的燃料电池3，其用于氢气及空气中的氧气发生电化学反应产生电能，在燃料电池3的阳极：2h2→
4h
+
+4e-，h2分裂成两个质子和两个电子，质子穿过质子交换膜（pem），电子通过阳极板，通过外部负载，并进入阴极双极板，在燃料电池3的阴极：o2+4e-+4h
+
→
2h2o，质子、电子和o2重新结合以形成h2o；产生的电能通过所述电力输出端口6输出。在离心风机4的抽气作用下，外界空气依次经过空气过滤器2、燃料电池3、集风腔、导风腔之后排出，外界空气在进入燃料电池3的过程中，一方面为燃料电池3散热降温，另一方面，为燃料电池3的电化学反应提供氧气。燃料电池3发电时所需要的氢气来自于甲醇水重整制氢系统400，其结构功能后文再详细描述。
28.如图4和图5所示，所述第一多功能原料箱1的下端还设有控制盒容置腔125，所述控制盒容置腔125之内安装有水氢发电机控制装置5。水氢发电机控制装置5之内设置有控制主板，用于控制燃料电池发电系统300及甲醇水重整制氢系统400工作。
29.如图3-图6所示，所述发电系统容置腔12的左侧安装有箱体侧板6，所述离心风机4的左侧固定连接于箱体侧板6上，所述箱体侧板6设有用于排风的第一排风孔61。箱体侧板6能封堵住第四腔体部124的左侧，只留一个第一排风孔61，使离心风机4抽出的风从第一排风孔61中排出。
30.如图3-图7所示，所述水氢发电机还包括第二多功能原料箱7，第二多功能原料箱7与第一多功能原料箱1并列设置；所述第二多功能原料箱7设有用于储存甲醇水原料的第二甲醇水原料仓71，所述第二多功能原料箱7之内设有重整系统容置腔72，所述重整系统容置腔72之内安装有甲醇水重整制氢系统400，所述第二甲醇水原料仓71包围于甲醇水重整制氢系统400之外。第二多功能原料箱7具有如下技术优势：1）由于第二多功能原料箱7之内设有重整系统容置腔72，甲醇水重整制氢系统400安装于重整系统容置腔72之内，第二甲醇水原料仓71包围于甲醇水重整制氢系统400之外，因此，本发明不需要再另外安装笨重的钢制承载支撑架来支撑甲醇水重整制氢系统400，减轻了重量，降低了成本，并且第二多功能原料箱7的箱体能够对甲醇水重整制氢系统400起到保护和支撑作用，具有缓冲力，保护力度好；2）第二多功能原料箱充分利用了甲醇水重整制氢发电机之内的空间，避免了空间浪费；3）第二多功能原料箱7增加了甲醇水原料的容置量。
31.本发明的甲醇水重整制氢系统400包括保温壳体，在保温壳体内设有重整室、分离室及燃烧室，所述重整室用于甲醇和水发生重整制氢反应制得以二氧化碳和氢气为主的混合气体，所述重整室内设有催化剂，甲醇和水蒸汽在重整室内，1-5m pa的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，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，反应方程为：(1)ch3oh
→
co+2h2、(2)h2o+co
→
co2+h
2 、(3)ch3oh+h2o
→
co2+3h2，制得以二氧化碳和氢气为主的高温混合气体；所述分离室用于从混合气体中分离出氢气，该氢气可向外输出或供应给燃料电池，所述燃烧室用于部分制得的氢气在燃烧室中燃烧，为重整制氢装置的运行提供热量；此外，在重整制氢装置内，还设有加热汽化盘管，甲醇和水原料在进入重整室之前，先通过加热汽化盘管进行汽化处理。
32.如图3-图7所示，所述甲醇水重整制氢系统400设有尾气排放窗口401，部分制得的氢气在燃烧室中燃烧之后，其尾气从尾气排放窗口401中排出；所述第二多功能原料箱7对应于尾气排放窗口401的位置设有左右贯通的第二排风孔73，该第二排风孔73与所述的第一排风孔61相连通。由于第二排风孔73与第一排风孔61相连通，因此，从离心风机4抽出的风就会直接吹向第二排风孔73中的尾气排放窗口401位置，并迅速和尾气排放窗口401排出的尾气混合，使高温尾气得到迅速降温后再往外排放，而混合后的气体会从第二排风孔73排向第三排风孔91（后面再详细描述其结构），最后从第三排风孔91排向外界。这一排放过程，能防止尾气进入甲醇水重整制氢发电机的机体之内，避免尾气对机体机构造成不良影响。
33.如图3-图7所示，所述水氢发电机还包括底板13、右侧板10、左侧板9和外罩板8；所述第一多功能原料箱1和第二多功能原料箱7并列设置于底板13之上；所述右侧板10安装于
第一多功能原料箱1的右侧，右侧板10的下端与底板13的右端相连接；所述左侧板9安装于第二多功能原料箱7的左侧，左侧板9的下端与底板13的左端相连接；所述外罩板8包括相互连接的前侧板81、上侧板82和后侧板83，外罩板8同时罩设于第一多功能原料箱1和第二多功能原料箱7之上，外罩板8的右端与右侧板10相连接，外罩板8的左端与左侧板9相连接，外罩板8的下端与底板13相连接。所述底板13的下侧安装有若干滚动轮131。
34.如图3-图7所示，所述右侧板10的对应于空气过滤器2的位置设有进风窗口101，所述左侧板9的对应于尾气排放窗口401的位置设有第三排风孔91，该第三排风孔91与所述的第二排风孔73相连通。
35.如图4和图5所示，所述水氢发电机还包括加强框14，所述加强框14同时套装于第一多功能原料箱1和第二多功能原料箱7之外，所述右侧板10、左侧板9和外罩板8安装于加强框之外。通过设置加强框14，一方面能使第二多功能原料箱7与第一多功能原料箱1紧密捆在一起，另一方面能显著增加第二多功能原料箱7与第一多功能原料箱1的边角部的防撞强度。
36.如图3-图7所示，所述第一多功能原料箱1及第二多功能原料箱7的前侧、上侧、后侧分别设置有若干条纵向和/或横向的凹槽15，所述外罩板8的前侧板81、上侧板2、后侧板83的内侧分别设置有若干条纵向和/或横向的凸条84，凸条84与凹槽15的位置相对应，凸条84嵌入至相对应的凹槽15之内。设置凸条84与凹槽15结构，一方面能使外罩板8与第一多功能原料箱1及第二多功能原料箱7能稳定地卡接在一起，另一方面能显著提高水氢发电机的整体牢固性和机体强度。
37.如图3-图7所示，所述第一多功能原料箱1的箱体材料为塑料，所述第二多功能原料箱7的箱体材料为塑料或金属，其中，塑料优选为pe聚乙烯材料；第一多功能原料箱1和第二多功能原料箱7分别在注塑机注塑成型而成。所述第一多功能原料箱1和/或第二多功能原料箱7的上侧设有甲醇水原料添加口16，所述外罩板8的对应于甲醇水原料添加口16的位置开设有进料孔85。
38.本发明水氢发电机还设有甲醇水原料输送泵，以将第一多功能原料箱1和第二多功能原料箱7之内的甲醇水原料输出，输出后的原料再输送至甲醇水重整制氢系统400的重整室。甲醇水原料输送泵优选为潜水泵，第一多功能原料箱1的第一甲醇水原料仓11之内设置一潜水泵，在第二多功能原料箱7的第二甲醇水原料仓71之内也设置一潜水泵，两个潜水泵能交替或同时向的甲醇水重整制氢系统400的重整室泵送甲醇水原料。
39.以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。