CN105314593B - 氢气发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢气发生装置，其包括密封接合的储液室和产氢室，所述储液室的内腔和产氢室的内腔之间经可变形膜和/或浮动式密封隔离件分隔，所述储液室的出液口与产氢室的入口连通，所述产氢室上还设有气体出口，并且在所述氢气发生装置工作时，产氢原料分布在所述弹性膜或所述浮动式密封隔离件上。本发明氢气发生装置使用可变形膜将储液室和产氢室分隔，利用可变形膜的形变或浮动式密封隔离件的移动，有效避免产氢室气压过高的问题，提高了氢气发生装置的安全性。而本发明中的产氢原料利用非活性材料进行分隔，而非活性材料可溶于反应液中，可以有效控制反应速率，避免过快反应造成的产氢室气压过高，进一步提高氢气发生装置的安全性。

Description

氢气发生装置

技术领域

本发明涉及一种氢气发生装置，属于机械领域。

背景技术

氢气可以作为洁净能源，例如氢气可以在燃料电池中可控的与氧气反应，产生电能和水，燃料电池能量转换率高达到60-80％，大大高于现在最好的内燃机，氢气作为一种新型能源受到很大关注。但氢气临界温度低，很难液化，而且液化氢气的密度也很低，所以氢气难以储存和运输，需要用各种储氢材料储存它。

常用的储氢方法有金属储氢和化合物储氢，其储氢能力强。例如氢化鎂可以储存7.8％质量的氢气，并且释放后能够重新吸收氢气，可重复使用。然而金属储氢放氢很困难，需要几百度温度，造成实际使用很难。另外也有用吸附材料储氢，例如碳纳米材料，但他们需要的吸附温度低。

因此提供一种安全、便捷的氢气发生装置成为充分利用氢气这一清洁能源的关键。另外，现有的氢气发生装置中，氢气产生后通常是直接向特定容器或反应器内输送，其动能也未得到有效利用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种氢气发生装置。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

氢气发生装置，包括密封接合的储液室和产氢室，所述储液室的内腔和产氢室的内腔之间经可变形膜和/或浮动式密封隔离件分隔，所述储液室的出液口与产氢室的入口连通，所述产氢室上还设有气体出口，并且在所述氢气发生装置工作时，产氢原料分布在所述可变形膜或所述浮动式密封隔离件上。

在一些实施方案之中，所述可变形膜和浮动式密封隔离件一体设置。

在一些较为具体的实施方案之中，所述浮动式密封隔离件可具有活塞式结构。

在一些较为具体的实施方案之中，所述可变形膜包括弹性膜，所述弹性膜包括有机弹性膜或无机弹性膜，所述有机弹性膜包括橡皮膜，所述无机弹性膜包括金属膜。

在一些实施方案之中，所述金属膜具有锯齿形截面结构。

在一些实施方案之中，所述产氢室的氢气出口处还设有气动叶轮。

在一些实施方案之中，还包括物料输送装置，所述物料输送装置包括物料输送管，所述物料输送管一端与所述氢气发生装置的产氢室的物料入口密封连接，同时，所述物料输送管内还设有可于第一位置和第二位置之间移动的活塞，所述活塞与所述物料输送管之间还设有弹性元件，其中当活塞分别位于第一位置和第二位置处时，所述弹性元件分别呈未压缩状态和压缩状态，并且所述物料输送管上于该第一位置和第二位置之间或临近第一位置处分布有物料入口，所述物料入口上密封连接有可供产氢物料或产氢物料链通过的供料管。

在一些较为具体的实施方案之中，所述可断裂件包括连接于相邻颗粒状产氢物之间的柔性或硬质连接线。

在一些较为具体的实施方案之中，所述物料输送管另一端为封闭端，所述弹性元件为分布于所述活塞和所述物料输送管另一端之间的可压缩气体；或者，所述物料输送管另一端为封闭端，所述弹性元件为分布于所述活塞和所述物料输送管另一端之间的弹簧。

在一些较为具体的实施方案之中，所述物料输送管为水平设置，其上部分布有物料入口，所述物料输送管的物料入口与供料管一端密封连接，所述供料管另一端为供料部。

在一些实施方案之中，所述产氢原料包括由能与反应液反应生产氢气的活性物质组成的第一结构层、由可崩解或溶于反应液但不与反应液反应的惰性物质组成的第二结构层和由所述活性物质组成的第三结构层，所述第一结构层包覆于第二结构层上，所述第二结构层包覆于第三结构层上。

