CN107188119A

CN107188119A - 利用催化剂和废热的氢生成装置

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Publication number: CN107188119A
Application number: CN201710094646.4A
Authority: CN
Inventors: 金珉珪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2017-09-22
Also published as: KR101630374B1; WO2017159984A1

Abstract

利用催化剂和废热的氢生成装置包括：外部壳，其竖直设置，并具有内部空间；加热单元，安装于外部壳的内部空间下侧；气体燃烧器，使氢燃烧并向上侧发热，安装于加热单元上侧；第一蒸发室，安装于气体燃烧器上侧，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；第一解离室，在内部配备氢生成用催化剂，从第一蒸发室接受传递的蒸汽流入内部时与氢生成用催化剂接触，从而解离成氢气和氧气；气体供应管，将第一解离室生成的氢气和氧气传递给气体燃烧器；第二蒸发室，安装于第一解离室上侧，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；第二解离室，在内部配备氢生成用催化剂，在第二蒸发室产生的蒸汽流入内部时，与氢生成用催化剂接触，从而解离成氢气和氧气。

Description

利用催化剂和废热的氢生成装置

技术领域

本发明涉及利用催化剂和废热使水解离而能够生成氢的氢生成装置，更详细而言，涉及一种水蒸汽接触催化剂而能够使水的解离效果最大化的氢生成装置。

背景技术

氢无色、无味、无臭，气体中最轻，扩散性、还原性强，是可燃性、非腐蚀性的气体。在元素周期率表中，原子序号为1号，以气体状态的分子存在，扩散速度比空气快约14倍。因此，扩散性、还原性卓越，使有机化合物的不饱和结合部分饱和，利用该特性，在电子、化学、金属、玻璃、食品、油脂等广泛的领域使用。另外，用作燃料电池的燃料，在常温下与铂、钯等催化剂反应，用作热源，催化反应时，具有比燃烧生成更高热量的特征。

另外，氢作为最适合未来能源系统的能量源，是最丰富的化学元素，在1kg海水中，含有0.108g的氢，是能够与电能一同保持现在的系统的能量介质，可用作无限的资源，因而作为未来清洁能源，能够解决能源问题及环境污染问题，作为替代能源而倍受瞩目，特别是氢在用作燃料的情况下，燃烧时除产生极少量的氮氧化物(NOx)外，不生成公害物质，作为直接燃烧的燃料或燃料电池及非燃烧催化剂等的燃料，具有使用简便的优点。

由于这种氢的利用度，对制造氢进行了大量研究，最近，正在利用的是借助于氢重整器(Hydrogen reformer)而使甲醇、城市煤气及沼气(Bio-gas)等生成氢。但是，这种方法存在氢重整器的开发及价格高昂的缺点。此外，还有使天然气形成等离子体状态而无需释放二氧化碳(CO₂)地制造氢和高级碳生成物的方法、在低温下借助于由吸热和发热反应构成的化学循环而生产氢的热化学氢生产方法，但这种装置存在构成非常复杂的缺点。

为了解决这种问题，提出了向硼氢化钠(NaBH₄)、氢化锂(LiH)、氢化镁(MgH₂)等氢化化合物中供应水而能够生成氢的方法，及把水向容纳了包括铝粉末(Al)、氧化钙粉末粉末(CaO)及氢氧化钠(NaOH)粉末的氢生成用催化剂的反应容器内喷雾而生成氢的方法。

另一方面，据迄今科学上已知的内容，水分子在1200℃的热下只不过解离0.000745％，在1500℃的热下解离0.0197％，在2000℃的热下解离0.504％，在3000℃的热下解离11.1％。因此，在诸如原子反应堆的超高温的热下，使水分子解离成氢分子和氢分子而获得氢的高热分解方法可以说是不经济的。

【现有技术文献】

【专利文献】

(专利文献0001)KR 10-0803074 B1

发明内容

所要解决的技术问题

本发明正是为了解决如上所述的问题而研发的，目的在于提供一种氢生成装置,能够使水解离成氧气分子和氢气分子的效率最大化，能够显著节省水解离成氧气分子和氢气分子所需的费用。

解决技术问题的方案

旨在达成如上所述目的的本发明的氢生成装置包括：

外部壳，其具有竖直设置的内部空间；

加热单元，其使废燃料燃烧并向上侧发热，或从外部接受传递废热并向上侧提供，安装于所述外部壳的内部空间下侧；

气体燃烧器，其使氢燃烧并向上侧发热，安装于所述外部壳的内部空间中所述加热单元的上侧；

第一蒸发室，其安装于所述外部壳的内部空间中所述气体燃烧器的上侧，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；

