基于甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，與此同時(shí)，本發(fā)明還涉及該空調(diào)系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空調(diào)即空氣調(diào)節(jié)(air condit1ning)，主要是指對(duì)建筑/構(gòu)筑物內(nèi)環(huán)境空氣的溫度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的過(guò)程，以創(chuàng)造適宜的生活條件或工作條件的技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，空調(diào)通常需要接入市電才可以工作，而對(duì)于沒(méi)有電源的地方，則無(wú)法工作。
[0003]有鑒于此，本創(chuàng)作者于2014年4月10日申請(qǐng)了一項(xiàng)發(fā)明申請(qǐng)201410141289.9(申請(qǐng)人:上海合既得動(dòng)氫機(jī)器有限公司)，該發(fā)明申請(qǐng)公開了一種甲醇水重整發(fā)電空調(diào)系統(tǒng)及控制方法，包括甲醇水重整制氫設(shè)備、發(fā)電設(shè)備及空調(diào)設(shè)備，其中，甲醇水重整制氫設(shè)備制得的氫氣，輸送給發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的電能為空調(diào)設(shè)備供電。采用這種技術(shù)方案能使空調(diào)在沒(méi)有電源的地方，仍能正常工作，無(wú)需額外電源。
[0004]然而，上述空調(diào)系統(tǒng)對(duì)甲醇水能量的利用率偏低，通常只有36%_50%，具體原因如下:甲醇水重整制氫設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，主要發(fā)生甲醇與水的重整制氫反應(yīng)，即甲醇與水蒸氣在350-409°C溫度下1-5M Pa的壓力條件下通過(guò)催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳，這是一個(gè)多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)方程式為:(1)CH30H — C0+2H2;(2)H20+C0 — C02+H2;(3)CH30H+H20 — C02+3H2;甲醇水的催化反應(yīng)在重整甲醇水制氫設(shè)備的重整器中完成，重整器包括重整器殼體及位于重整器殼體內(nèi)的燃燒室和重整室，一般地，重整室中需要350-409?的溫度，而燃燒室中需要405-570 °C的溫度，重整器才能正常工作。而要維持燃燒室中的405-570 V的溫度，則需要一部分制得的氫氣在燃燒室中燃燒以維持重整器運(yùn)行。燃燒室在氫氣燃燒的過(guò)程中，產(chǎn)生的廢氣(空氣中的氮?dú)?、二氧化碳、水氣?直接從重整器的煙囪中排出。由于這些廢氣為高溫廢氣，因此，廢氣的排放造成了能量的損失，這部分損失的能量占到了甲醇水能量的25%-40%，從而使得上述空調(diào)系統(tǒng)對(duì)甲醇水能量的利用率偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種環(huán)保、節(jié)能、便捷，受區(qū)域和環(huán)境影響小，并且能量利用率高的基于甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。為此，本發(fā)明還要提供一種該空調(diào)系統(tǒng)的控制方法。
[0006]為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，包括甲醇水重整制氫設(shè)備、燃料電池及熱電混合空調(diào)設(shè)備，其中:
甲醇水重整制氫設(shè)備，用于甲醇和水發(fā)生重整制氫反應(yīng)，重整制氫反應(yīng)制得的氫氣輸送給燃料電池，在重整制氫反應(yīng)的過(guò)程中，排出的廢氣中的熱量輸送給熱電混合空調(diào)設(shè)備的吸熱式制冷單元； 燃料電池，用于氫氣與氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電能為熱電混合空調(diào)設(shè)備的用電式空調(diào)單元供電；
熱電混合空調(diào)設(shè)備，包括吸熱式制冷單元及用電式空調(diào)單元，吸熱式制冷單元可吸收甲醇水重整制氫設(shè)備排出的廢氣中的熱量而制冷，用電式空調(diào)單元可消耗燃料電池產(chǎn)生的電能而制冷。
[0007]所述吸熱式制冷單元包括發(fā)生器、冷凝器、第一節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器及溶液泵，其中:
發(fā)生器，用于使從吸收器泵送過(guò)來(lái)的溴化鋰稀熔液吸收所述甲醇水重整制氫設(shè)備排出的廢氣中的熱量而沸騰濃縮，產(chǎn)生高壓制冷劑蒸汽和溴化鋰濃熔液；高壓制冷劑蒸汽輸送給冷凝器，溴化鋰濃熔液經(jīng)溶液熱交換器換熱后輸送給吸收器；
冷凝器，用于高壓制冷劑蒸汽冷凝成高壓制冷劑液體，釋放出的冷凝熱量由冷卻介質(zhì)帶走；高壓制冷劑液體經(jīng)第一節(jié)流閥節(jié)流為蒸發(fā)壓力下的制冷劑液體，進(jìn)入蒸發(fā)器；
蒸發(fā)器，用于制冷劑液體蒸發(fā)汽化吸熱，產(chǎn)生制冷量，蒸發(fā)的低壓蒸汽進(jìn)入吸收器；吸收器，用于使從發(fā)生器輸送過(guò)來(lái)的溴化鋰濃溶液吸收從蒸發(fā)器輸送過(guò)來(lái)的低壓蒸汽，產(chǎn)生溴化鋰稀溶液；
溶液泵，用于將吸收器中的溴化鋰稀溶液泵送至發(fā)生器；在泵送過(guò)程中，該溴化鋰稀溶液經(jīng)過(guò)所述溶液熱交換器，與溴化鋰濃熔液換熱。
