阅读说明：本技术 用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统及其控温方法 (Temperature control system and method for palladium tube purifier in methanol-water hydrogen production machine ) 是由 高继明 邓伟林 蒋彪 王小鹏 沈志杰 于 2020-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统,包括依次连接的甲醇水燃料箱、泵、蒸发器、燃烧室、缓冲室、钯管提纯器控温箱,以及用于监测钯管提纯器控温箱各处温度以防止产生过热点和过冷点的温度监测组件；所述的燃烧室连接有风机。本发明的用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统,使钯管提纯器在使用的过程中受热均匀,不会产生过热点和过冷点,延长钯管提纯器的使用寿命。(The invention relates to a temperature control system for a palladium tube purifier in a methanol-water hydrogen production machine, which comprises a methanol-water fuel tank, a pump, an evaporator, a combustion chamber, a buffer chamber, a palladium tube purifier temperature control box and a temperature monitoring component, wherein the temperature monitoring component is used for monitoring the temperature of each part of the palladium tube purifier temperature control box so as to prevent the generation of a hot spot and a cold spot; the combustion chamber is connected with a fan. The temperature control system for the palladium tube purifier in the methanol-water hydrogen production machine enables the palladium tube purifier to be heated uniformly in the using process, avoids hot spots and cold spots, and prolongs the service life of the palladium tube purifier.)

用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统及其控温方法

技术领域

本发明涉及甲醇水制氢机技术领域，具体涉及一种用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统及其控温方法。

背景技术

由于燃料电池的绿色环保、环境适应性较好、使用寿命长等优点，燃料电池在通信基站等领域已开始应用推广。

目前世界上的氢气生产主要来源于化石资源如煤、天然气和甲醇制氢，所制得的氢气中含有CO₂、CO及CH₄等杂质气体，不能直接供给燃料电池使用，需要进一步进行分离纯化。主要的氢气分离方法有变压吸附、深冷分离和膜分离三种，其中膜分离技术具有低耗能、易小型化、可持续操作及静音等优点，特别适合于为燃料电池提供氢源。以甲醇重整作为燃料电池氢源，结合钯膜分离提纯技术，在家庭备用电源、氢燃料电池车及大规模储能等方面有良好的应用前景，这已经得到了国内多家研究单位和企业的重视。在这条技术路线里面，钯膜分离是一项关键技术，它是实现氢气的制取、提纯、存储、运输和应用的一体化的关键要素之一。金属钯膜只允许氢气透过，其他杂质气体均被截留在膜表面，理论选择性为无穷大，因此其在氢气分离纯化过程中具有非常显著的优势。

钯管作为钯膜的一种形式在氢气分离当中得到了广泛的应用，但是钯管的工作温度为400℃左右，需要加热钯管才能达到分离工作温度，常规的加热方法是电加热和直火燃烧钯管，两种加热方式易产生过热点和过冷点，过冷则会使钯管的分离效率下降，达不到预期的分离效果，过热则容易损坏钯管。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种适用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统，使钯管提纯器在使用的过程中受热均匀，不会产生过热点和过冷点，延长钯管提纯器的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是：一种用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统，包括依次连接的甲醇水燃料箱、泵、蒸发器、燃烧室、缓冲室、钯管提纯器控温箱，以及用于监测钯管提纯器控温箱各处温度以防止产生过热点和过冷点的温度监测组件；所述的燃烧室连接有风机。

优选的，所述的钯管提纯器控温箱包括烟气入口、烟气出口、钯管提纯器、混合气入口、纯氢气出口和废气出口。

优选的，所述的温度监测组件包括第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶，所述第一热电偶设置在缓冲室内，所述第二热电偶设置在钯管提纯器控温箱的烟气出口处，所述第三热电偶设置在钯管提纯器控温箱的混合气入口，所述第四热电偶设置在钯管提纯器上。

优选的，所述的烟气入口的上方设置有烟气分布器。

优选的，所述的混合气入口、纯氢气出口、废气出口分别与设置在钯管提纯器控温箱内部的混合气汇流排、纯氢气汇流排、废气汇流排连通。

优选的，所述的钯管提纯器控温箱的表面设置有保温层。

优选的，所述的蒸发器内设置有电加热器。

优选的，所述燃烧室内设置有点火器。

一种基于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统的控温方法，包括以下步骤：

步骤一、甲醇水重整制氢器运行初期，泵将甲醇水燃料箱的甲醇水输入蒸发器当中，在蒸发器加热下蒸发为气态的甲醇水蒸汽；

步骤二、甲醇水蒸汽进入燃烧室，风机鼓风进入燃烧室与甲醇水蒸汽混合点火燃烧；

步骤三、燃烧室产生烟气进入缓冲室，烟气在缓冲室内混合均匀温度均一，进入钯管提纯器控温箱；

步骤四、烟气经过钯管提纯器控温箱底部的烟气分布器均匀地加热钯管提纯器；当钯管提纯器的温度达到合适的工作温度区间时，可通入混合气进行分离氢气；根据第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶的信息反馈调整风机转速和泵速，使钯管提纯器始终处于合适的工作温度下。

