一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统及工作方法，解决了现有技术中充分利用发动机排气余热的问题，具有实现梯级高效利用发动机烟气余热和缸套水余热的有益效果，具体方案如下：一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，包括甲醇水蒸气重整单元，包括缸套水余热换热器、甲醇重整反应器，缸套水余热换热器用于预热甲醇溶液，预热后在甲醇重整反应器通过发动机烟气余热提供的热量发生甲醇水蒸气催化重整反应，生成重整气，通过重整气分离出氢气并捕集二氧化碳；制冷供热单元，与甲醇重整反应器连接，利用甲醇重整反应器出口处的烟气余热梯级进行制冷和供热。烟气余热梯级进行制冷和供热。烟气余热梯级进行制冷和供热。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及甲醇重整制氢、吸收式制冷及燃料电池领域，尤其是一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统及工作方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]冷热电联供系统是一种基于能的梯级利用原理，设置在靠近用户端的可满足用户冷、热、电等多种负荷需求的多联供系统。以内燃发动机为发电装置，通过回收利用发动机排气和缸套水余热可构建一种内燃发动机冷热电联供系统。
[0004]内燃发动机排气的温度范围是300～600℃，该排气余热具有重要的回收利用价值。因此，如何梯级高效地回收利用发动机余热是一个需要解决的问题。目前，吸收式制冷是余热回收利用的有效途径之一，但现有单效溴化锂和氨水吸收式制冷的驱动热源仅需要200℃左右的烟气或者85～150℃的热水。以110kW的卡特比勒燃气内燃发电机组为例，其额定工况下排烟温度为540℃，若将其直接用于驱动单效溴化锂吸收式制冷机组，仅需要温度为200℃的余热即可满足要求。
[0005]专利技术人发现，由于相应于540℃和200℃之间340℃温差的发动机排气余热没有得到有效利用，因而导致较大的有效能损失。另外，发动机缸套水温度一般在80
‑
120℃，其低温余热也没有进行进一步的回收利用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，梯级利用缸套水和发动机排气余热实现发电、制氢、制冷和供热，并通过冷却水的串联、生成水的循环利用实现水的节约与余热回收和捕集CO2达到减少碳排放的目的。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，包括：
[0009]甲醇水蒸气重整单元，包括缸套水余热换热器、甲醇重整反应器，缸套水余热换热器用于预热甲醇溶液，预热后在甲醇重整反应器通过发动机烟气余热提供的热量发生甲醇水蒸气催化重整反应，生成重整气，通过重整气分离出氢气并捕集二氧化碳；
[0010]制冷供热单元，与甲醇重整反应器连接，利用甲醇重整反应器出口处的烟气余热梯级进行制冷和供热。
[0011]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，所述缸套水余热换热器与甲醇重整反应器之间设置用于对甲醇和水溶液进行加热的第一换热器；
[0012]所述甲醇重整反应器一侧设置一氧化碳氧化反应器用于除去所述重整气中的一氧化碳气体，一氧化碳氧化反应器与所述第一换热器连接以对气体进行放热。
[0013]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，所述第一换热器与第三冷凝
器连接，未反应的甲醇蒸气和水蒸气被第三冷凝器冷却水冷凝后形成甲醇溶液和水并排出；
[0014]第三冷凝器与二氧化碳吸附装置连接以吸附二氧化碳，二氧化碳吸附装置与储氢罐连接。
[0015]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，还包括燃料电池，燃料电池与所述储氢罐连接，燃料电池与第二冷凝器连接，第三冷凝器的冷却水入口与第二冷凝器的冷却水出口相连。
[0016]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，所述缸套水余热换热器出口的甲醇溶液、所述第三冷凝器出口的甲醇和水溶液和第三冷凝器冷却水出口的水溶液通过管路混合后与所述第一换热器连接。
[0017]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，所述燃料电池冷却水出口的水溶液、所述第二冷凝器出口的水溶液通过管路混合后进入到所述第一换热器与重整气换热。
[0018]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，所述制冷供热单元包括发生器，发生器与所述甲醇重整反应器连接以将甲醇重整反应器出口处的发动机烟气传输至发生器，发生器与第一冷凝器连接以将发生器产生的水蒸气送入第一冷凝器冷凝产生液态水；
[0019]第一冷凝器与蒸发器连接，液态水进入蒸发器内吸收冷媒水的热量蒸发成为水蒸气，冷媒水携带冷量进行制冷；
[0020]发生器与第二换热器连接以将发生器出口的烟气用于供热。
