一种制氢装置

技术领域

本发明适用于化工设备技术领域，尤其涉及一种制氢装置。

背景技术

能源是人类经济活动中最重要的要素。氢能源作为公认的清洁能源，在现今社会中，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。氢气作为新能源燃料，展现了极广泛的和潜在的市场。如何从规划及技术上准备和迎接这一必然要到来的发展，将是一项极为重大的事情。选择先进的技术，合理的方法来生产和应用氢，以获得最大的经济和环境效益，这是未来的发展趋势。

目前，较为广泛的采用甲醇制取氢气，甲醇制氢是指在一定温度及压力条件下，以甲醇为原料，通过甲醇蒸气通过制氢催化剂的作用，进行转化反应，制取氢气的过程。现有技术中，利用燃烧催化对甲醇蒸气与制氢催化剂反应后的尾气与空气混合后的混合气体再次利用的方法，有效的减少了资源的损耗。但现有的设备在利用尾气燃烧制氢时，需要先通过蒸气发生装置制得蒸气，再将蒸气通入氢气反应装置与制氢催化剂反应制得氢气，其结构复杂，需要单独设置蒸气发生装置、氢气反应装置以及二者之间的连接管道等，整体效率较低。

发明内容

因此，本发明实施例提供了一种制氢装置，本发明能有效的解决制氢效率低、制氢装置结构复杂、蒸气耗热量较高的技术问题。

本发明提供的一种制氢装置，包括：壳体，内部具有容纳空间；所述容纳空间包括：液体容纳腔以及氢气容纳腔，且腔体之间设有隔板；至少一个制氢管，内部设有制氢催化剂，且连通所述液体容纳腔和所述氢气容纳腔；所述制氢装置还包括加热腔，和/或，电加热器；所述加热腔设置在液体容纳腔和所述氢气容纳腔之间，所述电加热器设置在液体容纳腔和/或制氢管内。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述加热腔包括尾气容纳腔和/或热废气加热腔，其中所述尾气容纳腔包括：第一容纳腔，位于所述容纳空间靠近所述液体容纳腔；第二容纳腔，位于所述第一容纳腔与氢气容纳腔之间；其中，尾气入口设于所述第一容纳腔；燃烧催化剂填充于所述第二容纳腔；所述热废气加热腔设置于所述液体容纳腔和氢气容纳腔之间，且设置有热废气进口和废气出口。

在所述尾气容纳腔内，通过尾气与所述燃烧催化剂反应产生的热量能够为所述制氢管进行加热，和/或，向所述热废气加热腔内通入热废气实现对所述制氢管的加热；所述第一容纳腔可容纳尾气，尾气从所述尾气进入所述第一容纳腔内，可在所述第一容纳腔内分布均匀后，进入所述第二容纳腔内，与所述燃烧催化剂反应，产生热量，此时尾气进入所述第二容纳腔内后，可与所述燃烧催化剂充分反应，提高了尾气的利用率。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述容纳空间还包括：过热腔，设于所述第二容纳腔与所述氢气容纳腔之间；且所述过热腔内设有可储存热量的蓄热组件。

所述过热腔内部设置所述蓄热组件，燃烧后的尾气进入所述过热腔内后，经过所述蓄热组件对所述燃烧后的尾气的热量进行吸收，所述蓄热组件所吸收的热量能够持续对所述制氢管进行加热，提高了制氢效率。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述第一容纳腔、所述第二容纳腔以及所述过热腔之间也设有隔板，隔板上设置有尾气流通孔，所述尾气可通过所述尾气流通孔在所述容纳空间内流通。

所述尾气可在所述制氢装置内部的所述第一容纳腔、所述第二容纳腔以及所述过热腔之间流通，所述隔板的设置使所述尾气在所述容纳空间内部能够分布均匀，使燃烧后的热量能够被充分吸收。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述制氢催化剂与所述液体容纳腔之间设置有液体隔离空间。