优选的，所述的步骤四中热电偶的信息反馈调整风机转速和泵速的详细步骤如下：当第三热电偶检测到混合气温度过低时，加大泵的转速，减慢风机转速，提高烟气温度加热钯管提纯器以达到合适的分离工作温度；当第三热电偶检测到混合气温度过高时，减小泵的转速，提高风机转速，降低烟气温度使钯管提纯器降温以达到合适的分离工作温度；当甲醇水重整制氢器不工作时，风机和泵维持小功率运行，产生少量高温烟气加热钯管，产生的热量弥补钯管提纯器的控温装置的热扩散损失，维持第四热电偶处于钯管提纯器的工作温度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明使用烟气加热，在燃烧室后部增设缓冲室将烟气混合均匀，使烟气温度均一，在钯管提纯器控温箱的下部设置烟气分布器将烟气均匀的分布于每根钯管，使每根钯管受热均匀。

2、本发明通过设置四根热电偶监测钯管提纯器控温装置各处温度，并根据每根热电偶的信息反馈调整风机转速和泵速，使钯管提纯器始终处于合适的工作温度下。

3、本发明在制氢机不工作时，通过少量燃烧甲醇水以维持钯管提纯器的温度，使钯管提纯器处于随时可进入工作状态的热待机模式，为甲醇水制氢机提供更广泛的应用空间。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

图2是本发明的钯管提纯器控温箱的侧面剖面示意图。

图3是本发明的钯管提纯器控温箱的俯视剖面图示意图；

图4是本发明的烟气分布器示意图；

图中标号所示为：

甲醇水燃料箱1、泵2、蒸发器3、燃烧室4、风机5、缓冲室6、钯管提纯器控温箱7、烟气入口701、烟气分布器702、烟气出口703、钯管提纯器704、混合气入口705、纯氢气出口706、废气出口707、混合气汇流排708、纯氢气汇流排709、废气汇流排710、第二热电偶8、第三热电偶9、第四热电偶10。

具体实施方式

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为加深本发明的理解，下面将结合实施案例和附图对本发明作进一步详述。本发明可通过如下方式实施：

参照图1-4，一种用于甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统，包括甲醇水燃料箱1、泵2、蒸发器3、燃烧室4、风机5、缓冲室6、钯管提纯器控温箱7、第一热电偶、第二热电偶8、第三热电偶9和第四热电偶10。所述蒸发器3内设置电加热器，电加热器能将甲醇水加热蒸发为气态的甲醇水蒸汽；所述燃烧室4内设置点火器，用于点燃甲醇水蒸汽。

所述钯管提纯器控温箱7包括烟气入口701、烟气分布器702、烟气出口703、钯管提纯器704、混合气入口705、纯氢气出口706、废气出口707、混合气汇流排708、纯氢气汇流排709、废气汇流排710；所述的混合气入口705、纯氢气出口706、废气出口707分别与设置在钯管提纯器控温箱7内部的混合气汇流排708、纯氢气汇流排709、废气汇流排710连通。所述的钯管提纯器控温箱7的表面设置有保温层711。

第一热电偶、第二热电偶8、第三热电偶9和第四热电偶10形成用于监测钯管提纯器控温箱7各处温度以防止产生过热点和过冷点的温度监测组件。其中所述第一热电偶设置在缓冲室6内；所述第二热电偶8设置在钯管提纯器控温箱7的烟气出口703处；所述第三热电偶9设置在钯管提纯器控温箱7的混合气入口705；所述第四热电偶10设置在钯管提纯器704上。

甲醇水燃料箱1依次连接泵2、蒸发器3、燃烧室4、缓冲室6和钯管提纯器控温箱7，风机5连接燃烧室4。钯管提纯器704需要在约400℃左右进行，当温度过低时，分离效率下降，分离得到的氢气减少，当温度过高时，则会损坏钯管。

一种基于上述甲醇水制氢机内钯管提纯器的控温系统的控温方法，包括以下步骤：参照图1，甲醇水制氢机运行初期，钯管提纯器704处于常温状态，泵2将甲醇水输入蒸发器3当中，在电加热器的加热下蒸发为气态的甲醇水蒸汽进入燃烧室4，风机5鼓风进入燃烧室4与甲醇水蒸汽混合点火燃烧，产生烟气进入缓冲室6，烟气在缓冲室6内混合均匀温度均一，进入钯管提纯器控温箱7；烟气经过钯管提纯器控温箱7底部的烟气分布器702均匀地加热钯管提纯器704。当钯管提纯器704的温度达到合适的工作温度区间时，可通入混合气进行分离氢气，当第三热电偶9检测到混合气温度过低时，加大泵2的转速，减慢风机5转速，提高烟气温度加热钯管提纯器704以达到合适的分离工作温度，此时，第一热电偶的温度需大于第二和第三热电偶9的温度。当第三热电偶9检测到混合气温度过高时，减小泵2的转速，提高风机5转速，降低烟气温度使钯管提纯器704降温以达到合适的分离工作温度，此时，第一热电偶的温度需小于第二和第三热电偶9的温度。当甲醇水重整制氢器不工作时，风机5和泵2维持小功率运行，产生少量高温烟气加热钯管，产生的热量弥补钯管提纯器704的控温装置的热扩散损失，维持第四热电偶10处于钯管提纯器704的工作温度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。