專利名稱：利用液化天然氣冷能半導體溫差發(fā)電及制氫的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及液化天然氣(LNG)冷能的回收利用、半導體溫差發(fā)電和電解水制氫的交叉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導體技術(shù)的迅速發(fā)展和各種優(yōu)質(zhì)半導體材料的不斷問世，半導體制冷技術(shù)已取得很大進展，半導體溫差發(fā)電技術(shù)已引起極大關(guān)注并有許多實用例。根據(jù)塞貝克原理，當P型和N型半導體接觸的兩端存在溫差時其回路會產(chǎn)生電動勢，也叫熱電勢，回路的開路兩端產(chǎn)生電勢差。目前所用的半導體熱電材料主要有碲化鉛(PbTe)和碲化鉍(Bi2Te)。至今，利用半導體溫差發(fā)電的技術(shù)與研究僅注意到利用高于環(huán)境溫度的廢棄熱能方面，如中國專利號為89211854的低溫差發(fā)電裝置；又如專利號為92223002的半導體熱能發(fā)電器，其熱端溫度維持在約200℃之上；而利用低溫冷能，特別是利用液化天然氣冷能的半導體溫差發(fā)電技術(shù)尚未見報導。液化天然氣(簡稱LNG)是一種以甲烷為主體的國際上普遍采用的液體潔凈燃料。作燃料使用時要用海水或空氣把它從溫度-161℃加熱為常溫的氣體，消耗加熱量約900kJ/kg。因此，LNG中含有大量寶貴的冷量可利用。我國2003年起每年要進口200萬噸LNG，含有將近7億度電的冷量?；厥誏NG冷能是一項有價值工作。據(jù)日本新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)編寫的1997年度調(diào)查報告書(NEDO-NP-9734)《關(guān)于熱能(冷的熱能和溫的熱能)的梯級利用的調(diào)查研究》，目前所采用的回收LNG冷能發(fā)電的方法是用海水為熱源、LNG為冷源、以制冷劑為工質(zhì)的動力循環(huán)發(fā)電方法，該方法裝置復雜，要求LNG氣化使用量穩(wěn)定，但LNG需求量是波動的。
半導體發(fā)出的電是直流電，要送到電網(wǎng)不僅有電力政策的難度，而且需要直流變交流的逆變器等，設(shè)備費較貴。另一方面，氫氣是高級潔凈燃料和寶貴的工業(yè)原料氣體，需求量極大，高純度氫氣多用電解水方法制取?，F(xiàn)有技術(shù)電解水制氫時，電流通過水溶液產(chǎn)生的焦耳熱未能利用，耗電大；另外，為了帶走焦耳熱，避免電解水溶液的溫度升得過高和清除生成的氫氣和氧氣中的水蒸氣，需要消耗大量的冷卻水，制氫成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種利用液化天然氣冷能的半導體溫差發(fā)電方法與裝置，和利用該電能來電解水制氫的方法與裝置。
本發(fā)明利用液化天然氣冷能的半導體溫差發(fā)電方法，其特征在于以液化天然氣(LNG)為冷源，以海水為熱源，把半導體溫差熱電堆的兩端面分別與LNG冷源換熱器和海水熱源換熱器緊密接觸制成半導體溫差發(fā)電器，讓LNG和海水分別通過冷源換熱器和海水熱源換熱器，海水的熱量通過半導體溫差熱電堆后傳給LNG，低溫液化天然氣吸熱蒸發(fā)，半導體溫差熱電堆兩端由溫差產(chǎn)生電勢差而發(fā)電。
