一种蒸气发生器及其制氢系统的制作方法

本发明涉及蓄热技术领域，具体而言，涉及一种蒸气发生器及其制氢系统。

背景技术：

随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。在各种新能源的研究中，氢气以完全清洁的燃烧方式以及可以再生的优势成为研究者的首选。

现有技术中，往往采用甲醇与水作为原料液来进行氢气的制备，在制备氢气的过程中，经常会用到高温装置，比如燃烧炉。传统的燃烧炉通常是采用木柴、煤、柴油、天然气作为燃料加热，我国是当今世界燃煤工业蒸气发生器生产和使用最多的国家。

但是，如果采用对热废气的余热利用，一方面，热废气与换热介质直接进行换热，由于热废气流通速度较快，大部分热量随着热废气而流走，导致换热效率低；另一方面，大块蓄热体用于余热利用的过程中，其接触热废气的入口端容易发生堵塞，整体更换成本较高；此外，根据应用场景不同，大块蓄热体适用性较差，通用性较低。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种蒸气发生器，降低了加热成本，实现了对所述热废气的再利用，且提高换热效率，将热废气大部分热量留下来，防止热量浪费，提高其通用性，节约成本等。

一方面，本发明实施例提供的一种一种蒸气发生器，所述蒸气发生器包括蓄热装置，所述蓄热装置包括蓄热体本体，沿其长度方向具有相对的第一端和第二端；设有多个贯穿所述第一端和所述第二端的热废气传输通道，以及间设在所述多个热废气传输通道之间的至少一个同样贯穿所述第一端和所述第二端的气体传输通道。

进一步的，所述蓄热体本体由多个蓄热件拼接而成。

本实施例中，通过多个蓄热件拼接形成蓄热体本体，当所述蓄热体的热废气传输通道被堵住时，只需更换第一端的蓄热件，进而降低使用成本。

进一步的，本发明提供了一种蒸气发生器，包括：蓄热体本体，沿其长度方向具有相对的第一端和第二端；设有多个贯穿所述第一端和所述第二端的热废气传输通道，以及间设在所述多个热废气传输通道之间的多个同样贯穿所述第一端和所述第二端的气体传输通道。

本实施例中，通过在所述蒸气发生器内设置所述蓄热体本体，一方面，降低了加热成本，实现了对所述热废气的再利用；另一方面，所述蓄热体本体能够保存所述热废气中的热量对蒸气材料进行加热，实现对所述热废气的再利用。

进一步的，所述蒸气发生器包括：多个蒸气传输管道，每个所述蒸气传输管道设于不同的所述气体传输通道；蒸气材料容纳部，具有蒸气材料容纳空间并开设有连通所述蒸气材料容纳空间的蒸气材料入口，设于所述第一端，所述蒸气材料容纳空间连通所述多个蒸气传输管道；蒸气容纳部，具有蒸气容纳空间并开设有连通所述蒸气容纳空间的蒸气出口，设于所述第二端，所述蒸气容纳空间连通所述多个蒸气传输管道。

本实施例中，所述蒸气材料通过所述蒸气材料入口进入所述蒸气材料容纳部的所述蒸气材料容纳空间，在高温高压的环境下，所述蒸气发生材料转化成蒸气，所述蒸气和所述蒸气发生材料进入所述蒸气传输管道。最终，所述蒸气经过所述蒸气传输管道进入所述蒸气容纳部的所述蒸气容纳空间，并从所述蒸气容纳部的所述蒸气出口排出。

进一步的，所述蒸气发生器还包括：第一热废气容纳部，具有第一热废气容纳空间并开有连通所述第一热废气容纳空间的第一热废气入口，且设于所述第一端，所述第一热废气容纳空间连通所述多个热废气传输通道；第一废气容纳部，具有第一废气容纳空间并开有连通所述第一废气容纳空间的第一废气出口，且设于所述第二端，所述第一废气容纳空间连通所述多个第一热废气传输通道。

在本实施例中，所述热废气从所述第一热废气入口进入所述第一热废气容纳部的所述第一热废气容纳空间。接着，通过所述多个热废气传输通道，并与所述蓄热本体进行热量交换成为废气。最终，所述废气从所述多个热废气传输通道进入所述第一废气容纳部的所述第一废气容纳空间，并从所述第一废气容纳部开设的所述第一废气出口排出。

