CN108726475A - 一种制氢设备及其制氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制氢设备，包括燃料储箱、催化剂装置、反应室、单向定量泵、用于调节氢燃料溶液进入反应室输入量的电磁阀一、用于对产生的氢气进行过滤的过滤装置、储氢气瓶、用于储存排出氢燃料溶液的废液箱、用于检测反应室内温度的温度传感器、用于检测反应室内压力的压力传感器、以及分别与单向定量泵、电磁阀一、温度传感器和压力传感器信号连接的控制器；燃料储箱、单向定量泵、电磁阀一、反应室和储氢气瓶依次连接，废液箱与反应室连接；催化剂装置设置在反应室内部；过滤装置设置在反应室的上部并位于催化剂装置的上方。本发明还提供一种制氢方法。本发明制氢设备及其制氢方法可有效对制氢过程进行监控，使得安全制氢和制氢效率高。
Description
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，更具体地说，涉及一种制氢设备及其制氢方法。
背景技术
氢能作为一种高效的清洁能源，其发展潜力巨大，越来越受到世界各国的重视。由于氢能所具有的清洁、无污染、效率高、重量轻和储存及输送性能好、应用形式多等诸多优点，赢得了人们的青睐。氢气的制备已可通过不同的技术手段实现，包括电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、化学法制氢和生物制氢等等。
现阶段，在制氢技术中还可采用氢燃料溶液，例如合成氢燃料动力水来进行催化反应制备氢气，而合成氢燃料动力水作为合成氢燃料的一种液体燃料，可替代汽油使用作为汽车燃料。相比于通过储气罐或储气瓶来储存氢燃料的方式，合成氢燃料动力水通过催化反应技术可同时完成催化反应和产品分离以制取氢气燃料的方式显得更加便利和实用。
然而，在现阶段，通过这种采用合成氢燃料动力水催化制氢技术来制取氢气燃料的研究还处于起步阶段，其中，这种制氢设备和制氢技术在制取氢气燃料过程中起到至关重要的作用，如何控制合成氢燃料动力水的流量、如何制备得到纯度高的氢气等问题，是本阶段需要解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种制氢设备及其制氢方法，该制氢设备及其制氢方法可有效对制氢过程进行监控，使得安全制氢和制氢效率高。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种制氢设备，其特征在于：包括：
用于储存氢燃料溶液的燃料储箱；
用于与氢燃料溶液催化反应产生氢气的催化剂装置；
用于氢燃料溶液与催化剂装置反应的反应室；所述反应室顶部设置有氢气出口；
用于将氢燃料溶液泵入反应室的单向定量泵；
用于调节氢燃料溶液进入反应室输入量的电磁阀一；
用于对产生的氢气进行过滤的过滤装置；
用于储存氢气的储氢气瓶；
用于储存排出氢燃料溶液的废液箱；
用于检测反应室内温度的温度传感器，和与温度传感器连接的温度计；
用于检测反应室内压力的压力传感器，和与压力传感器连接的压力计；
以及分别与单向定量泵、电磁阀一、温度传感器和压力传感器信号连接的控制器；
所述燃料储箱、单向定量泵、电磁阀一、反应室和储氢气瓶依次连接，废液箱与反应室连接；所述催化剂装置设置在反应室内部；所述过滤装置设置在反应室的上部并位于催化剂装置的上方。
在上述方案中，制氢设备可通过电磁阀一来调节氢燃料溶液进入反应室输入量，而且通过设置的温度传感器和压力传感器，控制器可以根据设置系统压力与温度变化参数来控制氢燃料溶液的输入量，这样可以达到氢气不间断的生成，从而提高制氢的效率。同时，当压力传感器检测到反应室内压力高于设定的压力值时,可将反应室的氢燃料溶液排出至废液箱，从而减少气体产生以降低反应室的压力。上述功能使得本发明的制氢设备可有效对制氢过程进行监控，使得安全制氢高。
所述催化剂装置由若干片催化剂片和用于固定催化剂片的固定架组成；所述固定架设置有安装槽，催化剂片插设于安装槽内；
所述催化剂片由带有网格的片状体和催化层组成，催化层设置在片状体上。
若干片催化剂片通过固定架可固定排列，当氢燃料溶液与该催化装置反应时，氢燃料溶液均与每片催化剂片接触并反应，这样可增大接触反应面积，可大大提高催化反应的效率。同时，每片催化剂片由催化层和带有网格的片状体组成，氢燃料溶液通过片状体的网格催化层不仅可产生化学反应，而且还可利用网格空间支撑催化层，增大催化层接触面积并增加流通路径，使得催化反应后的氢燃料溶液从网格流出，得到催化反应物，大大提高使用的实用性。
