基于甲醇水重整制氫發電系統的熱泵空調的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于甲醇水重整制氫發電系統的熱泵空調，包括壓縮機、四通換向閥、室內換熱器、節流閥、室外換熱器、甲醇水儲存容器、輸送泵、重整器、燃料電池、電力轉換裝置及空氣余氣混合器；所述重整器產生的高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器或外界；空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向室外換熱器；所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換裝置用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機及輸送泵供電。本實用新型在制熱工況下，室外空氣低于?5℃時，仍能正常高效工作，蒸發器上也不會結霜，無需定期除霜，并且本實用新型的使用不受地域限制。
【專利說明】
基于甲醇水重整制氫發電系統的熱泵空調
技術領域
[0001]本實用新型涉及熱栗空調技術領域，特別涉及一種基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調。【背景技術】
[0002]隨著不可再生能源如煤、石油、天然氣等越來越少，耗電量非常小的空氣能熱栗空調應運而生。空氣源熱栗原理就是利用逆卡諾原理，在制熱工況下，室內換熱器為冷凝器， 室外換熱器為蒸發器，蒸發器從室外空氣中的環境熱能中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸氣經壓縮機壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給用熱的室內空間，冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。在制冷工況下，室外換熱器為冷凝器，室內換熱器為蒸發器，蒸發器從室內空間空氣中的熱能中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸氣經壓縮機壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞至室外，冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。
[0003]然而，空氣源熱栗的缺點是室外空氣溫度越低時供熱量越小，特別是當室外空氣溫度低于_5°C時，熱栗就難以正常工作，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱，熱栗的效率大大降低。空氣源熱栗在制熱工況下，蒸發器上會結霜，需要定期除霜，除霜模塊技術可參照中國專利申請201210152219.4用于空氣源熱栗系統的除霜方法、201410108455.5— 種熱栗空調除霜控制方法及熱栗空調系統，空氣源熱栗增加除霜模塊之后，不但穩定性降低、維護成本增加，而且也損失相當大一部分能量。此外，現有熱栗空調的供電來源通常為市電，因此現有熱栗空調的使用受到較大的地域限制。【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是針對上述現有技術中的不足，提供一種基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，該熱栗空調在制熱工況下，室外空氣低于-5°C時，仍能正常高效工作，蒸發器上也不會結霜，無需定期除霜，并且該熱栗空調的使用不受地域限制。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:一種基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，包括壓縮機、四通換向閥、室內換熱器、節流閥、室外換熱器、甲醇水儲存容器、輸送栗、重整器、燃料電池、電力轉換裝置及空氣余氣混合器;所述壓縮機、四通換向閥、室內換熱器、節流閥與室外換熱器之間形成熱栗空調的工質輸送回路;所述甲醇水儲存容器儲存有液態的甲醇水原料;所述輸送栗用于將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料通過輸送管道栗送至重整器的重整室；重整器設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣肉口，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運行提供熱量;所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器或外界;所述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向室外換熱器;所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換裝置用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機及輸送栗供電。
[0006]優選地，所述工質輸送回路設有用于輸送制冷工況狀態下的工質的止回閥，所述節流閥包括主毛細管和副毛細管，其中副毛細管與止回閥相并聯;所述工質輸送回路上還設有過濾器及消聲器。
[0007]優選地，所述排氣囪口與空氣余氣混合器之間設有換向閥，在制熱工況狀態下，從排氣囪口排出的高溫余氣經換向閥后排向空氣余氣混合器，在制冷工況狀態下，從排氣囪口排出的高溫余氣經換向閥后排向外界。
[0008]優選地，所述空氣余氣混合器設有風扇及溫度感應器，風扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器，溫度感應器用于檢測空氣余氣混合器內的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為25?70°C。