本發(fā)明利用液化天然氣冷能的半導體溫差發(fā)電裝置，包括由P型和N型半導體材料構(gòu)成的半導體熱電堆片1與冷源換熱器和熱源換熱器構(gòu)成的半導體溫差發(fā)電器，其特征在于所述冷源換熱器是由兩金屬平板4緊夾著LNG換熱管5、管板間充填導熱良好的填料2而成的LNG冷源換熱器；半導體熱電堆片1緊貼在兩金屬平板4外側(cè)；金屬板封皮3緊包在半導體熱電堆片1外側(cè)，形成扁平盒狀的半導體溫差發(fā)電器單元件E；其上方設(shè)有與海水輸送管道相連通的海水噴淋管6，使海水從金屬板封皮3的表面流過，形成海水熱源換熱器；每只半導體溫差發(fā)電器單元件E都有分別從盒內(nèi)引出的與LNG換熱管5兩端相連的LNG進管和氣化了的天然氣(NG)出管、以及分別與半導體熱電堆片1兩個電極相連的電線A和B。
所述半導體溫差發(fā)電器，可以是半導體溫差發(fā)電器單元件E，也可以是由二個或多個半導體溫差發(fā)電器單元件E組合而成的半導體發(fā)電組合件C；在半導體發(fā)電組合件C的各發(fā)電單元件E之間夾有以保持兩單元件間的海水流道間隙的墊條7，并用壓板和螺栓把多個發(fā)電單元件夾緊；在半導體溫差發(fā)電器上方設(shè)有海水噴淋管6。
所述熱源換熱器的金屬板封皮3外側(cè)可帶有順水流向的強化換熱的肋片。
所述冷源換熱器的管板間充填的導熱良好的填料2，可選用鉛、巴氏合金或銅粉、鋁粉。
所述貼在金屬平板4外側(cè)的半導體溫差熱電堆片1，至少貼一層，也可貼二層或多層。
本發(fā)明利用液化天然氣冷能半導體溫差發(fā)電制氫的方法，其特征在于半導體溫差發(fā)電部分提供電解水制氫用的電源，是由以海水為熱源、以液化天然氣(LNG)為冷源的半導體溫差發(fā)電器提供的直流電；海水被泵抽上來后分二路一路送到一組半導體溫差發(fā)電器的熱源換熱器，另一路先送去冷卻電解水制氫裝置的含液氫氣和含液氧氣及回流電解液后，再送到另一組半導體溫差發(fā)電器的熱源換熱器；經(jīng)熱源換熱器降了溫的海水排放回大海；LNG被壓送至半導體溫差發(fā)電器的冷源換熱器內(nèi)；海水從熱源換熱器通過半導體熱電堆片把熱量傳給冷源換熱器內(nèi)的LNG的同時，半導體溫差發(fā)電器發(fā)出直流電；將該直流電接至制氫電解槽的正負極，進入電解槽的原料水被電解，堿性水溶液電解產(chǎn)生含液氫氣和含液氧氣，分別收集后經(jīng)分離產(chǎn)生氫氣、氧氣，再經(jīng)有余冷的氣體天然氣(NG)冷卻，進一步去除水蒸氣后送去壓縮裝瓶或液化儲存；分離出的殘液被海水冷卻后泵回電解槽；氣化后的天然氣匯集輸出。
本發(fā)明利用液化天然氣冷能半導體溫差發(fā)電制氫的裝置，其特征在于包括半導體溫差發(fā)電器和電解水制氫裝置H；所述半導體溫差發(fā)電器是由呈扁平盒狀的半導體溫差發(fā)電器單元件E以平行的垂直板形式組合而成；其中的LNG冷源換熱器采用由兩金屬平板4緊夾著LNG換熱管5的板管式換熱器結(jié)構(gòu)、管板間充填導熱良好的填料2構(gòu)成；半導體熱電堆片1緊貼在緊夾著LNG冷源換熱器的兩金屬平板4外側(cè)；金屬板封皮3再緊包在外，構(gòu)成呈扁平盒狀的半導體溫差發(fā)電器單元件E，其上方設(shè)有與海水輸送管道相連通的海水噴淋管6，使海水從金屬板封皮3的表面流過，形成海水熱源換熱器；每只半導體溫差發(fā)電器單元件E都有分別從盒內(nèi)引出的與LNG換熱管5兩端相連的LNG進管和氣化了的天然氣(NG)出管、以及分別與半導體熱電堆片1兩個電極相連的電線A和B；海水經(jīng)管由泵WP送入海水輸送管L2后分二路，一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥V1接至一組半導體發(fā)電器組合件BD1上方的海水噴淋管LB1；另一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥V2與氫堿液-海水換熱器Q1和氧減液-海水換熱器Q2的冷卻管相連后，再接至另一組半導體溫差發(fā)電器組合件BD2上方的海水噴淋管LB2；LNG總進管N1經(jīng)閥V3后接到半導體溫差發(fā)電器組合件BD1和BD2的冷源換熱器的LNG換熱管進口，LNG換熱管出口與氣體天然氣(NG)的連接管N2連接，并經(jīng)調(diào)節(jié)閥V4與天然氣總輸出管N4相接；從N2管分一支路N3與氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y2和氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y1的換熱管相接后，再經(jīng)閥V5與天然氣總輸出管N4相接；半導體溫差發(fā)電器的電極分別經(jīng)電線A和B引出，按電解所需串/并聯(lián)后，分別與電解水制氫裝置H的電解槽D的正、負電極板相連接；所述電解水制氫裝置H中，電解槽D的氫氣側(cè)依次與氫-氣液分離器F1、氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y1連接；電解槽D的氧氣側(cè)依次與氧-氣液分離器F2、氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y2連接；Y1和Y2分別留有氫氣出口和氧氣出口與壓力平衡調(diào)節(jié)器相接后，再分別送往用戶或壓縮裝瓶；含氫堿液回路由氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y1底部連至氫-氣液分離器F1下部，再由F1底部出口與含氫堿液回送泵P1相接，而后接氫堿液-海水換熱器Q1，再回送到電解槽D；含氧堿液回路由氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y2底部連至氧-氣液分離器F2下部，再由F2底部出口與含氧堿液回送泵P2相接，而后接氧堿液-海水換熱器Q2，再回送到電解槽D；。
本發(fā)明由于采取了以液化天然氣為冷源，以海水為熱源，把半導體溫差熱電堆片的冷熱兩端面分別與LNG冷源換熱器和海水熱源換熱器緊密接觸制成半導體溫差發(fā)電器，讓LNG和海水分別通過冷源換熱器和海水熱源換熱器的半導體溫差發(fā)電方法，在用海水加熱LNG的同時回收了電能。
本發(fā)明還采取以液化天然氣為冷源，以海水和回收電解水制氫的廢熱為熱源，讓LNG和海水分別通過冷源換熱器和海水熱源換熱器的半導體溫差發(fā)電方法，有冷熱互補，雙向獲益的優(yōu)點。半導體發(fā)電器因為增加了冷熱源溫差，既提高了半導體發(fā)電效率，又節(jié)省了兩換熱器面積。在利用海水加熱LNG的同時發(fā)出的直流電作為電解水制氫的電源，可省去只回收LNG冷能發(fā)電時并網(wǎng)送電所需的變送裝置，也省去了用交流電源電解水制氫時需要把220伏的交流電轉(zhuǎn)為約20伏直流電的交直變換器，使電解水制氫電耗成本和裝備成本大為降低。
本發(fā)明裝置采取由兩金屬平板4緊夾著LNG換熱管5，管板間充填導熱良好材料的LNG冷源換熱器，可提高冷源換熱效果；采用金屬板把熱電堆片1和LNG冷源換熱器都緊緊包在其內(nèi)結(jié)構(gòu)的半導體溫差發(fā)電器單元件E組合成半導體溫差發(fā)電器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、組合容易的優(yōu)點；通過設(shè)在半導體溫差發(fā)電器上方的噴淋管6把海水噴淋到緊包著半導體溫差發(fā)電器的金屬板封皮3上，可強化海水熱源換熱器的傳熱效果；本發(fā)明裝置無運動部件，運行可靠。
我國計劃2003年進口液化天然氣(LNG)200萬噸，當LNG轉(zhuǎn)化為20大氣壓20℃天然氣(97％是甲烷)時含冷量為935kJ/kg，理論計算含可做功能642kJ/kg；若采用本發(fā)明方法和裝置，按回收做功能的30％發(fā)電，則可回收電能1億度，可制取2200萬m3的氫氣，若按到2010年達到500萬噸計算，可制5400萬m3氫氣。其經(jīng)濟價值是很可觀的。
