CN107188120A

CN107188120A - 利用催化室的氢生成装置

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Publication number: CN107188120A
Application number: CN201710100153.7A
Authority: CN
Inventors: 金珉珪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2017-09-22
Also published as: KR101630376B1; WO2017159983A1

Abstract

本发明的氢生成装置包括：外部壳，其具有水平横向的内部空间，在长度方向一侧形成有开口部，在内部空间内侧具备风扇；内部壳，其安装于外部壳的内部，在与风扇对应侧形成有多个送风口；中间壳，其安装于外部壳与内部壳之间，执行绝热功能；蒸发室，其安装于内部壳的内部，使从外部提供的水被加热并变换成蒸汽；催化室，其内部具备氢生成用催化剂，在蒸发室中产生的蒸汽流入内部并与氢生成用催化剂接触；解离室，将与氢生成用催化剂接触的蒸汽解离为氢气和氧气并流入；气体喷射单元，其捕集从解离室排出的氢气和氧气并吐出到外部壳的外部；燃烧器，其安装于内部壳的内部的送风口和蒸发室之间，朝向蒸发室发散热量。

Description

利用催化室的氢生成装置

技术领域

本发明涉及一种利用催化剂和废热使水解离而生成氢的氢生成装置，更详细而言，涉及一种提高水的解离率而能够迅速生产更多量的氢的氢生成装置。

背景技术

氢无色、无味、无臭，在气体中最轻，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海水中有0.108g氢，是能够与电能一同保持现在系统的能量介质，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，燃烧时除生成极少量的氮氧化物(NO_x)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℃的温度下只不过解离0.000745％，在1500℃的温度下解离0.0197％，在2000℃的温度下解离0.504％，在3000℃的温度下解离11.1％。因此，在诸如原子反应堆的超高温的温度下，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

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,能够提高水解离成氧气分子和氢气分子的效率，使氢生成量最大化，能够在更短时间内生成大量的氢。

技术方案

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，其具有水平横向的内部空间，在长度方向一侧形成有开口部，在内部空间内侧具备风扇；

内部壳，其安装于所述外部壳的内部，开放的一端结合于所述外部壳的开口部内壁，在与所述风扇对应侧形成有多个送风口；

中间壳，其安装于所述外部壳与内部壳之间，执行绝热功能；

蒸发室，其安装于所述内部壳的内部，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；

催化室，其内部具备氢生成用催化剂，在所述蒸发室中产生的蒸汽流入内部并与所述氢生成用催化剂接触；

解离室，其供与所述氢生成用催化剂接触的蒸汽解离为氢气和氧气并流入；

气体喷射单元，其捕集从所述解离室排出的氢气和氧气并吐出到所述外部壳的外部；

燃烧器，其安装于所述内部壳的内部中的所述送风口和所述蒸发室之间，朝向所述蒸发室发散热量；

燃料桶，填充有向所述燃烧器提供的燃料，上侧安放有所述外部壳，下侧具备多个轮子；

控制部，其控制向所述蒸发室的给水量和所述燃烧器及风扇的动作。

所述蒸发室的底面形成为具备平面形状。

通过使氢生成催化物质粉末和粘土混合并干燥后，再成型为具有基准值以下直径的珠状，从而制作所述氢生成用催化剂，

具有多个所述氢生成用催化剂，以充满所述催化室内部。

所述催化室形成为水平横向的圆桶形状，

通过使氢生成催化物质粉末和粘土混合并附着于所述催化室内壁后进行干燥，从而制作所述氢生成用催化剂，

形成有沿所述催化室的直径方向的深度的多个狭缝。

所述气体喷射单元安装于所述外部壳内部空间中的所述开口部侧，捕集从所述解离室排出的氢气及氧气后通过所述开口部吐出，或安装于所述外部壳的外部，捕集从所述解离室排出的氢气及氧气并吐出。

有益效果

如果利用本发明的氢生成装置，则具有能够提高水解离成氧气分子和氢气分子的效率，使氢生成量最大化，能够在更短时间内生成大量的氢的优点。

附图说明

图1是本发明的氢生成装置的概略图。

图2是本发明的氢生成装置中包括的蒸发室的剖面立体图。

图3是本发明的氢生成装置中包括的催化室的剖面立体图。

图4是本发明的氢生成装置中包括的催化室第二实施例的剖面立体图。

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

100：外部壳 110：风扇

200：中间壳 300：内部壳

310：燃烧器 400：蒸发室

410：给水管 500：催化室

510：氢生成用催化剂 520：狭缝

600：解离室 700：气体喷射单元

800：燃料桶 810：轮子

820：把手 900：控制部

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，图2是本发明的氢生成装置中包括的蒸发室的剖面立体图，图3是本发明的氢生成装置中包括的催化室的剖面立体图。