进一步的，所述第一热废气容纳部夹设在所述蒸气材料容纳部和所述蓄热体本体之间；所述多个蒸气传输管道穿过所述第一热废气容纳部；所述第一废气容纳部夹设在所述蒸气容纳部和所述蓄热体本体之间；所述多个蒸气传输管道穿过所述第一废气容纳部。

本实施例中，所述气体传输通道穿过所述第一热废气容纳部与所述第一废气容纳部，使得热废气在输入至输出的过程中，全程对所述多个蒸气传输管道进行加热，降低了加热成本，实现了对所述热废气的再利用。

进一步的，所述蒸气发生器还包括：保温套筒，套设在所述蓄热体本体外部；电加热器，设于所述蒸气容纳空间内，并伸入所述蒸气传输管道。

本实施例中，所述保温套筒能够阻隔所述蒸气发生器向外部环境热量传递，减少热量损失；所述电加热器能够提高所述蒸气材料的蒸发速度。

进一步的，本发明提供了一种制氢系统，包括：上述任意一种蒸气发生器；氢气反应部，内设有制氢空间设于所述气体传输通道内，于靠近所述第一端的位置开设有连通所述制氢空间的氢气输出口，并于靠近所述第二端的位置开设有连通所述制氢空间的蒸气输入口；制氢催化剂，设于制氢空间内；第二热废气容纳部，具有第二热废气容纳空间并开有连通所述第二热废气容纳空间的第二热废气入口，且设于所述第一端，所述第二热废气容纳空间连通所述多个热废气传输通道；第二废气容纳部，具有第二废气容纳空间并开有连通所述第二废气容纳空间的第二废气出口与，且设于所述第二端，所述第二废气容纳空间连通所述多个热废气传输通道。

本实施例中，通过在所述蒸气发生器内设置所述蓄热体本体，一方面，降低了加热成本，实现了对所述热废气的再利用；另一方面，所述蓄热体本体能够保存所述热废气中的热量对氢气反应部进行加热，实现对所述热废气的再利用。

进一步的，所述制氢系统还包括：保温套筒，套设在所述蓄热体本体外部；电加热器，设于所述制氢空间内。

本实施例中，所述保温套筒能够阻隔所述制氢系统向外部环境热量传递，减少热量损失；所述电加热器能够提高所述制氢空间内的制氢效率。

进一步的，所述氢气反应部穿过所述第二热废气容纳部、并于所述第二热废气容纳部远离所述蓄热体本体的一侧开设有所述氢气输出口；所述氢气反应部穿过所述第二废气容纳部、并于所述第二废气容纳部远离所述蓄热体本体的一侧开设有所述蒸气输入口。

本实施例中，所述氢气反应部穿过所述第二热废气容纳部与所述第二废气容纳部，使得热废气在输入至输出的过程中，全程对所述氢气反应部进行加热，降低了加热成本，实现了对所述热废气的再利用。

进一步的，每个所述蒸气发生器的蒸气出口连通至所述蒸气输入口。

采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

i)利用上述蒸气发生器中的蓄热装置，吸收并储存热废气中的热量，提高换热效率；

ii)将蓄热装置设置为拼接式，当蓄热装置被热废气中的颗粒物堵塞时，只需更换接触热废气的入口端处的蓄热体，无需更换整个蓄热装置，降低了更换成本。

iii)根据不同的应用场景，设计了多种拼接方式和多种形状的蓄热装置，提高了蓄热装置的适用性与通用性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种蓄热装置100的结构示意图。