在一些实施方案之中，所述储液室的出液口经输液机构与产氢室的入口连通，所述输液机构包括泵。

在一些实施方案之中，所述储液室和产氢室通过快速锁紧装置固定连接。

在一些较为优选的实施方案之中，所述储液室和产氢室的接触面为斜面。

在一些较为具体的实施方案之中，所述快速锁紧装置包括卡槽、卡块、固定块和转板，转板的一端与固定块转动连接，另一端可固定在卡槽上，所述转板还与一可固定在卡块上的卡环铰接。

在一些实施方案之中，所述卡槽和固定块设置在储液室上，卡块设置在产氢室上；或者，所述卡槽和固定块设置在储液室上，卡块设置在产氢室上。

在一些实施方案之中，所述产氢室内还设有机械搅动机构。

在一些实施方案之中，所述产氢室的气体出口经单向阀与外界连通。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1.本发明的氢气发生装置使用可变形膜将储液室和产氢室分隔，利用可变形膜的形变或浮动式密封隔离件的移动，可以有效避免产氢室气压过高的问题，提高了氢气发生装置的安全性。

2.本发明氢气发生装置中的产氢原料利用惰性物质将能与反应液反应生产氢气的活性物质分隔开，且所述惰性物质可崩解或溶于反应液但不与反应液反应，可以有效控制反应速率，避免过快反应造成的产氢室气压过高，提高了氢气发生装置的安全性。

3.本发明的氢气发生装置中无需附加泵等动力机构，可利用产氢室内生成的氢气压力驱使反应液注入产氢室，而在产氢室压力超过安全值后，还可使反应液自动停止向产氢室输送，从而使反应自动停止，进一步提高了氢气发生装置的安全性。

4.本发明的氢气发生装置在产生氢气时，产氢室内压力不断变化，使得可变形膜发生形变或者使浮动式密封隔离件不断移动，从而搅动产氢原料，使产氢原料反应更彻底，大大提高了利用率。

5.本发明的氢气发生装置中，通过在产氢室的氢气出口处设置气动叶轮，可将氢气气流的动能转换为电能或其它形式的机械能而进一步利用。

6.本发明的氢气发生装置中，产氢室中的压力达到一定程度时，活塞处于压缩状态，打开氢气出口，产氢室中的压力降低，活塞将物料输送管内的产氢原料推入产氢室中，实现反应的可控进行和自动投料。

附图说明

图1是本发明实施例1中一种氢气发生装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2中一种氢气发生装置的结构示意图；

图3是本发明实施例3中一种氢气发生装置的结构示意图；

图4是本发明一种氢气发生装置中可变形膜与产氢原料的结构示意图；

图5是本发明一种氢气发生装置中产氢原料挤压破碎后的结构示意图；

图6是本发明一种氢气发生装置中产氢原料的一典型结构示意图；

图7是本发明一种氢气发生装置中产氢原料的又一典型结构示意图；

附图标记说明：1—储液室，2—产氢室，3—可变形膜，4—浮动式密封隔离件，5—气动叶轮，6—动能输出装置，7—气体出口，8—第一结构层，9—第二结构层，10—第三结构层，11—物料输送管，12—活塞，13—供料管。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将结合附图及若干实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

实施例1：请参阅图1，该氢气发生装置包括密封接合的储液室1和产氢室2，所述储液室1的内腔和产氢室2的内腔之间经可变形膜3和/或浮动式密封隔离件4分隔，所述储液室1的出液口与产氢室2的入口连通，所述产氢室2上还设有气体出口7，并且在所述氢气发生装置工作时，产氢原料分布在所述可变形膜3或所述浮动式密封隔离件4上。所述可变形膜3和浮动式密封隔离件4一体设置。所述浮动式密封隔离件4可具有活塞式结构。所述可变形膜3包括弹性膜，所述弹性膜包括有机弹性膜或无机弹性膜，所述有机弹性膜包括橡皮膜，所述无机弹性膜包括金属膜。所述金属膜具有锯齿形截面结构。