附圖及其說明

圖1是本發(fā)明利用LNG冷能的半導體溫差發(fā)電的方法的系統(tǒng)流程示意圖。
圖2是本發(fā)明利用LNG冷能的半導體溫差發(fā)電的裝置的半導體發(fā)電單元件E的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是半導體發(fā)電組合件C的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明利用LNG冷能半導體溫差發(fā)電制氫裝置的原理示意圖。
具體實施例方式實施例1利用LNG冷能的半導體溫差發(fā)電方法與裝置如附圖1給出的本發(fā)明利用LNG冷能的半導體溫差發(fā)電的方法的一種裝置系統(tǒng)流程示意圖，本實施例裝置系統(tǒng)中包括了半導體發(fā)電器組件C，海水泵P1，海水吸入管L1，海水輸送管L2，海水回水管或渠L3，海水噴淋管6，LNG總進管N1和氣化天然氣總出管N2，以及帶有保護管的電流總進線A和總出線B；半導體發(fā)電器組件C由若干半導體發(fā)電器單元件E組合而成。所述半導體發(fā)電單元件E的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，其中的冷源換熱器采用板管式結(jié)構(gòu)，金屬平板4選用導熱良好的鋁板或銅板，兩金屬平板4間夾有與冷源載熱劑輸送泵和管道相連通的紫銅管作為LNG換熱管5，LNG從紫銅管內(nèi)流過；紫銅管與平板間充填導熱良好的填料2，一般選用易熔金屬，例如選用鉛、巴氏合金或銅粉、鋁粉。對于LNG氣化后要求壓力不高的場合，紫銅管也可以選扁狀管；LNG冷源換熱器的兩金屬平板4的外側(cè)都緊貼上至少一層半導體熱電堆片1，也可貼二層或三層；熱源換熱器是海水熱源換熱器，以緊貼著熱電堆片1外側(cè)的鋁金屬板封皮3，將熱電堆片1和LNG冷源換熱器都緊緊包在其內(nèi)，形成扁平盒狀的半導體溫差發(fā)電器單元件E，其上方設(shè)有與熱源載熱劑輸送泵和管道相連通的海水噴淋管6，使海水從金屬板封皮面流過，形成海水熱源換熱器；每只半導體溫差發(fā)電器單元件E的兩電極分別經(jīng)電線A和B引出。
附圖3給出了一種半導體發(fā)電組合件C的結(jié)構(gòu)示意圖，它由3個半導體發(fā)電單元件E并列構(gòu)成，相鄰的兩發(fā)電單元件E之間夾有保持海水流間隙的墊條7，并用壓板和螺栓從最外兩塊發(fā)電單元件把多個發(fā)電單元件夾緊。為保持主要部件示圖清楚，常規(guī)的壓板和螺栓壓緊方式的結(jié)構(gòu)圖中沒有畫出。通常每片半導體溫差熱電堆都標示有額定的工作電壓與電流，例如12伏×5安，依所要使用的電解槽的要求把各半導體熱電堆片的電引出線串聯(lián)和/或并聯(lián)之后(例如，使帶負載輸出有16～20伏電壓)，由電線A和B引出。
本發(fā)明利用半導體發(fā)電回收LNG冷能的裝置的發(fā)電過程是開動海水泵P1，從海水吸入管L1吸入的海水，經(jīng)海水輸送管L2送至設(shè)在半導體發(fā)電組合件C上方的海水噴淋管6，噴淋出的海水沿各個半導體發(fā)電單元件E的熱源換熱器金屬板封皮外側(cè)流下，被海水回水管或渠L3收集后排放回大海；已被LNG液體泵升至約2～4MPa壓力的LNG從LNG總進管N1分流到各個半導體發(fā)電單元件E內(nèi)的LNG冷源換熱器的LNG換熱管5內(nèi)，氣化后的天然氣從總出管N2流出；海水熱源的熱量通過半導體熱電堆片1后傳給LNG冷源換熱器的LNG，海水溫度將從約25℃降為5℃，-161℃的LNG將在-110℃下吸熱蒸發(fā)并升溫，半導體溫差發(fā)電器兩端產(chǎn)生溫差而發(fā)電，經(jīng)電線A和B送出；在LNG溫度很低剛?cè)肟诙蔚陌雽w發(fā)電單元件可貼有多層半導體熱電堆片，目的是防止換熱器2的海水結(jié)冰。