图2为图1中蓄热体本体10的a-a剖视图。

图3为图1中蓄热体本体10的俯视图。

图4为本发明实施例一提供的第二种蓄热装置100的结构示意图。

图5为图4中蓄热体本体10的b-b剖视图。

图6为图4中蓄热体本体10的俯视图。

图7为本发明实施例一提供的第三种蓄热装置100的结构示意图。

图8为本发明实施例一提供的第四种蓄热装置100的结构示意图。

图9为本发明实施例一提供的第五种蓄热装置100的结构示意图。

图10为本发明实施例二提供的一种蒸气发生器200的剖视图。

图11为本发明实施例三提供的一种制氢系统300的剖视图。

附图标记说明：

100-蓄热装置；10-蓄热体本体；11-第一端；12-第二端；13-热废气通道；14-气体传输通道；15-第一热废气容纳部；151-第一热废气容纳空间；152-第一热废气入口；16-第一废气容纳部；161-第一废气容纳空间；162-第一废气出口；200-蒸气发生器；14-蒸气传输管道；220-蒸气材料容纳部；221-蒸气材料容纳空间；222-蒸气材料入口；230-蒸气容纳部；231-蒸气容纳空间；232-蒸气出口；25-第二热废气容纳部；251-第二热废气容纳空间；252-第二热废气入口；26-第二废气容纳部；261-第二废气容纳空间；262-第二废气出口；300-制氢系统；310-氢气反应部；311-制氢空间；312-氢气输出口；313-蒸气输入口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

实施例一：

参见图1至图9，蓄热装置100例如包括蓄热体本体10。其中，蓄热体本体10沿其长度方向具有相对的第一端11与第二端12。具体的，蓄热体本体10设有多个热废气传输通道13和至少一个气体传输通道14；其中，热废气传输通道13与气体传输通道14贯穿蓄热体本体10的第一端11与第二端12；气体传输通道14间设于多个热废气传输通道13之间。

举例来说，所述热废气从第一端11进入，经过热废气传输通道13，最终从第二端12排出；待加热气体从第一端11进入，经过气体传输通道14，最终从第二端12排出；蓄热体本体10吸收并储存所述热废气的热量，并将热量传递给气体传输通道14内的所述待加热气体，进而实现对所述热废气的再利用，降低加热成本。

优选的，蓄热装置100可以由多个蓄热体本体10拼接而成。由于热废气带有一些粉尘或者颗粒物，所以蓄热体本体10需要定时更换，以免蓄热体本体10的热废气传输通道13产生堵塞，影响对气体传输通道14内气体的加热效率。使用多个蓄热体本体10拼接而成的蓄热装置100，就无需更换整个蓄热装置100。

举例来说，当蓄热装置100产生堵塞现象时，往往是在热废气输入端，即第一端11处产生堵塞。此时，只需更换靠近第一端11的蓄热体本体10，无需将整个蓄热装置100换掉，从而节约了更换蓄热装置100的成本。

进一步的，蓄热体本体10的拼接方式可以为上下拼接和/或扇形拼接；蓄热体本体10的形状可以为环形，也可以为柱状，此处不做限制。根据不同的应用场景，设计多种拼接方式和多种形状的蓄热装置，从而提高了蓄热装置的适用性与通用性。

实施例二：

参见图10，其为本发明实施例二提供的一种蒸气发生器200的剖视图。蒸气发生器200例如包括：如实施例一所述的蓄热体本体10、多个蒸气传输管道210、第一热废气容纳部15、蒸气材料容纳部220、第一废气容纳部16、以及蒸气容纳部230。

其中，第一热废气容纳部15设于蓄热体本体10的第一端11；第一热废气容纳部15具有第一热废气容纳空间151；第一热废气容纳部15开设有连通第一热废气容纳空间151的第一热废气入口152；第一热废气容纳空间151连通多个热废气传输通道13。在蓄热体本体10的第一端11处设置第一热废气容纳部15，能够在蒸气发生器200内形成一个缓冲区域，使得所述热废气同时且相对均匀地进入热废气传输通道13，进而使得所述蒸气材料的受热更加均匀。

进一步，蒸气材料容纳部220设于蓄热体本体10的第一端11；蒸气材料容纳部220具有蒸气材料容纳空间221；蒸气材料容纳部220开设有连通蒸气材料容纳空间221的蒸气材料入口222；蒸气材料容纳空间221连通多个蒸气传输管道210。所述蒸气材料从蒸气材料入口222通入蒸气材料容纳空间221内，与蓄热体本体10进行热交换变成蒸气进入蒸气传输管道210。

具体的，第一废气容纳部16设于蓄热体本体10的第二端12；第一废气容纳部16具有第一废气容纳空间161；第一废气容纳部16开设有连通第一废气容纳空间161的第一废气出口162；第一废气容纳空间161连通多个热废气传输通道13。所述热废气将热能量传递给蓄热体本体10后成为废气，所述废气从热废气传输通道13进入第一废气容纳部16的第一废气容纳空间161，并从第一废气容纳空间161开设的第一废气出口162排出。