该氢气发生装置在工作时，当采用弹性膜时，因产氢室内气压变化，导致弹性膜上下波动，进而搅动产氢原料，使反应更为充分，提高产氢原料利用率。

优选的，当采用前述具有锯齿形截面结构的金属膜时，因产氢室内气压、温度的变化，使得金属膜发生形变，一方面使产氢原料被搅动，另一方面，在此过程中利用锯齿形结构挤压沉积在金属膜上的产氢原料，使产氢原料破碎，从而更为有利于反应的进行，提高产氢原料利用率。

所述产氢原料包括由能与反应液反应生产氢气的活性物质(例如NaBH₄等，但不限于此)组成的第一结构层8、由可崩解或溶于反应液但不与反应液反应的惰性物质(例如常用崩解剂等)组成的第二结构层9和由所述活性物质组成的第三结构层10，所述第一结构层8包覆于第二结构层9上，所述第二结构层9包覆于第三结构层10上。在该氢气发生装置工作时，产氢原料中的上层活性物质完全反应后，惰性物质溶解或崩解，下层活性物质才继续反应，如此不仅可以控制反应速度，还可使反应更完全，避免原料的浪费。

所述储液室1和产氢室2优选通过快速锁紧装置固定连接。这些快速锁紧机构可以采用业界悉知的合适类型。例如，一种适用的所述快速锁紧装置可以包括卡槽、卡块、固定块和转板，转板的一端与固定块转动连接，另一端可固定在卡槽上，所述转板还与一可固定在卡块上的卡环铰接。所述卡槽和固定块设置在储液室1上，卡块设置在产氢室2上；或者，所述卡槽和固定块设置在储液室1上，卡块设置在产氢室2上。所述产氢室2内还设有机械搅动机构。所述产氢室2的气体出口7经单向阀与外界连通。当氢气压力达到一定数值时，其导致储液室1气压增大，并驱使反应液自动注入产氢室2，从而使产氢反应自动延续进行。当氢气压力超过安全值后，产氢室2上的单向阀自动打开，使反应液输送量降低或停止输送反应液。

实施例2：请参阅图2，该氢气发生装置包括密封接合的储液室1和产氢室2，所述储液室1的内腔和产氢室2的内腔之间经可变形膜3和/或浮动式密封隔离件4分隔，所述储液室1的出液口与产氢室2的入口连通，所述产氢室2上还设有气体出口7，并且在所述氢气发生装置工作时，产氢原料分布在所述可变形膜3或所述浮动式密封隔离件4上。所述可变形膜3和浮动式密封隔离件4一体设置。所述浮动式密封隔离件4可具有活塞式结构。所述可变形膜3包括弹性膜，所述弹性膜包括有机弹性膜或无机弹性膜，所述有机弹性膜包括橡皮膜，所述无机弹性膜包括金属膜。所述金属膜具有锯齿形截面结构。

在一些实施方案之中，所述氢气发生装置还包括物料输送装置，所述物料输送装置包括物料输送管11，所述物料输送管11一端与所述氢气发生装置的产氢室2的物料入口密封连接，同时，所述物料输送管11内还设有可于第一位置和第二位置之间移动的活塞12，所述活塞12与所述物料输送管11之间还设有弹性元件，其中当活塞12分别位于第一位置和第二位置处时，所述弹性元件分别呈未压缩状态和压缩状态，并且所述物料输送管11上于该第一位置和第二位置之间或临近第一位置处分布有物料入口，所述物料入口上密封连接有可供产氢物料或产氢物料链通过的供料管13。所述可断裂件包括连接于相邻颗粒状产氢物之间的柔性或硬质连接线。所述物料输送管11另一端为封闭端，所述弹性元件为分布于所述活塞12和所述物料输送管11另一端之间的可压缩气体；或者，所述物料输送管11另一端为封闭端，所述弹性元件为分布于所述活塞12和所述物料输送管11另一端之间的弹簧。所述物料输送管11为水平设置，其上部分布有物料入口，所述物料输送管11的物料入口与供料管13一端密封连接，所述供料管13另一端为供料部。藉此物料输送装置，在产氢室中的压力达到一定程度时，活塞处于压缩状态，打开氢气出口，随着氢气消耗，产氢室中的压力降低，活塞将物料输送管内的物料(产氢原料)推入产氢室中，实现反应的可控进行并，大大提高了物料的利用率，同时还可实现自动投料，大大节省了人力，提高了工作效率。

