CN103787275A - 氢气产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氢气产生装置。本发明的目的为提供具有简单构造且容易控制氢气产生量的氢气产生装置。其为使铝与碱性水溶液反应产生氢气的氢气产生装置，其特征在于，所述氢气产生装置具备用于投入铝产生氢气的反应容器部和用于预先贮留所述碱性水溶液的贮留容器部，能够通过连通部连通所述反应容器部的底部侧与贮留容器部的底部侧，如果反应容器内的氢气压力升高，则反应液流回贮留容器部侧。

Description

氢气产生装置
技术领域
本发明涉及用于使铝和碱性水溶液反应得到氢气的装置。
背景技术
作为产生氢气的方法，使铝接触氢氧化钠的水溶液等的碱性水溶液的方法在原理上是公知的。
本申请人利用该原理，提出了使用干馏处理铝类包装材料而回收的箔状铝的氢气产生装置（专利文献1）。
本发明进一步改善、稳定上述发明，提出能够得到氢气的氢气产生装置。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2009-107895号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
本发明的目的为提供具有简单构造且容易控制氢气产生量的氢气产生装置。
[解决问题的方法]
本发明涉及的氢气产生装置为使铝与碱性水溶液反应产生氢气的氢气产生装置，其特征在于，所述氢气产生装置具备用于投入铝产生氢气的反应容器部和用于预先贮留所述碱性水溶液的贮留容器部，能够通过连通部连通所述反应容器部的底部侧与贮留容器部的底部侧，如果反应容器内的氢气压力升高，则反应液流回贮留容器部侧。这里的反应容器部与贮留容器部可以分别是单独的容器，也可以将一体的容器分隔开而形成反应容器部与贮留容器部。
所谓的“能够通过连通部连通反应容器部的底部侧与贮留容器部的底部侧”是指以如下方式连通：在反应开始时，用阀门等阻断连通部，贮留容器部比反应容器部的液面高，打开阀门等后，利用在贮留容器部所贮留的碱性水溶液的水压，该碱性水溶液流入反应容器部侧与铝反应，氢气量增多，容器内的氢气压力升高后，利用该氢气压力，在反应容器部积存的反应中的碱性水溶液被压回贮留容器部侧，由此抑制氢气的产生量。
因此，连通部也可以在靠近容器底部的侧面上连通，不必一定从底面连通。
此外，在底部侧连通反应容器部与贮留容器部时，也可以从反应容器部的上部侧取出氢气，使得贮留容器部的上侧空间部与大气连通。
而且，当使贮留容器部的上侧空间部与大气成密闭状态时，如果将该贮留容器的上侧空间部与反应容器部的上侧空间部连通，则能够在谋求反应容器部的上侧空间部的氢气压力与贮留容器部的上侧空间部的空气压力的平衡的同时产生氢气。
这时，在反应容器部或/和贮留容器部具有安全阀，也可以控制反应氢气压力不使其升高到所规定的以上。
本发明中，使得反应容器部与贮留容器部的连通部具有过滤器装置，则能够防止反应液从反应容器部逆流回贮留容器部侧时，反应中的铝混入贮留容器部侧。
在本发明涉及的装置中，如果在反应容器部或贮留容器部设置压力计的同时将阀门类设为电磁阀门，则能够自动控制，在自动补给减少的水的同时连续运转。
此外，也可以在氢气产生装置以外的气体产生装置中应用。
本发明中，在产生氢气的原料中使用的铝的形态没有限制，作为例子可以举出能够投入反应容器部大小的块状、粒状、片状等。
在产生氢气的原材料中使用的铝中，使用铝箔等薄的铝时，铝箔会与氢气气体一起上浮，存在反应性下降的可能。
因此，在这样的铝原材料的情况下，可以在反应容器部内设置多孔板等铝上浮防止单元。
本发明中使用的碱性液体只要是pH13以上的碱性液体即可，并不限于氢氧化钠、氢氧化钾等化学物质。
另外，氢氧化钠、氢氧化钾等的单独碱金属的水溶液，存在与铝的反应起始速度慢，随着反应时间的流逝氢气产生量变少的情况。
因此，如果单独或组合使用Fe2(SO4)3、FeCl3、Fe(NH4)(SO4)2、(NH4)2F2(SO4)2、MgCl2、Ag3SO4、Co(NO3)2、K2CO3、CuSO4、ZnSO4、NaF、Na2SO4、Na3PO4、NaClO4作为氢气产生催化剂，则提高氢气产生的响应性，一旦铝与反应液接触则立刻开始产生氢气，并且与铝的反应率高。
[发明效果]
本发明涉及的氢气产生装置，由于氢气产生的压力反应液的液面上下移动，因此与铝的反应液量随之变化，所以产生的氢气压力稳定。
而且，也在停止反应时利用氢气压力使反应液流回贮留容器部侧，由此可以容易地停止。
附图说明
[图1]显示本发明涉及的氢气产生装置的构造的例子。
[图2]显示氢气产生中的液面变化的说明图。
[图3]显示利用容器内的空间的空气压力的控制氢气产生的例子。
[图4]显示在反应容器的外周侧配置贮留容器部的例子。
[图5]显示在铝箔上设置上浮防止单元的例子。
[图6]显示设置反应液的自主搅拌装置的例子。
[图7]显示连通部的过滤器的构造的例子。
符号说明
10    氢气产生装置
11    反应容器部
12    贮留容器部
13    连通部
14    过滤器
15    连通过滤器
16    加热器
17    沉淀部
18    流量计
19a    第1加料斗
19b    第2加料斗
20     反应液