其中，蒸气容纳部230设于蓄热体本体10的第二端12；蒸气容纳部230具有蒸气容纳空间231；蒸气容纳部230开设有连通蒸气容纳空间231的蒸气出口232。蒸气传输管道210内的所述蒸气进入蒸气容纳部230的蒸气容纳空间231，并从蒸气容纳空间231开设的蒸气出口232排出。

具体的，第一热废气容纳部15夹设在蒸气材料容纳部220和蓄热体本体10之间；多个蒸气传输管道210穿过第一热废气容纳部15。第一废气容纳部16夹设在蒸气容纳部230和蓄热体本体10之间；多个蒸气传输管道210穿过第一废气容纳部16。使得所述热废气在输入至输出的过程中，全程对多个蒸气传输管道210进行加热，降低了加热成本，提高了蒸气制备效率。

进一步的，蒸气发生器200还包括保温套筒和电加热器。其中，所述保温套筒套设于蓄热体本体10外部；所述电加热器设于蒸气容纳空间231内，并伸入蒸气传输管道210。所述保温套筒能够阻止蒸气发生器200内部与外界环境进行热传递，防止热量散失。在蒸气容纳空间231内设置所述电加热器，能够使得蒸气材料更加快速地蒸发成为蒸气。

实施例三：

参见图11，其为本发明实施例三提供的一种制氢系统300的剖视图。制氢系统300例如包括：如实施例一所述的蓄热体本体10、氢气反应部310、制氢催化剂、第二热废气容纳部25、以及第二废气容纳部26。

其中，第二热废气容纳部25设于蓄热体本体10的第一端11；具体的，第二热废气容纳部25具有第二热废气容纳空间251；第二热废气容纳部25开设有连通多个第二热废气入口252的第二热废气入口252。第二废气容纳部26设于蓄热体本体10的第二端12；第二废气容纳部26具有第二废气容纳空间261；第二废气容纳部26开设有连通多个第二废气容纳空间261的第二废气出口262。

热废气从第二热废气入口252进入第二热废气入口252，通过热废气传输通道13将热能量传递给蓄热体本体10后成为废气，所述废气从热废气传输通道13进入第二废气容纳部26的第二废气容纳空间261，并从第二废气容纳空间261开设的第二废气出口262排出。

进一步的，氢气反应部310设于气体传输通道14内；具体的，氢气反应部310内设有制氢空间311；氢气反应部310于靠近第一端11的位置开设有制氢空间311的氢气输出口312；氢气反应部310于靠近第二端12的位置开设有连通制氢空间311的蒸气输入口313。

进一步的，制氢空间311内设有制氢催化剂。蒸气从蒸气输入口313进入氢气反应部310的制氢空间311，在蓄热体本体10和制氢催化剂的共同作用下生成氢气，制备得到的氢气从氢气输出口312处排出。制氢催化剂能够提高制氢反应速率，促使制氢反应尽可能地朝正向进行，生成更多的氢气，进而提高氢气转化率。

优选的，制氢系统300还包括保温套筒和电加热器。其中，所述保温套筒套设于蓄热体本体10外部；所述电加热器设于制氢空间311内。所述保温套筒能够阻止制氢系统300内部与外界环境进行热传递，防止热量散失。所述电加热器能够对制氢空间311进行进一步的加热，实现制氢系统300加热的多样化，进一步提高了制氢效率。

具体的，氢气反应部310穿过第二热废气容纳部25，且在第二热废气容纳部25远离蓄热体本体10的一侧开设有氢气输出口312。氢气反应部310穿过第二废气容纳部26，且在第二废气容纳部26远离蓄热体本体10的一侧开设有蒸气输入口313。

进一步，制氢系统300包括上述任意一种蒸气发生器200，每个蒸气发生器200的蒸气出口232连通至蒸气输入口313。举例来说，从蒸气发生器200中制得的达到生产所需温度的蒸气依次经过蒸气传输管道210与蒸气容纳部230，最终从蒸气出口232输入制氢系统300内，所述蒸气在制氢系统300内，与制氢催化剂反应产生氢气，所述氢气经过氢气输出口312输出。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。