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专利号: 2021116617228
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:包括装有甲醇水溶液的储放箱

(10)、换热器(11)、预热器(8)、蒸发器(7)、反应器(6)和气体分离器(14);还包括水箱(1)和太阳能高温集热管(3);太阳能高温集热管(3)将水箱(1)内的水加热成高温水或水蒸气,高温水或水蒸气通入反应器(6)和/或蒸发器(7)和/或预热器(8)的换热管道中,与甲醇水溶液进行热交换,降温后的水回流入水箱(1);甲醇水溶液经换热器(11)、预热器(8)、蒸发器(7)逐级加热后,在反应器(6)中发生甲醇重整反应,生成的氢气和二氧化碳混合气体经换热器(11)与甲醇水溶液进行热交换后,在气体分离器(14)中被分离成氢气和二氧化碳;反应器(6)内涂覆有催化剂层;

所述反应器(6)包括水蒸气进气口(61)、水蒸气出气口(67)、混合气体进气口(613)和混合气体出气口(611);还包括换热室(612)、位于换热室(612)上方的气体扩散室(68)以及位于换热室(612)下方的气体汇流室(610);换热室(612)内设有换热管道(63),换热管道(63)外包覆有相变材料I(64);换热管道(63)和相变材料I(64)外涂覆有催化剂层;水蒸气从水蒸气进气口(61)进入反应器(6),经分离管道(62)后均匀分散至多根换热管道(63)中,水蒸气将热量传递至换热管道(63)和相变材料I(64)后汇流到汇流管道,经汇流管道汇流后从水蒸气出气口(67)流出反应器(6);甲醇和水蒸气混合气体经混合气体进气口(613)进入气体扩散室(68)中;经气体扩散室(68)流进换热室(612),在换热室(612)相变材料I(64)表面催化剂的作用下发生甲醇重整反应生成氢气与二氧化碳,氢气与二氧化碳混合气体向下移动至气体汇流室(610),由混合气体出气口(611)流出反应器(6)。

2.根据权利要求1所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:所述太阳能高温集热管(3)出口处设有热电偶(4),所述太阳能高温集热管(3)出口连有三个支路,分别为第一支路(15)、第二支路(16)和第三支路(17),三个支路上均设有阀门;太阳能高温集热管(3)通过第一支路(15)与预热器(8)、水箱(1)形成闭环回路;太阳能高温集热管(3)通过第二支路(16)与蒸发器(7)、预热器(8)、水箱(1)形成闭环回路;太阳能高温集热管(3)通过第三支路(17)与反应器(6)、蒸发器(7)、预热器(8)、水箱(1)形成闭环回路;反应器(6)和蒸发器(7)之间的换热连接管路以及蒸发器(7)和预热器(8)之间的换热连接管路上也设有阀门。

3.根据权利要求2所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:还包括PLC控

制箱,热电偶(4)与各支路、各换热连接管路上的阀门分别通过电缆与PLC控制箱连接。

4.根据权利要求1所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:所述相变材料I(64)对应的相变材料的熔点为250℃~300℃。

5.根据权利要求1所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:所述气体扩散室(68)内设有多层多孔介质板(69),每层多孔介质板(69)的孔径为0.5mm。

6.根据权利要求1所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:所述蒸发器

(7)包括换热腔(713)以及位于换热腔(713)上方的汇流腔(79);换热腔(713)侧壁设有水蒸气流入口(711)、水蒸气流出口(75)和混合液流入口(712);汇流腔(79)顶部设有混合气排出口(710);换热腔(713)内设有换热支管(72),换热支管(72)外包覆有相变材料II(76);水蒸气从水蒸气流入口(711)进入蒸发器(7),经分离管道(62)后均匀分散至多根换热支管(72)中,水蒸气将热量传递至换热支管(72)和相变材料II(76)后汇流到汇流管道,经汇流管道汇流后从水蒸气流出口(75)流出蒸发器(7);甲醇水溶液从混合液流入口(712)进入换热腔(713)中,每层换热支管(72)上均架设有喷头(77),甲醇水溶液从每层换热支管(72)上的喷头(77)喷出,接触到换热支管(72)和储热后的相变材料II(76)后汽化,混合气体经汇流腔(79)汇流后从混合气排出口(710)流出蒸发器(7)。

7.根据权利要求6所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:所述相变材料II(76)的熔点为100℃~250℃。

8.根据权利要求1所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:所述预热器

(8)包括反应箱体(815),反应箱体(815)内设有加热板(88)和流道板(87);加热板(88)和流道板(87)上均设有S型流道(814);加热板(88)和流道板(87)依次交替排布,加热板(88)和流道板(87)之间设有换热层,换热层由相变材料III(86)和肋片(85)依次交替排布组成;反应箱体(815)内还设有水蒸气中转管道(81)、水蒸气汇流管道(83)、溶液中转管道(810)和溶液汇流管道(811);水蒸气中转管道(81)上设有水蒸气入口(813),水蒸气汇流管道(83)上设有水蒸气出口(84),溶液中转管道(810)上设有溶液入口(89),溶液汇流管道(811)上设有溶液出口(812);水蒸气中转管道(81)和水蒸气汇流管道(83)分别通过水蒸气支管(82)与加热板(88)上S型流道(814)的首尾连接;溶液中转管道(810)和溶液汇流管道(811)分别通过溶液支管(816)与流道板(87)上S型流道(814)的首尾连接;水蒸气从水蒸气入口(813)流入水蒸气中转管道(81),经多个水蒸气支管(82)把水蒸气中转管道(81)里的水蒸气输送到加热板(88);水蒸气在加热板(88)中沿着S型流道(814)流动后从多个支管流进水蒸气汇流管道(83),再从水蒸气汇流管道(83)的水蒸气出口(84)流出预热器(8), 甲醇水溶液从预热器(8)的溶液入口(89)流入溶液中转管道(810),经多个溶液支管(816)把溶液中转管道(810)里的溶液输送到流道板(87);溶液在流道板(87)中沿着S型流道(814)流动后从多个支管流进溶液汇流管道(811),再从溶液汇流管道(811)的溶液出口(812)流出预热器(8)。

9.根据权利要求1所述的利用太阳能的甲醇重整制氢系统,其特征在于:所述气体分离器(14)包括密封腔体(141),密封腔体(141)设有混合气体进口管道(1401)、二氧化碳出口管道(1404)以及氢气出口(1403);在混合气体进口管道(1401)与二氧化碳出口管道(1404)之间设有气体分离膜(1402)。