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510、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，可以使高温的蒸汽接触氢生成用催化剂510、10，生成更多量的氢气和氧气，构成为可以更有效地加热从外部提供的水，提高蒸汽生成量。

即，本发明的氢生成装置包括：外部壳100，其具有水平横向的内部空间，在长度方向一侧形成有开口部，在内部空间内侧具备风扇110；内部壳300，其安装于所述外部壳100的内部，开放的一端结合于所述外部壳100的开口部内壁，在与所述风扇110对应侧形成有多个送风口；中间壳200，其安装于所述外部壳100与内部壳300之间，执行绝热功能；蒸发室400，其安装于所述内部壳300的内部，供从外部提供的水被加热并变换成蒸汽；催化室500，其内部具备氢生成用催化剂510，在所述蒸发室中产生的蒸汽流入内部，与所述氢生成用催化剂510接触；解离室600，其供与所述氢生成用催化剂510接触的蒸汽解离为氢气和氧气并流入；气体喷射单元700，其捕集从所述解离室600排出的氢气和氧气并吐出到所述外部壳100的外部；燃烧器310，其在所述内部壳300的内部中，安装于所述送风口和所述蒸发室400之间，朝向所述蒸发室400发散热量；燃料桶800，其填充有向所述燃烧器310提供的燃料，所述外部壳100安放于上侧，下侧具备多个轮子；控制部900，其控制向所述蒸发室400的给水量和所述燃烧器310及风扇110的动作。

借助于风扇110而产生的风通过送风口流入内部壳300内侧，朝向蒸发室400吹，因而所述燃烧器310发生的热量传递到蒸发室400侧，因此，蒸发室400内的水可以被更迅速而有效地加热。另一方面，通过给水管410向蒸发室400内部供应的水散落于蒸发室400底部，为了所述蒸发室400内的水可以被更迅速加热，即，为了能够尽可能宽阔地确保水与蒸发室400间的接触面积，所述蒸发室400形成得具有平面形状的底面。即，如果底面能够实现平面，则所述蒸发室400除图2所示的长方体形状之外，可以以多种形状替代。

另一方面，所述氢生成用催化剂510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510而使水解离为氢气和氧气的方法，已经提出过多种方式，因而省略对水借助于氢生成用催化剂510、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510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，以多种成分制作。

此时，所述氢生成用催化剂510为了能够最大限度增加与流入催化室500内部的蒸汽的接触面积，使氢生成催化物质粉末和粘土混合并干燥后，再成型为具有基准值以下直径的珠状，如图3所示，可以充满所述催化室500内部。如上所述，如果所述氢生成用催化剂510以小珠状形成，则所述催化室500内部即使全部被氢生成用催化剂510充满，在相邻的氢生成用催化剂510之间也确保空间，流入催化室500的蒸汽能够与氢生成用催化剂510充分接触，活跃地实现向氢气和氧气的解离。

在经过催化室500期间经解离过程的蒸汽变换成氢气和氧气(以下简称“混合气体”)，充满解离室600，所述解离室600内的混合气体通过在所述外部壳100内部空间中安装于开口部侧的气体喷射单元700而排出到外部壳100外部。此时，如果向所述气体喷射单元700的混合气体排出侧提供点火火花，那么，通过所述气体喷射单元700排出的混合气体如图1所示引起燃烧反应，向外部壳100外侧释放很高的燃烧热。当然，不使通过气体喷射单元700排出的混合气体燃烧，而是存储于另外的存储罐(图中未示出)，从而可以对生产的混合气体进行保管及移送。

正如以上言及的内容，本发明的氢生成装置不是使从外部提供的水直接接触氢生成用催化剂510，而是加热到燃点以上并蒸汽化之后接触氢生成用催化剂510，从而能够提高水分解离成氢气和氧气的效果，因此，具有能够大量生成氢气的优点。

另外，就本发明的氢生成装置而言，燃烧器310产生的热量从内部壳300内流向蒸发室400侧，所述内部壳300被中间壳200和外部壳100双重包围，还具有热效率高的优点。此时，为了进一步提高所述言及的热效率，所述中间壳200可以利用诸如玻璃纤维或聚苯乙烯泡沫等具有基准值以上绝热性的绝热材料制作。

另一方面，本发明的氢生成装置可以在所述燃料桶800下侧具备多个轮子，在燃料桶800一侧具备可供人用手抓住并推拉的把手820，以便可以根据使用者的便利而自由移动。

图4是本发明的氢生成装置中包括的催化室500第二实施例的剖面立体图。

如图1～图3所示，如果氢生成用催化剂510制作成小珠状，并充满催化室500内部，那么，流入催化室500内部的蒸汽只沿着连接催化室500的入口(图1中为左下端开放口)和出口(图1中为右上端开放口)的流动路径流动，会存在无法与充满催化室500内的所有氢生成催化剂均匀接触的缺点。特别是蒸汽的流入速度越快，蒸汽沿着连接催化室500的入口和出口的最短路径流动，因而发生与氢生成用催化剂510的接触面积进一步减小的问题。