所述固定架包括背板、若干条底板和若干条夹持板；若干条底板相互平行设置并与背板连接，每条底板上均排列设置有夹持板；所述安装槽由相邻两条夹持板和底板围成；
每条底板上，相对应的夹持板形成的安装槽均在同一水平线上；相邻底板之间的空间作为催化剂片的取放空间；
所述夹持板包括短夹持板和长夹持板，短夹持板和长夹持板在每条底板上相间排列设置。
所述片状体的网格为菱形网格或六边形网格；所述菱形网格的长对角线和短对角线分别为4mm×2.5mm。该设计可利用网格空间支撑催化层，增大催化层接触面积并增加流通路径，优化催化剂片的反应效果和效率。
所述反应室分为反应空间和用于对反应后得到的氢气和水气进行暂时存储的暂存空间；所述暂存空间位于反应空间上方；
所述催化剂装置设置在反应空间内，反应空间内部设置有聚乙烯胶板填充物，聚乙烯胶板填充物位于催化剂装置的两侧；所述暂存空间内部设置有不锈钢隔套。本发明聚乙烯胶板填充物设在催化剂装置的两侧可使得氢燃料溶液集中于催化剂装置中进行催化反应。
所述过滤装置包括用于对反应后得到的氢气和水气进行初步分离的气液分离垫、用于防止合成氢燃料动力水向上流通的聚乙烯网、用于防止水气通过并让氢气通过的防水透气膜、用于防止聚乙烯网掉落和变形的多孔气流流动片、用于防止防水透气膜变形的不锈钢隔网和用于给反应后得到的氢气通过的多孔气流流动均衡片；所述气液分离垫、聚乙烯网、防水透气膜和多孔气流流动均衡片依次由下至上排列设置在暂存空间上方；
两片所述多孔气流流动片分别设置在气液分离垫的下方和上方，对气液分离垫进行夹持固定；两片所述不锈钢隔网分别设置在聚乙烯网的下方和上方，对聚乙烯网进行夹持固定。
本发明的氢燃料溶液在反应室内进行反应生成氢气，氢气经过气液分离垫分离水汽，再经过聚乙烯网、防水透气膜和多孔气流流动均衡片后，经过气体流量计进入储氢气瓶。
本发明还包括用于将反应室内氢燃料溶液排出至废液箱的电磁阀二和截止阀一、用于废液排出的截止阀四以及过滤器一；所述过滤器一设置在废液箱内，截止阀一一端与反应室连接，另一端与过滤器一连接；所述电磁阀二一端与反应室连接，另一端与过滤器一连接；所述电磁阀二与控制器信号连接；所述截止阀四与废液箱连接。
本发明还包括截止阀二、过滤器二和单向排气阀一；所述燃料储箱设置有燃料注入口；所述单向排气阀一与燃料箱连接；所述过滤器二设置在燃料储箱内，并与单向定量泵连接；所述截止阀二设置在电磁阀一和反应室之间。
本发明还包括单向安全排气阀二、背压稳压阀、截止阀三和流量计；所述截止阀三和流量计相互连接，并设置在氢气出口和储氢气瓶之间；所述单向安全排气阀二和背压稳压阀分别设置在氢气出口上方。
一种制氢方法，其特征在于：设定单向定量泵将氢燃料溶液泵入反应室的时间、反应室内的温度值、反应室内的压力值和反应室内的额定压力值；
当压力传感器检测到反应室内压力低于设定的压力值时，控制器控制单向定量泵按照设定的时间将氢燃料溶液泵入反应室；同时，控制器对电磁阀一的通断时间进行控制实现对氢燃料溶液输入反应室的输入量进行微调，实现氢燃料溶液在反应室内连续进行反应生成氢气，并进入储氢气瓶；
当压力传感器检测到反应室内压力高于设定的压力值时，控制器控制电磁阀一断电停止氢燃料溶液输入，并控制电磁阀二通电将反应室的氢燃料溶液排出至废液箱，直至压力传感器检测到反应室内压力等于设定的压力值，则控制电磁阀二断电；同时，单向安全排气阀二对反应室进行排气；
当压力传感器检测到反应室内压力高于设定的额定压力值时，背压稳压阀对反应室进行排气；
当温度传感器检测到反应室内温度高于设定的温度值时，控制器报警或停机。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：本发明制氢设备及其制氢方法可有效对制氢过程进行监控，使得安全制氢和制氢效率高。
附图说明
图1是本发明制氢设备的示意图；
图2是图1中A处放大图；
图3是本发明制氢设备中催化装置的侧面示意图；
图4是本发明催化装置中固定架的示意图；
图5是本发明催化装置中片状体的示意图；