所述液体隔离空间的设置能够有效的保证，再对所述液体容纳腔内添加液体时，液体不会直接与所述制氢催化剂接触，不会影响所述制氢催化剂的效率；进一步的，由液体产生的蒸气进入所述制氢管内，保证了所述制氢装置产生的蒸气效率。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述蓄热组件为蓄热块，和/或，蓄热球，所述蓄热组件填充于至少一个所述制氢管与所述壳体之间。

所述蓄热块或者所述蓄热球填充于所述过热腔内，且所述蓄热球或所述蓄热块之间形成了可流通尾气的间隙，所述蓄热块或者所述蓄热球能够吸收燃烧后的尾气的热量。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述制氢管包括：蒸气管，连通至所述液体容纳腔；氢气管，连通至所述氢气容纳腔；其中，所述氢气管在竖直方向上位于所述蒸气管上端。

所述氢气管连通至所述氢气容纳腔，所述蒸气管连通至所述液体容纳腔，保证了所述制氢管在所述制氢装置能够直接由蒸气产生氢气的目的，且制氢装置所设置的一体成型结构，节省了所述制氢装置的占地空间。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述蒸气管与所述氢气管之间设置有多孔隔板。

所述多孔隔板能够实现蒸气由所述蒸气管流通至所述氢气管的目的，进一步的使蒸气能够与所述氢气管内的所述制氢催化剂反应产生氢气。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述蒸气管与所述氢气管一体成型，或者，所述蒸气管和所述氢气管可拆卸连接。

所述蒸气管与所述氢气管设置为一体成型，节省了所述制氢管的安装空间，增强了所述制氢装置内部空间的利用率，所述蒸气管与所述氢气管的可拆卸连接能够实现，对所述蒸气管或所述氢气管单独更换的目的。

进一步的，在本发明的一个实施例中，还包括：液位器，设于所述壳体外部，其一端连通所述氢气容纳腔，另一端连通至所述液体容纳腔。

所述液位器能够检测在所述制氢装置内部所述液体容纳腔内的储液量，并且使所述制氢装置内的液体小于30L，实现储液容量小于国规的储液腔，无需报备。

综上所述，采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

i)所述制氢催化剂置于所述制氢管内，能够直接在所述制氢管内生成氢气，节约了反应空间，有效的降低了装置制作成本以及结构的复杂程度，使得整体结构更加精简；

ii)所述电加热器的设置，有效的保证了蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度，有效的增强了氢气生成速率；

iii)通过所述燃烧催化剂与所述尾气的反应，能够实现了资源的循环利用，产生的热量进一步的可对所述制氢管进行加热，保证了所述制氢管内蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度，并且经过燃烧后的尾气排出后，不会污染环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的制氢装置100的结构示意图；