實施例2利用液化天然氣冷能半導體溫差發(fā)電制氫圖4是利用LNG冷能半導體溫差發(fā)電制氫裝置的一種具體實施方式
原理示意圖。它包括半導體溫差發(fā)電器組合件和電解水制氫裝置。本實施例中的半導體溫差發(fā)電器組合件依冷熱源的溫度不同區(qū)分為兩組一組BD1受淋正常海水，另一組BD2受淋回收了制氫廢熱而溫度較高的海水。所述電解水制氫裝置H中，電解槽D的氫氣側(cè)依次與氫-氣液分離器F1、氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y1連接；電解槽D的氧氣側(cè)依次與氧-氣液分離器F2、氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y2連接；含氫堿液回路由氫氣冷卻-水蒸氣凝結(jié)器Y1底部連至氫-氣液分離器F1下部，再由F1底部出口與含氫堿液回送泵P1相接，而后經(jīng)氫堿液過濾器接氫堿液-海水換熱器Q1，再回送到電解槽D；含氧堿液回路由氧氣冷卻-水蒸氣凝結(jié)器Y2底部連至氧-氣液分離器F2下部，再由F2底部出口與含氧堿液回送泵P2相接，而后經(jīng)氧堿液過濾器接氧堿液-海水換熱器Q2，再回送到電解槽D；該電解水制氫裝置H的電源是由以LNG為冷源和以海水為熱源的半導體溫差發(fā)電器組合件BD1、BD2提供的；海水輸送系統(tǒng)的海水吸入管L1接海水泵WP、再接海水輸送管L2一路經(jīng)閥V1接至一組半導體溫差發(fā)電器BD1上方的海水噴淋管LB1，另一路經(jīng)閥V2后再分二路分別接至氫堿液-海水換熱器Q1和氧減液-海水換熱器Q2的冷卻管，再接至另一組半導體溫差發(fā)電器BD2上方的海水噴淋管LB2；海水淋過半導體溫差發(fā)電器BD1、BD2后，落入回水集水池W，再從海水回水管或渠L3流回大海；LNG總進管N1經(jīng)閥V3后分別接到半導體溫差發(fā)電器BD1、BD2的冷源換熱器的LNG換熱管，而后經(jīng)氣體天然氣管N2和閥V4與天然氣總輸出管N4相接；從LNG換熱管出口的溫度較低的氣體天然氣可經(jīng)另一路天然氣管N3，與氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y2和氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器Y1的換熱管相接后，再經(jīng)閥V5與天然氣總輸出管N4相接；半導體溫差發(fā)電器的電極分別經(jīng)電線A和B與電解水制氫裝置H電解槽D的正、負電極板相連接；海水流經(jīng)半導體溫差發(fā)電器BD1、BD2的熱源換熱器時，通過半導體熱電堆片把熱量傳給LNG，同時半導體溫差發(fā)電器發(fā)出直流電，并通過制氫電解槽的正負極，使進入電解槽的原料水被電解，電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣經(jīng)有余冷的氣體天然氣冷卻進一步去除水蒸氣后，分別與壓力平衡調(diào)節(jié)器相接后，再分別送往用戶或壓縮裝瓶；送去壓縮裝瓶或液化儲存；降溫的海水排放入大海；氣化后接近環(huán)境溫度的天然氣(NG)匯集輸出。
該方法能同時回收電解水制氫時的廢熱能。每加熱50～80kgLNG，約可制氫1m3，耗海水約250～350kg、純水1kg。
權(quán)利要求