本发明的氢生成装置为了解决如上所述的问题，即，为了能够增大流入催化室500的蒸汽与氢生成用催化剂510的接触面积，所述催化室500可以以水平横向的圆桶形状形成，所述氢生成用催化剂510可以位于催化室500的内壁。所述氢生成用催化剂510通过使氢生成催化物质粉末和粘土混合并附着所述催化室500内壁后干燥的过程而固化，且形成有沿催化室500的直径方向具有深度的多个狭缝520。

因此，流入催化室500的蒸汽分散到氢生成用催化剂510中具备的所有狭缝520，所述蒸汽在更宽阔面积上与氢生成用催化剂510接触，因此，生成大量的氢气和氧气。

在所述氢生成用催化剂510中形成的狭缝520的个数越多，蒸汽与氢生成用催化剂510的接触面积越增加，但如果狭缝520的个数过多，则存在相邻两个狭缝520之间因流入催化室500的蒸汽的压力而断裂的忧虑，优选所述狭缝520的个数根据流入催化室500的蒸汽的压力和氢生成用催化剂510的破断强度等多个条件而适当选择。

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包括的气体喷射单元700如图1所示，安装于外部壳100的内侧中与开口部对应的地点，可以构成为因氢气及氧气的燃烧而发生的火花经过开口部而露出到外部。但是，如上所述，如果气体喷射单元700安装于外部壳100内侧，则因氢气及氧气燃烧而发生的火花接触外部壳100出口端而会发生外部壳100损伤的问题。

本发明的氢生成装置为了能够解决这种问题，如图5所示，气体喷射单元700可以安装于外部壳100的外部(在图5中为上侧)。如上所述，如果气体喷射单元700安装于外部壳100的外部，则通过气体喷射单元700而吐出的氢气和氧气即使点火，燃烧热也不向外部壳100侧喷射，因而能够防止外部壳100损伤。

当然，通过所述气体喷射单元700而吐出到外部壳100外部的混合气体存储于另外的存储罐(图中未示出)进行保管，或可以移送到其它地区。如上所述，存储氢气或氧气的存储罐在本发明所属技术领域中，以多种结构制作并实现商用化，因而省略对所述存储罐的详细说明。

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应理解，在不超出本发明范围的前提下，可以进行多种修订和变形。

Claims

1.一种氢生成装置，其特征在于，包括：

外部壳(100)，其具有水平横向的内部空间，在长度方向一侧形成有开口部，在内部空间内侧具备风扇(110)；

内部壳(300)，其安装于所述外部壳(100)的内部，开放的一端结合于所述外部壳(100)的开口部内壁，在与所述风扇(110)对应侧形成有多个送风口；

中间壳(200)，其安装于所述外部壳(100)与内部壳(300)之间，执行绝热功能；

蒸发室(400)，其安装于所述内部壳(300)的内部，使从外部提供的水被加热而变换成蒸汽；

催化室(500)，其内部具备氢生成用催化剂(510)，在所述蒸发室中产生的蒸汽流入内部并与所述氢生成用催化剂(510)接触；

解离室(600)，将与所述氢生成用催化剂(510)接触的蒸汽解离为氢气和氧气并流入；

气体喷射单元(700)，其捕集从所述解离室(600)排出的氢气和氧气并吐出到所述外部壳(100)的外部；

燃烧器(310)，其安装于所述内部壳(300)的内部的所述送风口和所述蒸发室(400)之间，朝向所述蒸发室(400)发散热量；

燃料桶(800)，填充有向所述燃烧器(310)提供的燃料，上侧安放有所述外部壳(100)，下侧具备多个轮子；

控制部(900)，其控制向所述蒸发室(400)的给水量和所述燃烧器(310)及风扇(110)的动作。

2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，

所述蒸发室(400)底面形成为平面形状。

3.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，

通过使氢生成催化物质粉末和粘土混合并干燥后，再成型为具有基准值以下直径的珠状，从而制作所述氢生成用催化剂(510)，

具有多个所述氢生成用催化剂(510)，以充满所述催化室(500)内部。

4.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，

所述催化室(500)形成为水平横向的圆桶形状，

通过使氢生成催化物质粉末和粘土混合并附着于所述催化室(500)内壁后进行干燥，从而制作所述氢生成用催化剂(510)，

形成有沿所述催化室(500)的直径方向的深度的多个狭缝(520)。

5.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，

所述气体喷射单元(700)安装于所述外部壳(100)的内部空间中的所述开口部侧，捕集从所述解离室(600)排出的氢气及氧气后通过所述开口部吐出，或安装于所述外部壳(100)的外部，捕集从所述解离室(600)排出的氢气及氧气并吐出。