CN108483395B - 一种制氢储氢一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制氢储氢一体化装置，属于氢气制备技术领域。一种制氢储氢一体化装置，包括：储液室、反应室以及储气室；储液室的底部与反应室的底部连通，反应室的顶部通过连接装置与储气室的顶部连通；反应室的中部设有载料装置；连接装置包括连通反应室和储气室的气管，气管与反应室的连接处设有防水透气膜；气管沿反应室至储气室的方向依次设有截断阀和压力传感器，截断阀与压力传感器通信连接。本发明将制氢设备和储氢设备一体化设计，通过反应室与储气室之间的连接装置，可以实现氢气的产量达到即时自控，能够控制装置内部的气体压力不会过高，降低危险，并且能够为便携式设备的FC电源提供稳定的氢气。

Description

一种制氢储氢一体化装置
技术领域
本发明涉及氢气制备技术领域，具体涉及一种制氢储氢一体化装置。
背景技术
在能源需求日益增长的现代社会，氢能作为一种能源载体，由于其能量密度高、清洁、无排放、资源丰富、可循环利用等优点，成为21世纪最具发展潜力的新能源之一。氢氧燃料电池(FC)通过化学反应直接将氢能转化为电能，与传统的内燃发电机相比不受卡诺循环限制，能量转化率高且无污染，是一种理想的电源。
现今便携式或无线的电子设备应用广泛，需要便携式的电源为其供能，与常用的一次电池相比，FC能量密度(高达500－700Wh/kg)优势明显，而且其能量密度也高于二次电池中高能量密度的锂离子电池(555Wh/kg)。但目前氢燃料储存与运输困难的问题严重制约了FC的大规模应用。现有的高压气瓶贮氢、液态贮氢、氢化物固态储氢等方式，存在着安全性差、成本高、储氢密度有限等缺陷，不便在较温和条件下(不用额外加热、加压)给便携式设备的FC电源提供即时、稳定以及可控的氢气。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制氢储氢一体化装置，以解决现有储氢装置不便在较温和条件下给便携式设备的FC电源提供即时、稳定及可控的氢气的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种制氢储氢一体化装置，包括：储液室、反应室以及储气室；储液室的底部与反应室的底部连通，反应室的顶部通过连接装置与储气室的顶部连通；反应室的中部设有载料装置；
连接装置包括连通反应室和储气室的气管，气管与反应室的连接处设有防水透气膜；气管沿反应室至储气室的方向依次设有截断阀和压力传感器，截断阀与压力传感器通信连接。
本发明的储液室和反应室连接组成制氢装置，储气室为储氢装置。反应室中的载料装置可以将粉末状、块状或带状等制氢剂进行袋封并放置在载料装置中，制氢剂可以为MCH(镁钙氢化物)等可以在与水发生反应并产生氢气的物质；储液室水流入反应室后，淹没制氢剂并与制氢剂发生反应并生成氢气，氢气通过连接装置进入到储气室。当储气室中的压力达到设定值后，压力传感器发送电信号给截断阀，截断阀关闭，阻止氢气继续进入储气室。反应室中继续反应并生成氢气，当反应室中的气体压力达到一定值时，会将水向下压，反应室的水会流到储液室中，直到反应室中的水位线降低到载料装置以下。当水与制氢剂不再接触时，不会再产生氢气，使装置内部的压力不会过高而发生危险。当储气室中的压力下降到设定值后，截断阀打开，反应室中的水位上升，水与制氢剂继续反应并制造氢气，使氢气能够继续产生，为便携式设备的FC电源提供即时、稳定及可控的氢气。
此外，气管与反应室的连接处设置的防水透气膜能够阻止水进入储气室，当水流晃动或装置整体暂时倒置时，水不会流入到储气室中。
进一步地，上述反应室的顶部设有物料投放口以及与物料投放口密封连接的物料投放口封盖。
本发明的物料投放口能够方便更换制氢剂。由于制氢剂与水反应后会生成不可溶解的沉淀和H2，沉淀封装在袋中，通过更换封袋，即可实现本装置的可再利用。
进一步地，上述载料装置包括多孔载物台、多孔限位件以及呈多层网状的固定架；载物台设置在反应室的中部；限位件设有一中腔，限位件的一端与载物台连接，限位件的另一端朝向物料投放口；固定架的内部设有袋装的制氢剂，固定架穿过物料投放口保持在限位件的中腔中并与限位件滑动连接。
本发明的多孔载物台和多孔限位件能够满足水流穿过。多层网状的固定架可以放置多个制氢剂封袋，增大制氢剂与水的接触面积，提高氢气的产量。制氢剂封袋放置在限位件和固定架形成的腔体中。固定架能够从物料投放口拿出并进行制氢剂封袋的放置或更换。
进一步地，上述制氢剂为镁、铝、锌、钙或其合金或其氢化物；制氢剂为粉末状或块状。
进一步地，上述储液室的顶部设有进水口以及与进水口密封连接的进水口封盖。
本发明的进水口可以向储液室中补充水。
进一步地，上述储液室的侧面设有透明的观察件，观察件上设有刻度线。
本发明的观察件可以观察储液室中的水位线，刻度线用来判断水位线的高低以及控制加水的量。