第一解离室，其在内部配备氢生成用催化剂，从所述第一蒸发室接受传递的蒸汽流入内部时，与所述氢生成用催化剂接触，从而解离成氢气和氧气；

气体供应管，其把在所述第一解离室生成的氢气和氧气传递给所述气体燃烧器；

第二蒸发室，其安装于所述外部壳的内部空间中所述第一解离室的上侧，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；

第二解离室，其在内部配备氢生成用催化剂，在所述第二蒸发室产生的蒸汽流入内部时，与所述氢生成用催化剂接触，从而解离成氢气和氧气。

还包括：内置有所述第一蒸发室和第一解离室的第一内部壳以及内置有所述第二蒸发室和第二解离室的第二内部壳。

还包括：气体存储罐，其用于对在所述第二解离室生成的氢气和氧气进行捕集并存储。

在所述外部壳的上侧配备有开口部，

还包括气体喷射单元，其捕集在所述第二解离室生成的氢气和氧气，通过所述开口部而吐出到所述外部壳外侧。

所述加热单元具备多个吐出废燃料燃烧火焰的燃料喷嘴，该燃料喷嘴形成为沿竖直方向设置的棒状，

所述气体燃烧器在上面具备多个吐出氢气和氧气燃烧火焰的气体喷嘴，

在所述气体燃烧器中，形成有供所述燃料喷嘴的末端贯通的多个贯通孔，所述气体燃烧器在所述加热单元上以层叠结构结合。

有益效果

如果利用本发明的氢生成装置，能够使水解离成氧气分子和氢气分子的效率实现最大化，能够大量生产氢，能够显著节省使水解气成氧气分子和氢气分子所需的费用，具有经济性优异的优点。

附图说明

图1是本发明的氢生成装置的概略图。

图2至图4是图示加热单元和气体燃烧器的另一实施例的立体图、分解立体图及剖面图。

图5是本发明的氢生成装置第二实施例的概略图。

附图标记:

10：氢生成用催化剂 100：外部壳

110：开口部 120：轮子

200：加热单元 202：燃料罐

210：燃料喷嘴 300：气体燃烧器

310：气体喷嘴 320：贯通孔

400：第一内部壳 410：第一蒸发室

412：第一给水管 420：第一解离室

422：气体供应管 500：第二内部壳

510：第二蒸发室 512：第二给水管

520：第二解离室 522：气体捕集管

600：气体存储罐 700：气体喷射单元

具体实施方式

下面参照附图，详细说明本发明的氢生成装置的实施例。

图1是本发明的氢生成装置的概略图。

本发明的氢生成装置作为用于使得水分接触氢生成用催化剂10而使所述水分解离成氢气和氧气的装置，其构成上最大的特征在于，把进行解离的空间的温度保持在基准值以上，把高温的蒸汽提供给氢生成用催化剂10，以便水更容易解离成氢气和氧气。

即，本发明的氢生成装置包括：外部壳100，其具有竖直设置的内部空间；加热单元200，其安装于所述外部壳100的内部空间下侧；气体燃烧器300，其使氢燃烧并向上侧发热，安装于所述外部壳100的内部空间中所述加热单元200的上侧；第一蒸发室410，其安装于所述外部壳100的内部空间中所述气体燃烧器300的上侧，供从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；第一解离室420，其在内部配备氢生成用催化剂10，从所述第一蒸发室410接受传递的蒸汽流入内部时，与所述氢生成用催化剂10接触，从而解离成氢气和氧气；气体供应管422，其把在所述第一解离室420生成的氢气和氧气传递给所述气体燃烧器300；第二蒸发室510，其安装于所述外部壳100的内部空间中所述第一解离室420的上侧，供从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；第二解离室520，其在内部配备氢生成用催化剂10，在所述第二蒸发室510产生的蒸汽流入内部时，与所述氢生成用催化剂10接触，从而解离成氢气和氧气。

所述加热单元200既可以构成得使燃料罐202中存储的诸如煤油的普通燃料燃烧而加热第一蒸发室410，也可以为了节省维护费用，使废燃料燃烧而加热第一蒸发室410。另外，也可以并非自身具有燃烧功能，而是从外部接受传递废热并向上侧提供，从而加热第一蒸发室410。即，所述加热单元200只要能够把流入第一蒸发室410的水加热到沸点以上，则可以以任何结构构成。

另一方面，所述氢生成用催化剂10作为用于在水分接触时使所述水分解离氢气和氧气的构成要素，既可以包括铝粉(Al)或氧化钙粉(CaO)、氢氧化钠(NaOH)粉末等构成，也可以包括诸如沸石等的硅-铝类复合氧化物构成。此时，利用包含如上所述成分的氢生成用催化剂10而使水解离为氢气和氧气的方法已经提出过多样的方式，因而省略对水借助于氢生成用催化剂10而解离为氢气和氧气的过程的详细说明。当然，就本发明中包括的氢生成用催化剂10而言，如果在水分接触时能够使之解离成氢气和氧气，则可以在所述言及的成分之外，以多样的成分制作。