20a    反应液的液面
30     多孔板
41     搅拌棒
42     叶轮
50     水罐
M      铝
具体实施方式
虽然基于附图说明本发明涉及的氢气产生装置的构造的例子，但是本发明并不限于此。
氢气产生装置10为，如图1所示，由密闭容器构成的反应容器部11与用于预先贮留碱性液体的贮留容器部12，在其各个底部或底部附近利用布管连接的连通部13连接起来。
图1所示的例子为，为了当打开在连通部13的中部设置的阀门V1时，贮留容器部12内的碱性水溶液由于自身重力压容易流入反应容器部11内，将贮留容器部12的高度设定在比反应容器部11高的位置。
此外，在连通布管的中部设置有连通过滤器15。
在反应容器部11的上方，将投入铝的加料斗分两段设置为第1加料斗19a和第2加料斗19b，同时分别设置阀门V5、V6，由此，交替开关阀门V5、V6，使得即使是反应中也可以投入铝。
在反应容器部11的下部，经由过滤器14设置沉淀部17和加热器16。
沉淀部17为沉淀回收铝反应生成的氢氧化铝等的地方，在其下部设置有回收用阀门V7。
此外，加热器16在反应初期反应液的温度低的情况下使用。
由于在反应容器部11中碱性水溶液（反应液）20与铝M反应产生氢气，因此经由流量计18和阀门V8设置有氢气取出口。
此外，由于氢气的产生使得水减少，因此经由阀门V9设置有用于补给水的水罐50。
反应容器部11的上部和贮留容器部12的上部经由阀门V3而连通布管。
在贮留容器部12的上部设置有用于通大气的阀门V2。
此外，在反应容器部11和贮留容器部12的上部，根据需要分别设置有压力计P1、P2和安全阀R1、R2。
下面，基于图2说明控制氢气产生的方法。
图2(a)为以下状态：在贮留容器部12中贮存有碱性水溶液21，成为关闭通大气用阀门V2和连通用阀门V1的状态，向反应容器部11中投入铝M的状态。
从该状态打开阀门V1、V2，则利用液压，碱性水溶液21流入反应容器部11，成为反应液20。
如图2(b)所示，反应液的液面20a在铝的上侧。
由此，通过与铝的反应产生氢气。
如果与氢气的取出比，氢气的产生量更大，则如图2(c)所示，氢气压力上升，由于该压力，液面20a下降。
由此，自动抑制氢气的产生量。
此外，如果关闭氢气的取出口的阀门V8，则能够利用氢气压力回到图2(a)的状态。
本发明，只要是能够使反应中使用的碱性水溶液的量变化，如图3所示，反应容器部11的底面高度与贮留容器部底面的高度可以没有差。
从图3(a)的状态，如果打开阀门V1、V2，则由于水压差成为图3(b)的状态，产生氢气。
该状态下，关闭通大气用阀门V2，打开上部侧的连通阀门V3。
由此，如图3(c)所示，不但保持贮留容器部12的空间部的空气压力Pa与氢气压力Pa的平衡，而且能够产生氢气。
图4为在反应容器部11的外周侧设置一体的贮留容器部12的例子，也可以使配置的内外颠倒。
而且，成为在贮留容器的外周部形成有散热片12a的例子。
图5为，在铝箔那样薄的情况下，设置防止与氢气气体一起上浮的多孔板30的例子，图5(a)为1片多孔板30的例子，图5(b)为分两段设置2片多孔板30a、30b，在其下侧分为两段投入铝M的例子。
如果如此设置两段，则上段的铝被在下段产生的氢气搅拌。
图6为，在反应容器部的内侧连接上部的叶轮42和下部的搅拌棒41，使其轴支撑的例子。
产生的氢气上升冲撞叶轮42，搅拌棒41凭借该力旋转，由此搅拌铝。
图7显示连通过滤器15的内部构造的例子，成为按照过滤器网眼的大小顺序分三段设置3个过滤器15a、15b、15c的例子。
由此，当反应液20流回贮留容器部12侧时，可以防止混入铝，同时由于形成网眼大小不同的三段构造，因此能够防止过滤器堵塞。
使用图1所示的氢气产生装置10进行氢气产生实验。
在8升浓度2.5%的氢氧化钠水溶液中添加0.01摩尔Fe2(SO4)3、0.01摩尔Na3PO4作为催化剂，向由此得到的反应液中投入通过干馏从铝类包装材料回收的铝25g后，几乎与投入同时开始产生氢气，得到约28.7升氢气。
这是与理论值29升接近的值。
另一方面，为了比较，单独使用2.5%氢氧化钠作为反应液时，从投入铝开始至开始产生氢气需要数分钟，氢气产生量为约20升。

Claims (5)

1.一种氢气产生装置，其为使铝与碱性水溶液反应产生氢气的氢气产生装置，其特征在于，所述氢气产生装置具备用于投入铝产生氢气的反应容器部和用于预先贮留所述碱性水溶液的贮留容器部，能够通过连通部连通所述反应容器部的底部侧与贮留容器部的底部侧，如果反应容器内的氢气压力升高，则反应液流回贮留容器部侧。
2.一种氢气产生装置，其特征在于，在所述反应容器部或/和贮留容器部具有安全阀，控制反应氢气压力不使其升高到所规定的以上。
3.根据权利要求1或2所述的氢气产生装置，其特征在于，在所述反应容器部与贮留容器部的连通部具有过滤器装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的氢气产生装置，其特征在于，所述铝为箔状的铝，在反应容器部具有铝箔上浮防止单元。
5.根据权利要求1-4任一项所述的氢气产生装置，其特征在于，在所述铝与碱性水溶液的反应中使用催化剂。
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