进一步地，上述储液室与反应室通过U型管连通；U型管的中部设有与外界连通的截流阀。
本发明的U型管可以减缓储液室与反应室之间水流流动速度，防止在颠簸时反应室中的水与制氢剂之间的接触面不够，导致氢气产量减小。本发明的截流阀打开后可以放掉制氢装置中多余的水。
进一步地，上述储液室的顶部以及反应室的顶部均设有安全阀。
本发明的储液室和反应室的顶部设置的安全阀可以使制氢装置中的气压不会过大，防止由于高压引发的安全事故。随着制氢反应的进行，储气室或反应室中的气体压力会增大，当压力增大到安全阀的起跳压力时，安全阀打开，排放一部分气体，使压力回到安全阀的起跳压力以下。
进一步地，上述储气室的顶部设有与外界连通的氢气输出口。
进一步地，上述防水透气膜的材质为聚乙烯或聚烯烃或聚丙烯或聚四氟乙烯或聚甲基。
本发明聚乙烯等材质的防水透气膜具有很好的强度，不容易损坏。在颠簸状态时，反应室中的水会冲击防水透气膜，聚乙烯材质的防水透气膜不容易在水的冲击下损坏，提高本发明的使用寿命。
本发明具有以下有益效果：
本发明将制氢设备和储氢设备一体化设计，通过反应室与储气室之间的连接装置，可以实现氢气的产量达到即时自控，能够控制装置内部的气体压力不会过高，降低危险；用隔水透气膜阻止液体进入储气室，使装置在晃动或短时间倒置情况下仍可以正常工作；载料装置的设计有利于物料投放、回收以及装置清洗、保养；装置能够为便携式设备的FC电源提供即时、稳定及可控的氢气。
附图说明
图1为本发明的制氢储氢一体化装置的结构示意图。
图中：100－制氢储氢一体化装置；110－储液室；111－观察件；112－刻度线；113－进水口；114－进水口封盖；115－第一安全阀；120－反应室；121－物料投放口；122－投放口封盖；123－第二安全阀；130－储气室；131－氢气输出口；140－连接装置；141－气管；142－防水透气膜；143－截断阀；144－压力传感器；150－载料装置；151－载物台；152－限位件；153－固定架；160－U型管；161－截流阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1，制氢储氢一体化装置100包括依次并排设置的储液室110、反应室120和储气室130，储液室110和反应室120的底部设有1个腔体，腔体中设有1根U型管160，U型管160将储液室110的底部和反应室120的底部连通。U型管160的中部通与截流阀161连接，截流阀161置于腔体外，U型管160通过截流阀161与外界连通。反应室120的内腔的中部固定安装有载料装置150，用于放置袋封的制氢剂。反应室120的顶部与储气室130的顶部之间通过连接装置140连通。
储液室110的顶部设有第一安全阀115和进水口113，第一安全阀115与储液室110的中腔连通。当储液室110中的压力超出第一安全阀115的起跳压力时，第一安全阀115打开，排放部分介质，使储液室110中的压力回到第一安全阀115的起跳压力之下。进水口113用于向储液室110中添加水，其与进水口封盖114通过螺纹连接，进水口113和进水口封盖114之间的螺纹具有密封的作用，防止气体外泄。显然，进水口113和进水口封盖114之间还可以增加密封垫片，用以提高密封性能。储液室110的侧面设有透明的观察件111，用以观察储液室110中的水量。观察件111上面设有多个刻度线112。
反应室120的顶部设有物料投放口121，用于投放袋封的制氢剂。反应室120的顶部还设有第二安全阀123，第二安全阀123与反应室120的中腔连通。当反应室120中的压力超出第二安全阀123的起跳压力时，第二安全阀123打开，排放部分介质，使反应室120中的压力回到第二安全阀123的起跳压力之下。
载料装置150包括载物台151、限位件152和固定架153。载物台151呈多孔状，安装在反应室120内腔的中部，限位件152呈具有多孔的筒状，限位件152的一端固定安装在载物台151顶端，另一端固定安装在反应室120内腔的顶部上，限位件152的内侧壁与物料投放口121的侧壁对齐。固定架153为具有3层的网状结构，其外侧壁与限位件152的内侧壁相匹配，使固定架153与限位件152滑动配合。固定架153能够从物料投放口121取出进行装填袋封的制氢剂或更换袋封的制氢剂。
储气室130的顶部设有凹槽，连接装置140设置在凹槽中。连接装置140包括气管141，气管141的两端分别与反应室120和储气室130连接，使反应室120和储气室130通过气管141连通。气管141与反应室120的连接处设有防水透气膜142，防水透气膜142的材质是聚乙烯，其完全遮挡气管141的端口。气管141的中部分别设有截断阀143和压力传感器144，截断阀143靠近反应室120，压力传感器144靠近储气室130。截断阀143和压力传感器144通信连接，压力传感器144将接收到的压力信号传递给截断阀143，截断阀143根据压力信号自动进行开关。储气室130的顶部还设有氢气输出口131，用于输出产生的氢气。在本发明的其它实施例中，防水透气膜142的材质还可以是聚烯烃、聚丙烯、聚四氟乙烯或聚甲基戊烯等其他具有隔水透气以及强度高的高分子聚合物功能薄膜材料。