另外，所述外部壳100为了防止过热导致的爆炸，在上部形成有开口部110，为了移动便利性，可以在下面安装有轮子120。

当要利用如上所述构成的本发明的氢生成装置来生成氢时，开放第一给水管412和第二给水管512，向第一蒸发室410和第二蒸发室510内供应既定量的水后，利用加热单元200加热所述第一蒸发室410，使所述第一蒸发室410内存储的水变成蒸汽。在所述第一蒸发室410产生的高温的蒸汽流入第一解离室420，与在所述第一解离室420内填充的氢生成用催化剂10接触，从而解离成氢气和氧气(以下简称为“混合气体”)。在第一解离室420中生成的混合气体通过气体供应管422提供给气体燃烧器300，所述气体燃烧器300使提供的混合气体燃烧，把第一蒸发室410及第二蒸发室510加热成高温。

被气体燃烧器300加热的第一蒸发室410产生更多量的蒸汽，因此，在所述第一解离室420中，生成更多量的混合气体，所述气体燃烧器300发生更高的燃烧热。如果气体燃烧器300如此发生大量的燃烧热，则位于第一解离室上部的第二蒸发室510也被加热，内部盛装的水变成蒸汽，与第二解离室520内存储的氢生成用催化剂10接触，因此，在所述第二解离室520中生成氢气和氧气。所述第二解离室520中生成的混合气体被气体捕集管522捕集并存储于气体存储罐600。

正如以上言及的，本发明的氢生成装置使从外部提供的水变成蒸汽，接触氢生成用催化剂10，从而能够提高解离率，因此具有能够大量生产氢气的优点。

另外，第一蒸发室410中存储的水蒸发，接触第一解离室420内的氢生成用催化剂10，因而，从向气体燃烧器300供应混合气体之后起，所述气体燃烧器300发生燃烧热，因而第一蒸发室410内的水和第二蒸发室510内的水更多地蒸发，因此，具有氢生成量增多的优点。

进而，仅以气体燃烧器300便能够充分加热第一蒸发室410时，从第一蒸发室410内的水沸腾并开始蒸发的时间点(更明确而言，混合气体开始向气体燃烧器300供应的时间点)起，即使停止所述加热单元200，氢气也持续生成，具有非常节省生成氢气所需的费用的优点。即，当利用本发明的氢生成装置时，使加热单元200运转直至第一蒸发室410内的水沸腾并蒸发时为止，自之后起，气体燃烧器300加热第一蒸发室410和第二蒸发室510，因而具有能够使加热单元200运转所需的燃料量实现最小化的优点。

另外，流入第一解离室420及第二解离室520的蒸汽接触氢生成用催化剂10时，为了能够更活跃地实现解离，所述第一解离室420及第二解离室520也需要加热到既定水平以上。因此，优选所述第一蒸发室410和第一解离室420安装于第一内部壳400内，所述第二蒸发室510和第二解离室520安装于第二内部壳500内。

如上所述，如果第一蒸发室410和第一解离室420安装于第一内部壳400内，第二蒸发室510和第二解离室520安装于第二内部壳500内，那么，接入第一内部壳400和第二内部壳500的热气全部传递给第一蒸发室410、第一解离室420、第二蒸发室510和第二解离室520，因而不仅更有效地发生水的解离，而且能够有望获得第一内部壳400和第二内部壳500中发生的蒸汽不流出到外部的优点。

另一方面，本发明的氢生成装置如图1所示，既可以追加配备捕集并存储在第二解离室520中生成的混合气体的气体存储罐600，也可以使第二解离室520中生成的混合气体在外部壳100的开口部110附近燃烧，发生更大的火力。下面参照图5，对如上所述使第二解离室520中生成的混合气体在外部壳100的开口部110附近燃烧的结构进行详细说明。

图2至图4是图示加热单元200和气体燃烧器300的另一实施例的立体图、分解立体图及剖面图。

如图1所示，如果气体燃烧器300安装得完全覆盖加热单元200的上侧，则在所述加热单元200中发生的热气无法直接传递到第一内部壳400，因而会发生第一蒸发室410的蒸发效果下降的问题。因此，所述加热单元200安装得使吐出燃烧火焰的喷嘴贯通气体燃烧器300，直接对应于第一内部壳400的下面。