[0021]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，所述蒸发器与吸收器连接，吸收器冷却水出口与所述第一冷凝器冷却水入口串联；
[0022]发生器与吸收器之间设置溶液热交换器，溶液热交换器同吸收器连接，且二者连接的管路设有至少两条，两条管路分别设置第一节流阀和第一溶液泵。
[0023]如上所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，所述缸套水余热换热器分别连接至甲醇溶液储罐及所述第一换热器。
[0024]第二方面，本专利技术还提供了一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统的工作方法，包括如下内容：
[0025]缸套水余热换热器将发动机缸套水余热用于初步预热甲醇溶液；
[0026]发动机的高温烟气余热驱动甲醇重整反应器反应生成重整气，包括氢气、二氧化碳、一氧化碳以及未反应的甲醇蒸气和水蒸气，通过重整气分离出氢气并捕集二氧化碳；
[0027]甲醇重整反应器出口处的发动机烟气传输至制冷供热单元梯级进行制冷和供热。
[0028]上述本专利技术的有益效果如下：
[0029]1)本专利技术利用发动机高温烟气余热依次驱动甲醇重整反应器和发生器，利用发动机低温缸套水余热初步加热甲醇溶液，并通过第一换热器对甲醇进一步加热，生成的氢气储存或进入燃料电池发电，并捕集重整气中的CO2，从而实现发动机余热的梯级利用并将热能转化为化学能，达到梯级利用发动机排气和缸套水余热实现发电、制冷、供热、制氢及CO2捕集的目的。
[0030]2)本专利技术第一冷凝器、燃料电池连接的冷却水串联，并与第二冷凝器出口的冷凝
水混合；而且第三冷凝器与第二冷凝器同样连接，实现冷却水的串联加热再利用及生成水的循环利用，实现水的节约与余热回收。
[0031]3)本专利技术整个系统具有可移动性、小型化和模块化等特点，可以应用于医院，社区，办公大楼，学校等建筑和工厂车间及工艺过程等的分布式供能。
附图说明
[0032]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0033]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统的示意图。
[0034]图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
[0035]其中：1为发动机，2为缸套水余热换热器，3为第一换热器，4为甲醇重整反应器，5为第二换热器，6为发生器，7为溶液热交换器，8为第一节流阀，9为第一溶液泵，10为第一冷凝器，11为第二节流阀，12为蒸发器，13为吸收器，14为第一水泵，15为第二冷凝器，16为第二水泵， 17为质子交换膜燃料电池，18为CO选择氧化反应器，19为储氢罐，20为二氧化碳吸附装置，21为第三冷凝器，22为第二溶液泵，23本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，其特征在于，包括：甲醇水蒸气重整单元，包括缸套水余热换热器、甲醇重整反应器，缸套水余热换热器用于预热甲醇溶液，预热后在甲醇重整反应器通过发动机烟气余热提供的热量发生甲醇水蒸气催化重整反应，生成重整气，通过重整气分离出氢气并捕集二氧化碳；制冷供热单元，与甲醇重整反应器连接，利用甲醇重整反应器出口处的烟气余热梯级进行制冷和供热。2.根据权利要求1所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，其特征在于，所述缸套水余热换热器与甲醇重整反应器之间设置用于对甲醇和水溶液进行加热的第一换热器；所述甲醇重整反应器一侧设置一氧化碳氧化反应器用于除去所述重整气中的一氧化碳气体，一氧化碳氧化反应器与所述第一换热器连接以对气体进行放热。3.根据权利要求2所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，其特征在于，所述第一换热器与第三冷凝器连接，未反应的甲醇蒸气和水蒸气被第三冷凝器冷却水冷凝后形成甲醇溶液和水并排出；第三冷凝器与二氧化碳吸附装置连接以吸附二氧化碳，二氧化碳吸附装置与储氢罐连接。4.根据权利要求3所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，其特征在于，还包括燃料电池，燃料电池与所述储氢罐连接，燃料电池与第二冷凝器连接，第三冷凝器的冷却水入口与第二冷凝器的冷却水出口相连。5.根据权利要求3所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，其特征在于，所述缸套水余热换热器出口的甲醇溶液、所述第三冷凝器出口的甲醇和水溶液和第三冷凝器冷却水出口的水溶液通过管路混合后与所述第一换热器连接。6.根据权利要求4所述的一种发动机余热驱动冷热电氢联供系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩吉田，葛艺，朱晓璇，朱万超，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：