[0009]優選地，所述輸送栗與重整器之間的輸送管道上設有換熱器，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整室輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水原料溫度升高，氫氣溫度降低。
[0010]優選地，所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%。
[0011]本實用新型的有益效果是:其一、本實用新型采用甲醇和水作為原料進行重整制氫，再利用燃料電池發電，無廢渣和有害廢氣污染，清潔，不影響人體健康，甲醇來源廣泛， 是可再生能源，并且熱栗空調無需市電供電，不受地域限制，可在無電網區域使用，例如通訊基站;其二、在制熱工況下，由于高溫余氣排向空氣余氣混合器，并與外界空氣混合成中溫混合氣體輸向室外換熱器，此時，室外換熱器為蒸發器，在室外換熱器中，中溫混合氣體與工質換熱，轉化成低溫混合氣體后排出，因此，在任何低溫空氣環境(例如-5°C以下的空氣環境)，熱栗空調均能正常高效工作;其三、在制熱工況下，由于室外換熱器(即蒸發器)輸入的是中溫混合氣體，因此也不會結霜，無需定期除霜；其四、本實用新型使重整器的高溫余氣熱量得到利用，從而提高了甲醇水原料的利用效率，與此同時，高溫余氣與外界空氣混合后，熱栗空調能同時利用高溫余氣及外界空氣的熱量，使得熱栗空調更節能省電。【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的整體結構方框示意圖。【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
[0014]如圖1所示，一種基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，包括壓縮機1、四通換向閥2、室內換熱器3、節流閥4、室外換熱器5、甲醇水儲存容器6、輸送栗7、重整器8、燃料電池9、電力轉換裝置10及空氣余氣混合器11;所述壓縮機1、四通換向閥2、室內換熱器3、節流閥4與室外換熱器5之間形成熱栗空調的工質輸送回路，在圖1的工質輸送回路中，虛線箭頭表示制熱工況，實線箭頭表示制準予工況;所述甲醇水儲存容器6儲存有液態的甲醇水原料;所述輸送栗7用于將甲醇水儲存容器6中的甲醇水原料通過輸送管道栗7送至重整器8的重整室;重整器8設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣肉口，重整器的結構可參照本
【申請人】在此之前申請的中國專利申請201410311217.4、201410621689.X及201510476342.5， 所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，重整室內的溫度為300_570°C溫度，重整室內設有催化劑，在重整室內，甲醇與水蒸氣在1-5M Pa的壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫氣和二氧化碳，這是一個多組份、多反應的氣固催化反應系統，反應方程為:(l)CH3OH —⑶+2H2、( 2)H20+C0—C02+H2、( 3) CH30H+H20—⑶2+3H2，重整反應生成的H2和C02，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池9,所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器8的運行提供熱量;所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器11或外界;所述空氣余氣混合器11用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向室外換熱器5;所述燃料電池9用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出，在燃料電池9的陽極:2H2—4H++4e'H2分裂成兩個質子和兩個電子，質子穿過質子交換膜(PEM)，電子通過陽極板，通過外部負載，并進入陰極雙極板;在燃料電池9的陰極:02+4er+4H+—2H20，質子、電子和0道新結合以形成H20;所述電力轉換裝置10用于將燃料電池9輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機1及輸送栗7供電。
[0015]如圖1所示，所述工質輸送回路設有用于輸送制冷工況狀態下的工質的止回閥12， 所述節流閥4包括主毛細管41和副毛細管42,其中副毛細管42與止回閥12相并聯;所述工質輸送回路上還設有過濾器13及消聲器14。
[0016]如圖1所示，所述排氣囪口與空氣余氣混合器11之間設有換向閥15，在制熱工況狀態下，從排氣囪口排出的高溫余氣經換向閥15后排向空氣余氣混合器11，高溫余氣與外界空氣混合后，熱栗空調能同時利用高溫余氣及外界空氣的熱量，使得熱栗空調更節能省電， 一般地，熱栗空調利用的熱量中，外界空氣熱量占比30%-80%，高溫余氣占比20%-70%。在制冷工況狀態下，從排氣囪口排出的高溫余氣經換向閥15后排向外界。
[0017]如圖1所示，所述空氣余氣混合器11設有風扇及溫度感應器，風扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器11，溫度感應器用于檢測空氣余氣混合器11內的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為25?70°C。