图2为图1所示的剖视图；

图3为图1中制氢装置100内部结构示意图；

图4为图3中的部分结构示意图；

图5为图2中的部分结构示意图；

图6为图5中第二法兰9的结构示意图；

图7为图3中第一上法兰71的结构示意图；

图8为本发明第二实施例提供的制氢管4的结构示意图。

图9为第三实施例提供的管路系统90的结构示意图；

图10为图9所示的另一角度结构示意图；

图11为本发明第三实施例提供的制氢装置100的结构示意图。

主要元件符号说明：

100为制氢装置；1为液体容纳腔；11为补液口；12为排液口；13为第一电加热器；14为液体隔离空间；2为氢气容纳腔；21为氢气连接口；22为液位器连接口；3为尾气容纳腔；31为第一容纳腔；311为尾气入口；32为第二容纳腔；321为燃烧催化剂进口；4为制氢管；41为蒸气管；411为液体入口；412为蒸气出口；42为氢气管；421为蒸气入口；422为氢气出口；423为翅片；5为过热腔；51为蓄热组件进口；6为尾气排出腔；61为尾气出口；7为第一法兰；71为第一上法兰；711为电加热管口；72为第一下法兰；8为隔板；9为第二法兰；91为第二上法兰；911为制氢管连接口；92为第二下法兰；921为开口；10为壳体；20为液位器；201为控制阀；30为支撑座；40为管道；401为氢气管道；401a为第一氢气管道；401b为第二氢气管道；401c为第三氢气管道；401d为第四氢气管道；4011为安全管道；4012为压力变送器；4013为压力表；4014为第一流量表；4015为安全阀；402为尾气管道；402a为尾气输送管；4021为第二流量表；4022为电磁阀；403为进泵管；403a为第一液体管道；403b为第二液体管道；404为出泵管；405为进液泵；406为空气管道；50为板式换热器；60为冷风机；70为支撑部；90为管路系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

【第一实施例】

参见图1与图2，本发明实施例提供了一种制氢装置100。所述制氢装置100例如包括：壳体10与支撑座30，壳体10内部具有容纳空间(图中未示出)，所述容纳空间内部依次设有液体容纳腔1与氢气容纳腔2；其中，液体容纳腔1用于容纳所需制氢的液体，氢气容纳腔2用于容纳制氢装置100产生的氢气。

进一步的，制氢装置100还包括：加热腔，所述加热腔设置在液体容纳腔1与氢气容纳腔2之间。

优选的，所述加热腔包括：尾气容纳腔3，和/或，热废气加热腔(图中未示出)；所述热废气加热腔设置于液体容纳腔1和氢气容纳腔2之间，且设置有热废气进口(图中未示出)和废气出口(图中未示出)。

优选的，燃烧催化剂填充于尾气容纳腔3内；壳体10对应尾气容纳腔3的位置开设有尾气入口311以及燃烧催化剂填充口321。

进一步的，尾气容纳腔3包括：第一容纳腔31与第二容纳腔32，第一容纳腔31位于靠近液体容纳腔1的一侧，第二容纳腔32位于第一容纳腔31与氢气容纳腔2之间；尾气入口311开设于第一容纳腔31，燃烧催化剂进口321开设于第二容纳腔；所述燃烧催化剂填充于第二容纳腔321内。

优选的，支撑座30安装于壳体10的下侧，用于支撑制氢装置100，具体的，支撑座30套设于液体容纳腔1外侧，支撑座30与壳体10之间设置有第二法兰9，支撑座30通过第二法兰9可拆卸的安装于壳体10。

优选的，所述容纳空间还包括：过热腔5以及尾气排出腔6；其中，尾气排出腔6设置于靠近氢气容纳腔2的一侧，过热腔5设置于尾气排出腔6与第二容纳腔32之间；其中，过热腔5设置有蓄热组件填充口51，尾气排出腔6设置有尾气出口61。进一步的，过热腔5中填充有蓄热组件(图中未示出)，所述蓄热组件为蓄热能力较强的一些材料，所述蓄热组件可以为蓄热球，和/或，蓄热块。

优选的，所述热废气加热腔可替换尾气容纳腔3，此时，尾气入口311即为所述热废气进口，尾气出口61即为所述废气出口，热废气可从所述尾气入口311通入，后从尾气出口61排出；当然，所述热废气加热腔可与尾气容纳腔3一同设置，此时从所述热废气进口通入热废气，从尾气入口311通入尾气，热废气与尾气完成对制氢装置100加热后，一起从尾气出口61排出，或者制氢装置100再开设所述废气出口排出，热废气从所述废气出口排出，尾气从尾气出口61排出。进一步的，在所述热废气加热腔内填充蓄热组件，所述蓄热组件吸收热废气中的热量，所吸收的热量用于制氢装置100的加热。

优选的，参见图3与图4，第一容纳腔31、第二容纳腔32、过热腔5以及尾气排出腔6之间设有隔板8，隔板8表面设置有多个尾气流通孔(图中未示出)，尾气可从第一容纳腔31中通过隔板8流通至尾气排出腔6内，后从尾气出口61排出。