1.一種利用LNG冷能的半導體溫差發(fā)電方法，其特征在于以液化天然氣(LNG)為冷源，以海水為熱源，把半導體溫差熱電堆的兩端面分別與LNG冷源換熱器和海水熱源換熱器緊密接觸制成半導體溫差發(fā)電器，讓LNG和海水分別通過冷源換熱器和海水熱源換熱器，海水的熱量通過半導體溫差熱電堆后傳給LNG，低溫液化天然氣吸熱蒸發(fā)，半導體溫差熱電堆兩端由溫差產(chǎn)生電勢差而發(fā)電。
2.一種利用LNG冷能的半導體溫差發(fā)電的裝置，包括由P型和N型半導體材料構(gòu)成的半導體熱電堆片與冷源換熱器和熱源換熱器構(gòu)成的半導體溫差發(fā)電器，其特征在于所述冷源換熱器是由兩金屬平板緊夾著LNG換熱管、管板間充填導熱良好的填料而成的LNG冷源換熱器；半導體熱電堆片緊貼在兩金屬平板外側(cè)；金屬板封皮緊包在半導體熱電堆片外側(cè)，形成扁平盒狀的半導體溫差發(fā)電器單元件；其上方設(shè)有與海水輸送管道相連通的海水噴淋管，使海水從金屬板封皮的表面流過，形成海水熱源換熱器；每只半導體溫差發(fā)電器單元件都有分別從盒內(nèi)引出的與LNG換熱管兩端相連的LNG進管和氣化了的天然氣(NG)出管、以及分別與半導體熱電堆片兩個電極相連的電線。
3.如權(quán)利要求2所述利用半導體溫差發(fā)電回收液化天然氣冷能的裝置，特征在于所述冷源換熱器的管板間充填的導熱良好的填料可選用鉛、巴氏合金或銅粉、鋁粉。
4.如權(quán)利要求2所述利用半導體溫差發(fā)電回收液化天然氣冷能的裝置，特征在于所述貼在金屬平板外側(cè)的半導體溫差熱電堆片，至少貼一層，也可貼二層或多層。
5.如權(quán)利要求2所述利用半導體溫差發(fā)電回收液化天然氣冷能的裝置，特征在于所述半導體溫差發(fā)電器，可以是半導體溫差發(fā)電器單元件，也可以是由二個或多個半導體溫差發(fā)電器單元件組合而成的半導體發(fā)電組合件；在半導體發(fā)電組合件的各發(fā)電單元件之間夾有以保持兩單元件間的海水流道間隙的墊條，并用壓板和螺栓把多個發(fā)電單元件夾緊；在半導體溫差發(fā)電器上方設(shè)有海水噴淋管。
6.如權(quán)利要求2所述利用半導體溫差發(fā)電回收液化天然氣冷能的裝置，特征在于所述熱源換熱器的金屬板封皮外側(cè)帶有順水流向的強化換熱的肋片。
7.一種利用液化天然氣冷能半導體溫差發(fā)電制氫的方法，其特征在于由半導體溫差發(fā)電部分提供電解水制氫用的電源，是由以海水為熱源、以液化天然氣(LNG)為冷源的半導體溫差發(fā)電器提供的直流電；海水被泵抽上來后分二路一路送到一組半導體溫差發(fā)電器的熱源換熱器，另一路先送去冷卻電解水制氫裝置的含液氫氣和含液氧氣及回流電解液后，再送到另一組半導體溫差發(fā)電器的熱源換熱器；經(jīng)熱源換熱器降了溫的海水排放回大海；LNG被壓送至半導體溫差發(fā)電器的冷源換熱器內(nèi)；海水從熱源換熱器通過半導體熱電堆片把熱量傳給冷源換熱器內(nèi)的LNG的同時，半導體溫差發(fā)電器發(fā)出直流電；將該直流電接至制氫電解槽的正負極，進入電解槽的原料水被電解，堿性水溶液電解產(chǎn)生含液氫氣和含液氧氣，分別收集后經(jīng)分離產(chǎn)生氫氣、氧氣，再經(jīng)有余冷的氣體天然氣(NG)冷卻，進一步去除水蒸氣后送去壓縮裝瓶或液化儲存；分離出的殘液被海水冷卻后泵回電解槽；氣化后的天然氣匯集輸出。