[0018]如圖1所示，所述輸送栗7與重整器8之間的輸送管道上設有換熱器16,低溫的甲醇和水原料在換熱器16中，與重整室輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水原料溫度升高，氫氣溫度降低。[〇〇19]所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%。
[0020]上述基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調的制熱制冷方法，包括以下步驟:
[0021]a.重整器在運行過程中，發生甲醇水重整制氫反應，制得的氫氣輸向燃料電池，在燃料電池內，氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出，與此同時，從重整器的排氣囪口排出高溫余氣；
[0022]b.在制熱工況下，室內換熱器成為冷凝器，室外換熱器成為蒸發器，高溫余氣排向空氣余氣混合器，并與外界空氣混合成中溫混合氣體輸向室外換熱器，在室外換熱器中，中溫混合氣體與工質換熱，轉化成低溫混合氣體后排出；燃料電池輸出的電能經電力轉換裝置轉換后，為壓縮機及輸送栗供電，余電輸出(可為其他設備或負載供電)；
[0023]c.在制冷工況下，室內換熱器成為蒸發器，室外換熱器成為冷凝器，高溫余氣排向外界;燃料電池輸出的電能經電力轉換裝置轉換后，為壓縮機及輸送栗供電，余電輸出；
[0024]優選地，在制熱工況下，溫度傳感器實時檢測空氣余氣混合器中的混合氣體溫度， 并將溫度信息反饋給控制裝置，控制裝置通過風扇調整外界空氣的送入量，以控制混合氣體的溫度范圍在25?70°C內。
[0025]以上所述，僅是本實用新型較佳實施方式，凡是依據本實用新型的技術方案對以上的實施方式所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【主權項】
1.基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，其特征在于:包括壓縮機、四通換向閥、 室內換熱器、節流閥、室外換熱器、甲醇水儲存容器、輸送栗、重整器、燃料電池、電力轉換裝 置及空氣余氣混合器;所述壓縮機、四通換向閥、室內換熱器、節流閥與室外換熱器之間形 成熱栗空調的工質輸送回路;所述甲醇水儲存容器儲存有液態的甲醇水原料;所述輸送栗 用于將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料通過輸送管道栗送至重整器的重整室;重整器設有 重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣肉口，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反 應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸 向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運行 提供熱量;所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以 及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器或外界;所 述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向室外換熱器;所 述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換裝置 用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機及輸送栗供電。2.根據權利要求1所述的基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，其特征在于:所述 工質輸送回路設有用于輸送制冷工況狀態下的工質的止回閥，所述節流閥包括主毛細管和 副毛細管，其中副毛細管與止回閥相并聯;所述工質輸送回路上還設有過濾器及消聲器。3.根據權利要求1所述的基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，其特征在于:所述 排氣囪口與空氣余氣混合器之間設有換向閥，在制熱工況狀態下，從排氣囪口排出的高溫 余氣經換向閥后排向空氣余氣混合器，在制冷工況狀態下，從排氣囪口排出的高溫余氣經 換向閥后排向外界。4.根據權利要求1所述的基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，其特征在于:所述 空氣余氣混合器設有風扇及溫度感應器，風扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器，溫度 感應器用于檢測空氣余氣混合器內的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為25?70°C。5.根據權利要求1所述的基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，其特征在于:所述 輸送栗與重整器之間的輸送管道上設有換熱器，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整 室輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水原料溫度升高，氫氣溫度降低。6.根據權利要求1所述的基于甲醇水重整制氫發電系統的熱栗空調，其特征在于:所述 氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金。
【文檔編號】F25B29/00GK205580027SQ201620282992
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】向華
【申請人】廣東合即得能源科技有限公司