其中，所述产氢原料包括由能与反应液反应生产氢气的活性物质组成的第一结构层8、由可崩解或溶于反应液但不与反应液反应的惰性物质组成的第二结构层9和由所述活性物质组成的第三结构层10，所述第一结构层8包覆于第二结构层9上，所述第二结构层9包覆于第三结构层10上。所述储液室1的出液口可经输液机构与产氢室2的入口连通，所述输液机构包括泵。所述产氢室2内还设有机械搅动机构。所述产氢室2的气体出口7经单向阀与外界连通。当产氢室2中的压力达到一定程度时，活塞12处于压缩状态，打开氢气出口，产氢室2中的压力降低，活塞12将物料输送管11内的物料推入产氢室2中，实现反应的可控进行。

实施例3：请参阅图3，该氢气发生装置包括密封接合的储液室1和产氢室2，所述储液室1的内腔和产氢室2的内腔之间经可变形膜3和/或浮动式密封隔离件4分隔，所述储液室1的出液口与产氢室2的入口连通，所述产氢室2上还设有气体出口7，并且在所述氢气发生装置工作时，产氢原料分布在所述可变形膜3或所述浮动式密封隔离件4上。所述可变形膜3和浮动式密封隔离件4一体设置。所述浮动式密封隔离件4可具有活塞式结构。所述可变形膜3包括弹性膜，所述弹性膜包括有机弹性膜或无机弹性膜，所述有机弹性膜包括橡皮膜，所述无机弹性膜包括金属膜。优选的，所述金属膜具有锯齿形截面结构。所述产氢室2的氢气出口处还设有气动叶轮5。所述产氢室2内还设有机械搅动机构。所述产氢室2的气体出口经单向阀与外界连通。该氢气发生装置在产氢室的氢气出口处设置气动叶轮7，通过动能输出装置6可将氢气气流的动能转换为电能或其它形式的机械能而进一步利用。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢气发生装置，其特征在于包括密封接合的储液室和产氢室以及物料输送装置，所述储液室的内腔和产氢室的内腔之间经可变形膜和/或浮动式密封隔离件分隔，所述储液室的出液口与产氢室的入口连通，所述产氢室上还设有气体出口，并且在所述氢气发生装置工作时，产氢原料分布在所述可变形膜或所述浮动式密封隔离件上，所述物料输送装置包括物料输送管，所述物料输送管一端与所述氢气发生装置的产氢室的物料入口密封连接，同时，所述物料输送管内还设有可于第一位置和第二位置之间移动的活塞，所述活塞与所述物料输送管之间还设有弹性元件，其中当活塞分别位于第一位置、第二位置处时，所述弹性元件分别呈未压缩状态、压缩状态，并且所述物料输送管上于该第一位置和第二位置之间或临近第一位置处分布有物料入口，所述物料输送管上的物料入口上密封连接有可供产氢物料或产氢物料链通过的供料管。

2.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于：所述可变形膜和浮动式密封隔离件一体设置。

3.根据权利要求1或2所述的氢气发生装置，其特征在于：所述可变形膜包括弹性膜，所述弹性膜包括有机弹性膜或无机弹性膜，所述有机弹性膜包括橡皮膜，所述无机弹性膜包括金属膜。

4.根据权利要求3所述的氢气发生装置，其特征在于：所述金属膜具有锯齿形截面结构。

5.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于：所述产氢室的氢气出口处还设有气动叶轮。

6.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于：所述物料输送管另一端为封闭端，所述弹性元件为分布于所述活塞和所述物料输送管另一端之间的可压缩气体；或者，所述物料输送管另一端为封闭端，所述弹性元件为分布于所述活塞和所述物料输送管另一端之间的弹簧。

7.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于所述物料输送管为水平设置，其上部分布有物料入口，所述物料输送管的物料入口与供料管一端密封连接，所述供料管另一端为供料部。

8.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其特征在于：所述产氢原料包括由能与反应液反应生产氢气的活性物质组成的第一结构层、由可崩解或溶于反应液但不与反应液反应的惰性物质组成的第二结构层和由所述活性物质组成的第三结构层，所述第一结构层包覆于第二结构层上，所述第二结构层包覆于第三结构层上。