8.一種利用液化天然氣冷能半導體溫差發(fā)電制氫的裝置，其特征在于包括半導體溫差發(fā)電器和電解水制氫裝置；所述半導體溫差發(fā)電器是由呈扁平盒狀的半導體溫差發(fā)電器單元件以平行的垂直板形式組合而成；其中的LNG冷源換熱器采用由兩金屬平板緊夾著LNG換熱管的板管式換熱器結(jié)構(gòu)、管板間充填導熱良好的填料構(gòu)成；半導體熱電堆片緊貼在緊夾著LNG冷源換熱器的兩金屬平板外側(cè)；金屬板封皮緊包在半導體熱電堆片外，構(gòu)成呈扁平盒狀的半導體溫差發(fā)電器單元件，其上方設(shè)有與海水輸送管道相連通的海水噴淋管，使海水從金屬板封皮的表面流過，形成海水熱源換熱器；每只半導體溫差發(fā)電器單元件都有分別從盒內(nèi)引出的與LNG換熱管兩端相連的LNG進管和氣化了的天然氣(NG)出管、以及分別與半導體熱電堆片兩電極相連的電線；海水經(jīng)管由泵送入海水輸送管后分二路，一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥接至一組半導體發(fā)電器組合件上方的海水噴淋管；另一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥與氫堿液-海水換熱器和氧減液-海水換熱器的冷卻管相連后，再接至另一組半導體溫差發(fā)電器組合件上方的海水噴淋管；LNG總進管經(jīng)閥后接到半導體溫差發(fā)電器組合件的冷源換熱器的LNG換熱管進口，LNG換熱管出口與氣體天然氣(NG)的連接管連接，并經(jīng)調(diào)節(jié)閥與天然氣總輸出管相接；從連接管分一支路與氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器和氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器的換熱管相接后，再經(jīng)閥與天然氣總輸出管相接；半導體溫差發(fā)電器的兩電極分別經(jīng)電線引出，按電解所需串/并聯(lián)后，分別與電解水制氫裝置的電解槽的正、負電極板相連接；所述電解水制氫裝置中，電解槽的氫氣側(cè)依次與氫-氣液分離器、氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器連接；電解槽的氧氣側(cè)依次與氧-氣液分離器、氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器連接；氫氣和氧氣的冷卻水蒸氣凝結(jié)器分別留有氫氣出口和氧氣出口與壓力平衡調(diào)節(jié)器相接后，再分別送往用戶或壓縮裝瓶；含氫堿液回路由氫氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器底部連至氫-氣液分離器下部，再由底部出口與含氫堿液回送泵相接，而后接氫堿液-海水換熱器，再回送到電解槽；含氧堿液回路由氧氣冷卻水蒸氣凝結(jié)器底部連至氧-氣液分離器下部，再由底部出口與含氧堿液回送泵相接，而后接氧堿液-海水換熱器，再回送到電解槽。
全文摘要
本發(fā)明利用液化天然氣冷能半導體溫差發(fā)電及制氫的方法與裝置，特征是半導體溫差發(fā)電器由熱電堆片的冷熱端面分別緊貼在有LNG流過的冷源換熱器和有海水流過的熱源換熱器上制成，海水加熱LNG的同時半導體溫差發(fā)電器發(fā)出直流電；將該電源接至電解槽的正負極，電解水生成氫氣和氧氣；部分海水先去冷卻電解水的堿液后再送去海水熱源換熱器。由于采用冷熱互補設(shè)計，海水既是制氫時的冷卻水，又是LNG的加熱源，提高了半導體發(fā)電效率；將回收LNG冷能發(fā)的電用來制氫，節(jié)省了換熱器面積和制氫消耗的冷卻水，還節(jié)省了發(fā)電與制氫所需的交直流互變器，使電解水制氫電耗和裝備成本大為降低。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊、組合容易，無運動部件，運行可靠。
文檔編號A47C21/00GK1485003SQ02138349
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者陳則韶, 程文龍, 胡芃 申請人:中國科學技術(shù)大學