本发明采用的制氢剂可以是镁及镁合金、铝及铝合金、锌及锌合金和钙及钙合金，金属及合金对应的氢化物如MgH2、CaH2、MCH(镁钙氢化物)等，其制备成粉末、块体、带状等形状并进行袋封，封袋能容纳水通过，袋封后的制氢剂防止在限位件152和固定架153形成的腔体中。由于制氢剂与水反应只生产氢气一种气体，所欲产生的氢气的纯度很高。制氢剂与水反应后会钝化，形成保护膜，将制氢剂制备成粉末、块体、带状等形状有利于增加制氢剂与水的接触面积，提高氢气的产量，并且将多个封袋放在不同的腔体中，也能增加制氢剂与水的接触面积，提高氢气的产量。反应后生成的固态物会置于封袋中，通过将固定架153从物料投放口121中取出，可以更换袋封的制氢剂，使装置能够重复利用。
本发明的工作流程：(1)将袋封的制氢剂防止在固定架153中，将固定架153从物料投放口121放置到限位件152中，并旋紧投放口封盖122；(2)从进水口113加水，水从U型管160流入到反应室120，直到淹没制氢剂，旋紧进水口封盖114；(3)制氢剂与水反应生成氢气，氢气通过连接装置140进入储气室130，并从氢气输出口131向外输出；(4)当氢气输出口131关闭或氢气生成速率大于氢气输出速率时，储气室130的压力会升高，压力传感器144将获得的压力信号传递给截断阀143，当储气室130的压力超过设置的压力时，截断阀143自动关闭；(5)随着反应的继续进行，反应室120中的气体压力会增加，当气体压力增加到一定程度，会推动反应室120中的水向储液室110流动，直到反应室120中的水位线低于制氢剂的位置，反应停止；(6)储气室130中的压力恢复到设定压力以下时，截断阀143自动打开；(7)反应室120中的氢气进入储气室130，反应室120中的气体压力降低，水位上升，水与制氢剂继续反应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种制氢储氢一体化装置，其特征在于，包括：储液室(110)、反应室(120)以及储气室(130)；所述储液室(110)的底部与所述反应室(120)的底部连通，所述反应室(120)的顶部通过连接装置(140)与所述储气室(130)的顶部连通；所述反应室(120)的中部设有载料装置(150)；
所述连接装置(140)包括连通所述反应室(120)和所述储气室(130)的气管(141)，所述气管(141)与所述反应室(120)的连接处设有防水透气膜(142)；所述气管(141)沿所述反应室(120)至所述储气室(130)的方向依次设有截断阀(143)和压力传感器(144)，所述截断阀(143)与所述压力传感器(144)通信连接；
所述储液室(110)与所述反应室(120)通过U型管(160)连通；所述U型管(160)的中部设有与外界连通的截流阀(161)；
所述反应室(120)的顶部设有物料投放口(121)以及与所述物料投放口(121)密封连接的物料投放口封盖(122)；
所述载料装置(150)包括多孔载物台(151)、多孔限位件(152)以及呈多层网状的固定架(153)；所述载物台(151)设置在所述反应室(120)的中部；所述限位件(152)设有一中腔，所述限位件(152)的一端与所述载物台连接，所述限位件(152)的另一端朝向所述物料投放口(121)；所述固定架(153)的内部设有袋装的制氢剂，所述固定架(153)穿过所述物料投放口(121)保持在所述限位件(152)的中腔中并与所述限位件(152)滑动连接。
2.根据权利要求1所述的制氢储氢一体化装置，其特征在于，所述制氢剂为镁、铝、锌、钙或其合金或其氢化物；所述制氢剂为粉末状或块状。
3.根据权利要求1所述的制氢储氢一体化装置，其特征在于，所述储液室(110)的顶部设有进水口(113)以及与所述进水口(113)密封连接的进水口封盖(114)。
4.根据权利要求3所述的制氢储氢一体化装置，其特征在于，所述储液室(110)的侧面设有透明的观察件(111)，所述观察件(111)上设有刻度线(112)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的制氢储氢一体化装置，其特征在于，所述储液室(110)的顶部以及所述反应室(120)的顶部均设有安全阀(123)。
6.根据权利要求5所述的制氢储氢一体化装置，其特征在于，所述储气室(130)顶部设有与外界连通的氢气输出口(131)。
7.根据权利要求6所述的制氢储氢一体化装置，其特征在于，所述防水透气膜(142)的材质为聚乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯。
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