进一步的，尾气进入第一容纳腔31中后，经过隔板8使尾气在第一容纳腔31分布均匀后经隔板8表面的所述尾气流通孔进入第二容纳腔32内，所述尾气可与所述燃烧催化剂反应产生大量的热量，进一步的，尾气经过隔板8表面的所述尾气流通孔进入过热腔5内，所述蓄热组件对所述尾气的热量进行吸收后，防止尾气流通速度过快而导致大部分热量未被充分换热吸收；通过设置蓄热组件，可以将热量存储到蓄热组件中，之后再通过所述蓄热组件将热量用于对制氢管4内的蒸气或制氢催化剂加热，再进一步的，所述尾气进入尾气排出腔6后由尾气出口61排出热量较低的尾气。

优选的，所述容纳空间内设置有至少一个制氢管4，制氢管4内填充有制氢催化剂(图中未示出)，制氢管4连接在液体容纳腔1与氢气容纳腔2之间，且贯穿于第一容纳腔31、第二容纳腔32、过热腔5以及尾气排出腔6；液体容纳腔1设置有第一电加热器13，第一电加热器13对液体容纳腔1内的液体进行加热，使其能够产生蒸气，且所述蒸气能够在制氢管4内与所述制氢催化剂反应生成氢气。

优选的，所述加热腔可替换为电加热器；所述电加热器设置在液体容纳腔1，和/或，制氢管4内，用于加热液体容纳腔1内的液体，或者，加热制氢管4内部的蒸气，当然，可以一起作用于液体容纳腔1与制氢管4；进一步的，所述加热腔与所述电加热器一同设置，一起作用于液体容纳腔1与制氢管4。

优选的，第二容纳空间32内的所述燃烧催化剂与尾气燃烧后释放的热量对制氢管4进行加热，使制氢管4内的温度能够达到所述蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度；过热腔5内所填充的所述蓄热组件保持了制氢管4的温度，减小了制氢管4的散热程度，有效的保证了制氢管4内所述蒸气与所述制氢催化剂反应的持续性。

优选的，制氢管4在过热腔5的位置，外侧绕设有翅片423，翅片423的设置增强了制氢管4的换热面积，有效的提高了制氢管4的吸热效率，增强了制氢管4内所述蒸气与所述制氢催化剂反应生成氢气的速率。

优选的，制氢装置100还包括：液位器20，设置于壳体10外侧，且连通氢气容纳腔2与液体容纳腔1，用于检测制氢装置100中液体的液位。。

具体的，氢气容纳腔2开设有液位器连接口22，液体容纳腔1开设有排液口12，液位器20通过管道一端连接液位器连接口22，另一端连接至排液口12，且在液位器20连接氢气容纳腔2的管道设置有控制阀201，能够有效的防止蒸气的流失。

进一步的，液位器20还开设有防冻排液口(图中未示出)以及活化还原管路(图中未示出)；在不使用制氢装置100时，或者在温度较低的地区使用装置后，可将制氢装置100内部的液体排出，具体的，可通过所述防冻排液口排出，防止由于液体的冷却使制氢装置100受到损坏；在长时间使用制氢装置100后，制氢装置100的催化剂的活性会降低甚至失去活性，通过所述活化还原管路，会使制氢装置100内部催化剂再次具有活性，进一步的提高催化剂的活性，延长其使用寿命。

优选的，参见图5与图6，第二法兰9包括：第二上法兰91与第二下法兰92；其中，第二上法兰91固定在壳体10的低端，第二下法兰92连接至支撑座30的上端；第二上法兰91与第二下法兰92可通过螺栓连接实现可拆卸的安装，进一步的达到支撑座30与壳体10之间的可拆卸连接。