[0008]所述甲醇水重整制氫設(shè)備包括甲醇水儲(chǔ)存容器、原料輸送裝置、重整器及膜分離裝置；所述原料輸送裝置通過(guò)輸送管道分別連接甲醇水儲(chǔ)存容器及重整器，該原料輸送裝置將甲醇水儲(chǔ)存容器中的甲醇水原料輸送至重整器；所述重整器包括換熱器、氣化室、重整室、分離室及廢氣排放裝置，所述膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室內(nèi)的上部；所述甲醇水原料在換熱器中換熱后進(jìn)入氣化室汽化；汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300-420°C，所述重整室上部的溫度為400-570°C ;重整室與分離室通過(guò)連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過(guò)重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350-570°C，從分離室內(nèi)的膜分離裝置的產(chǎn)氣端得到氫氣；所述重整器制得的部分氫氣或/和余氣通過(guò)燃燒維持重整器運(yùn)行，燃燒后產(chǎn)生的廢氣通過(guò)廢氣排放裝置排出至所述吸熱式制冷單元。
[0009]所述膜分離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(zhì)量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%。
[0010]所述重整器一端安裝有啟動(dòng)裝置，該啟動(dòng)裝置包括杯座，杯座上安裝有原料輸入管道、加熱氣化管道、點(diǎn)火裝置及溫度探測(cè)裝置；所述原料輸入管道可輸入甲醇和水原料，原料輸入管道與加熱氣化管道相連通，甲醇和水原料經(jīng)原料輸入管道進(jìn)入加熱氣化管道后，從加熱氣化管道的末端輸出；所述點(diǎn)火裝置的位置與加熱氣化管道的末端相對(duì)應(yīng)，用于對(duì)加熱氣化管道中輸出的甲醇和水原料進(jìn)行點(diǎn)火，甲醇和水原料經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)火后燃燒，可對(duì)加熱氣化管道進(jìn)行加熱，使加熱氣化管道中的甲醇和水原料氣化而迅速加大燃燒強(qiáng)度，進(jìn)而為重整器加熱；所述溫度探測(cè)裝置用于探測(cè)加熱氣化管道旁的溫度；所述重整器啟動(dòng)制氫后，重整器制得的部分氫氣或/和余氣通過(guò)燃燒維持重整器運(yùn)行。
[0011]所述杯座包括安裝部及安裝部上方的液體容納部，所述原料輸入管道、加熱氣化管道、點(diǎn)火裝置及溫度探測(cè)裝置均安裝于杯座之安裝部上，所述液體容納部可容納從加熱氣化管道末端輸出的甲醇和水原料，所述液體容納部上端還設(shè)有液體防濺蓋。
[0012]所述加熱氣化管道依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料可經(jīng)直通管段上升至最高位置后，再經(jīng)螺旋管段螺旋下降，再經(jīng)上拱形管段后輸出。
[0013]所述杯座的底側(cè)安裝有進(jìn)風(fēng)蓋板，該進(jìn)風(fēng)蓋板設(shè)有風(fēng)道，外界空氣可經(jīng)該風(fēng)道進(jìn)入至重整器內(nèi)；所述原料輸入管道上設(shè)有電磁閥，以便控制原料輸入管道打開或關(guān)閉。
[0014]為解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于甲醇水制氫發(fā)電系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
a.甲醇水重整制氫設(shè)備發(fā)生重整制氫反應(yīng)，重整制氫反應(yīng)制得的氫氣輸送給燃料電池，重整制氫反應(yīng)的過(guò)程中，排出的廢氣中的熱量輸送給熱電混合空調(diào)設(shè)備的吸熱式制冷單元;
b.燃料電池接收氫氣后，在燃料電池內(nèi)發(fā)生氫氣與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電能為熱電混合空調(diào)設(shè)備的用電式空調(diào)單元供電；
c.熱電混合空調(diào)設(shè)備的吸熱式制冷單元吸收來(lái)自甲醇水重整制氫設(shè)備排出的廢氣中的熱量后進(jìn)行制冷，用電式空調(diào)單元消耗燃料電池產(chǎn)生的電能進(jìn)行制冷。
[0015]所述吸熱式制冷單元的工作過(guò)程包括制冷循環(huán)步驟及溶液循環(huán)步驟，其中: 制冷循環(huán)步驟:從發(fā)生器出來(lái)的高壓制冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝成高壓制冷劑液體，
釋放出冷凝熱量被冷卻介質(zhì)帶走；高壓制冷劑液體經(jīng)第一節(jié)流閥節(jié)流為蒸發(fā)壓力下的制冷劑液體，進(jìn)入蒸發(fā)器中蒸發(fā)汽化吸熱，產(chǎn)生制冷量，低壓蒸汽被吸收器吸收；
溶液循環(huán)步驟:吸收器中的溴化鋰稀溶液吸收蒸發(fā)器輸送過(guò)來(lái)的低壓蒸汽而成為溴化鋰濃溶液；吸收過(guò)程使低壓蒸汽制冷劑轉(zhuǎn)化為液體，吸收過(guò)程放出熱量被冷卻介質(zhì)帶走；吸收器中溴化鋰濃溶液經(jīng)溶液泵提高壓力，并輸送到發(fā)生器中，在發(fā)生器中利用甲醇水重整制氫設(shè)備排出的廢氣中的熱量而沸騰濃縮，產(chǎn)生高壓制冷劑蒸汽和溴化鋰濃熔液。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:其一、本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)無(wú)需燃燒煤、石油、天然氣及普通煤氣，而是采用清潔能源甲醇及水，因而非常環(huán)保；其二、本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)采用清潔能源甲醇及水，其成本顯著低于市電，經(jīng)濟(jì)性好；其三