即，所述加热单元200以沿竖直方向树立的棒状形成，具备多个吐出废燃料燃烧火焰的燃料喷嘴210，所述气体燃烧器300在上面具备多个吐出氢气和氧气燃烧火焰的气体喷嘴310，且在所述气体燃烧器300中，可以形成有贯通所述燃料喷嘴210末端的多个贯通孔320。如果如上所述在气体燃烧器300上形成多个贯通孔320，则即使气体燃烧器300安放于加热单元200上面，使加热单元200的燃料喷嘴210末端贯通气体燃烧器300，朝向第一内部壳400的下面，所述加热单元200则可以有效地加热第一内部壳400。

另外，如本实施例所示，如果使加热单元200的燃料喷嘴210贯通气体燃烧器300地安装，则可以使加热单元200的燃料喷嘴210和气体燃烧器300的气体喷嘴310全部配置于第一内部壳400的整个下面，因而即使使用加热单元200和气体燃烧器300中的某一种，也可以获得能够均匀加热第一内部壳400的下面的效果。

图5是本发明的氢生成装置第二实施例的概略图。

本发明的氢生成装置也可以直接燃烧第二解离室520中生成的混合气体而能够获得高温的燃烧热。

即，在本发明包括的外部壳100的上侧配备开口部110，在所述外部壳100的内部空间中与开口部110对应的地点，如图5所示，可以追加配备气体喷射单元700，所述气体喷射单元700捕集所述第二解离室520中生成的混合气体并吐出到外部壳100外侧。

如果在开口部110侧安装气体喷射单元700，则使用者对通过气体喷射单元700排出的混合气体进行点火，从而可以在外部壳100外侧生成较大的燃烧火焰。如果如此在外部壳100外侧生成较大的燃烧火焰，则可以把本发明的氢生成装置用作大容量加热单元，因而具有极大提高利用度的优点。

另一方面，在本实施例中，虽然只图示了所述氢生成用催化剂10制成小珠状并堆积于第一解离室420和第二解离室520内部的结构，但如果能够使蒸汽解离成氢气和氧气，则除本实施例图示的形状之外，所述氢生成用催化剂10可以变更为多样形状。例如，所述氢生成用催化剂10可以变更为涂布得覆盖第一解离室420和第二解离室520内侧面的结构。

以上使用优选实施例，详细说明了本发明，但本发明的范围并非限定于特定实施例，应根据附带的权利要求书进行解释。另外，只要是该技术领域的技术人员便会理解，在不超出本发明范围的前提下，可以进行多样修订和变形。

Claims

1.一种氢生成装置，其特征在于，包括：

外部壳(100)，其具有竖直设置的内部空间；

加热单元(200)，其使废燃料燃烧以向上侧发热，或从外部接受废热并向上侧提供，安装于所述外部壳(100)的内部空间下侧；

气体燃烧器(300)，其使氢燃烧以向上侧发热，安装于所述外部壳(100)的内部空间中所述加热单元(200)的上侧；

第一蒸发室(410)，其安装于所述外部壳(100)的内部空间中所述气体燃烧器(300)的上侧，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；

第一解离室(420)，其在内部配备氢生成用催化剂(10)，从所述第一蒸发室(410)接受传递的蒸汽流入内部时，与所述氢生成用催化剂(10)接触，从而解离成氢气和氧气；

气体供应管(422)，其将所述第一解离室(420)生成的氢气和氧气传递给所述气体燃烧器(300)；

第二蒸发室(510)，其安装于所述外部壳(100)的内部空间中所述第一解离室(420)的上侧，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；

第二解离室(520)，其在内部具备氢生成用催化剂(10)，在所述第二蒸发室(510)生成的蒸汽流入内部时，与所述氢生成用催化剂(10)接触，从而解离成氢气和氧气。

2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，还包括：

内置有所述第一蒸发室(410)和第一解离室(420)的第一内部壳(400)以及内置有所述第二蒸发室(510)和第二解离室(520)的第二内部壳(500)。

3.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，还包括：

气体存储罐(600)，用于对在所述第二解离室(520)生成的氢气和氧气进行捕集并存储。

4.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，

在所述外部壳(100)的上侧配备有开口部(110)，

还包括气体喷射单元(700)，其捕集在所述第二解离室(520)生成的氢气和氧气，并通过所述开口部(110)而吐出到所述外部壳(100)外侧。

5.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，

所述加热单元(200)具备多个燃料喷嘴(210)，该燃料喷嘴(210)形成为沿竖直方向设置的棒状，用于吐出废燃料燃烧火焰，

所述气体燃烧器(300)在上面具备多个吐出氢气和氧气燃烧火焰的气体喷嘴(310)，

在所述气体燃烧器(300)中，形成有供所述燃料喷嘴(210)的末端贯通的多个贯通孔(320)，所述气体燃烧器(300)在所述加热单元(200)上以层叠结构结合。