进一步的，通过第二上法兰91与第二下法兰92的可拆卸连接能够实现对制氢管4内部对所述制氢催化剂的添加或者更换，以及可以实现对液体容纳腔1内液体的填充以及更换或者排出。

优选的，第二上法兰91其表面开设有连通制氢管4的制氢管连接口911，制氢管4通过制氢管连接口911连通至液体容纳腔1；第二下法兰92设置为环形结构，其内部设置有开口921；开口921、液体容纳腔1以及第二上法兰91之间形成了液体隔离空间14。液体隔离空间14能够控制制氢装置100中液体的储液容量，使制氢装置100内的液体小于30L实现储液容量小于国规的储液腔，无需报备；尽可能的缩小制氢装置100的尺寸，减少占地面积，此外，还可以减少其容量，使其容量压力减少，减少定期检查的次数。

具体的，由于制氢管4内设置有所述制氢催化剂，若液体容纳腔1内液体含量较高时，液体会进入制氢管4内，与所述制氢催化剂接触，从而会影响制氢效率；故液体隔离空间14的设置增大了液体的容纳空间，减小了液体与所述制氢催化剂的接触概率，能够有效的保证所述制氢催化剂与蒸气反应的制氢效果，提高了氢气生成的效率。

优选的，参见图2、图3与图7，制氢装置100还包括第一法兰7以及第二电加热器(图中未示出)，设置于壳体10上端，连接至氢气容纳腔2；具体的，第一法兰7包括：第一上法兰71与第一下法兰72；第一下法兰72固定连接至氢气容纳腔2，第一上法兰71通过螺栓可拆卸的连接至第一下法兰72。

进一步的，第一上法兰71表面开设有多个电加热管口711，所述第二电加热器的电加热管通过电加热管口711设置于制氢管4内部，用于加热制氢管4内的蒸气。

优选的，所述第二电加热器、第一电加热器13以及所述燃烧催化剂之间能够相互配合，加热制氢管4内的蒸气；具体的，在制氢装置100中可设置温度传感器(图中未示出)，所述温度传感器可检测并显示制氢管4内部蒸气的温度；通过启动第一电加热器13加热液体容纳腔1内部液体使其产生蒸气，并进入制氢管4内；通入尾气，使其与第二容纳腔32内的所述燃烧催化剂反应，产生的热量进一步加热制氢管4；启动所述第二电加热器，对制氢管4内进一步加热；在加热过程中，若温度低于蒸气与所述制氢催化剂反应所需温度时，则增大所述第二电加热器的电量，或者，增加尾气的通入量；若温度高于蒸气与所述制氢催化剂反应所需温度时，则减小或者暂停所述第二电加热器的电量，或者，暂停通入尾气；从而达到调节温度的目的，使制氢效率最大化。

【第二实施例】

参见图8，针对上述第一实施例中的制氢管4的改进，本发明第二实施例实施例提供了一种制氢管4。所述制氢管4例如包括：蒸气管41与氢气管42；其中，蒸气管41一端设置有液体入口411，另一端设置有蒸气出口412；氢气管42，一端设置有氢气出口422，另一端设置有蒸气入口421。

优选的，制氢管4可竖直放置，或者水平放置，或者沿其他角度放置；在竖直放置时，氢气管42位于蒸气管41竖直方向上方，蒸气管41可与氢气管42连通；在蒸气管41与氢气管42连通时，对应的蒸气入口421与蒸气出口412连通；在水平放置或者沿其他角度放置时，蒸气管41与氢气管42对接；在蒸气管41与氢气管42之间设置有隔板(图中未示出)，且所述隔板开设有多个蒸气流通口，蒸气管41与氢气管42可设置为一体，或者，蒸气管41与氢气管42可拆卸连接，通过可拆卸的法兰(图中未示出)实现；蒸气管41与氢气管42设为一体时，所述隔板可以直接焊接于制氢管4内壁，或者，通过设置支架，将所述隔板固定至制氢管4内，或者，通过螺纹固定至制氢管4内部；当采用螺纹连接时，制氢管4内壁设有螺纹槽，对应的在所述隔板外侧设置有螺纹，通过所述螺纹与所述螺纹槽实现所述隔板与制氢管4的连接。

进一步的，所述隔板设置为可拆卸的法兰时，所述法兰的一端连接至氢气管42，法兰的另一端接至蒸气管41，通过所述法兰能够将蒸气管41与氢气管42连接，满足了蒸气管41与氢气管42的可拆卸连接，并且能够实现在制氢管4损坏时，单独更换蒸气管41或者氢气管42的目的。

优选的，氢气管42内部填充有制氢催化剂(图中未示出)，所述制氢催化剂可与蒸气在氢气管42内发生反应产生氢气，后从氢气出口422流出。进一步的，所述第二电加热器设置于蒸气管41与氢气管42内，用于加热生成蒸气，或者，达到蒸气与所述制氢催化剂反应所需的温度。

优选的，在氢气管42外侧还绕设有翅片423，翅片423能够增强氢气管42的换热面积，并且加强了氢气管42的吸热效率，进一步的提高了制氢效率。

【第三实施例】

本发明第三实施例在制氢装置100的基础上，还提供了一种管路系统90，所述管路系统90包括：管道40、板式换热器50、冷风机60以及支撑部70；其中，管道40连接至制氢装置100，板式换热器50以及冷风机60设置于管道40，支撑部70设置于管道40、板式换热器50以及冷风机60下方，用于支撑制氢装置100。

优选的，参见图9-图11，管道40包括：氢气管道401、尾气管道402、进泵管403、出泵管404以及空气管道406；其中，氢气管道401一端连接至氢气连接口21，另一端连接至第一氢气管道401a，在氢气管道401与第一氢气管道401a设置有安全管道4011与安全阀4015；若在制氢装置100内部蒸气压力过大时，可通过调节阀门使部分蒸气进入安全管道4011中，经安全阀4015排除，从而降低制氢装置100内的蒸气压力；再进一步的，第一氢气管道401a连接至板式换热器50，板式换热器50可将高温氢气的热量进行吸收并且进行保存，板式换热器50经第二氢气管道401b连接至冷风机60的一端，冷风机60的另一端连接至第三氢气管道401c，第三氢气管道401c连接至第四氢气管道401d。

具体的，制氢装置100制得的氢气从氢气连接口21进入氢气管道401中，后依次经过第一氢气管道401a、板式换热器50、第二氢气管道401b、冷风机60以及第三氢气管道401c，最后由第四氢气管道401d排出。其中在氢气管道401与第一氢气管道401a之间还设有压力变送器4012以及压力表4013，用于检测氢气管道401中氢气的压力；在第三氢气管道401c，与第四氢气管道401d之间还设有第一流量表4014，用于检测管内氢气的流量。

优选的，尾气管道402经尾气输送管402a连接至制氢装置100，用于向制氢装置100内部输送尾气；其中，在尾气管道402与尾气输送管402a之间设有第二流量表4021以及电磁阀4022，用于检测以及控制管内尾气的流量。

优选的，进泵管403连接至进液泵405，后经过第一液体管道403a连接至板式换热器50；液体经进泵管403流入进液泵405内部，后由进液泵405将液体输送至板式换热器50内，能够吸收板式换热器50储存的热量，最后液体经过第二液体管道403b输送至制氢装置100内。

进一步的，出泵管404设置于进液泵405与第一液体管道403a之间，且进泵管403与出泵管404位于进液泵405两侧；若制氢装置100内液体量较大使可由出泵管404向外排出。

优选的，空气管道406连通至尾气输送管402a，向尾气中通入空气，能够降低尾气中氢气的含量，防止氢气含量过高，尾气与燃烧催化剂反应产生的危害。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。