其中，1为燃料储箱、1.1为燃料注入口、2为催化剂装置、2.1为催化剂片、2.2为固定架、2.3为安装槽、2.4为片状体、2.5为网格、2.6为背板、2.7为底板、2.8为短夹持板、2.9为长夹持板、3为反应室、3.1为反应空间、3.2为暂存空间、4为氢气出口、5为单向定量泵、6为电磁阀一、7为过滤装置、7.1为气液分离垫、7.2为聚乙烯网、7.3为防水透气膜、7.4为多孔气流流动片、7.5为不锈钢隔网、7.6为多孔气流流动均衡片、8为储氢气瓶、9为废液箱、10为温度传感器、11为温度计、12为压力传感器、13为压力计、14为聚乙烯胶板填充物、15为不锈钢隔套、16为电磁阀二、17为截止阀一、18为截止阀四、19为过滤器一、20为控制器、21为截止阀二、22为过滤器二、23为单向排气阀一、24为单向安全排气阀二、25为背压稳压阀、26为截止阀三、27为流量计。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本实施例以氢燃料溶液采用合成氢燃料动力水为例对下面进行说明，其中，合成氢燃料动力水为市面上销售的产品，例如河南衍皓新能源科技有限公司生产的合成氢燃料动力水产品。
如图1至图5所示，本发明一种制氢设备包括：
用于储存氢燃料溶液的燃料储箱1；
用于与氢燃料溶液催化反应产生氢气的催化剂装置2；
用于氢燃料溶液与催化剂装置2反应的反应室3，反应室3顶部设置有氢气出口4；
用于将氢燃料溶液泵入反应室3的单向定量泵5；
用于调节氢燃料溶液进入反应室3输入量的电磁阀一6；
用于对产生的氢气进行过滤的过滤装置7；
用于储存氢气的储氢气瓶8；
用于储存排出氢燃料溶液的废液箱9；
用于检测反应室内温度的温度传感器10，和与温度传感器10连接的温度计11；
用于检测反应室内压力的压力传感器12，和与压力传感器12连接的压力计13；
以及分别与单向定量泵5、电磁阀一6、温度传感器10和压力传感器12信号连接的控制器20。而燃料储箱1、单向定量泵5、电磁阀一6、反应室3和储氢气瓶8依次连接，废液箱9与反应室3连接，催化剂装置2设置在反应室3内部，过滤装置7设置在反应室3的上部并位于催化剂装置2的上方。
本发明的催化剂装置2包括若干片催化剂片2.1和用于固定催化剂片2.1的固定架2.2，其中，固定架2.2设置有安装槽2.3，催化剂片2.1插设于安装槽2.3内。而催化剂片2.1由带有网格2.5的片状体2.4和催化层组成，催化层设置在片状体2.4上，片状体2.4的底端插设于安装槽2.3内，其顶端伸出安装槽2.3。
本实施例固定架2.2包括背板2.6、三条底板2.7和若干条夹持板，其中，三条底板2.7相互平行设置并与背板2.6连接，每条底板2.7上均排列设置有夹持板，安装槽2.3由相邻两条夹持板和底板2.7围成，而每个安装槽2.3为U形安装槽。为了提高每片催化剂片2.1安装的稳固性，每条底板2.7上相对应的夹持板形成的安装槽2.3均在同一水平线上。相邻底板2.7之间的空间作为催化剂片2.1的取放空间，可以提高催化剂片2.1取放的便利性。
该夹持板包括短夹持板2.8和长夹持板2.9，短夹持板2.8和长夹持板2.9在每条底板2.7上相间排列设置。催化层设置在片状体2.4的单面或双面上。催化层由催化剂粉末加热形成，该催化剂粉末是CuO、ZnO、Al2O3、MxOY的混合物通过加入铜锌的可溶盐溶液与碱性沉淀剂进行沉淀反应，反应结束后固液分离、洗涤、干燥、焙烧制得。本发明片状体2.4为不锈钢片状体，且厚度为0.5mm～1mm。片状体2.4的网格2.5为菱形网格，菱形网格的长对角线和短对角线分别为4mm×2.5mm。该片状体2.4的网格2.5也可为六边形网格。
本实施例若干片催化剂片2.1通过固定架2.2可固定排列，当合成氢燃料动力水原料与该催化装置反应时，合成氢燃料动力水原料均与每片催化剂片2.1接触并反应，这样可增大接触反应面积，可大大提高催化反应的效率。同时，每片催化剂片2.1由催化层和带有网格2.5的片状体组成，合成氢燃料动力水原料通过片状体2.4的网格2.5不仅可产生化学反应，而且可流经网格2.5，使得催化反应后的原料从网格2.5流出，得到催化反应物，大大提高使用的实用性。
本发明的反应室3分为反应空间3.1和用于对反应后得到的氢气和水气进行暂时存储的暂存空间3.2，该暂存空间3.2位于反应空间3.1上方，催化剂装置2设置在反应空间3.1内。为了使得氢燃料溶液集中于催化剂装置2中进行催化反应，反应空间3.1内部设置有聚乙烯胶板填充物14，聚乙烯胶板填充物14位于催化剂装置2的两侧，暂存空间3.2内部设置有不锈钢隔套15。
本发明的过滤装置7包括用于对反应后得到的氢气和水气进行初步分离的气液分离垫7.1、用于防止合成氢燃料动力水向上流通的聚乙烯网7.2、用于防止水气通过并让氢气通过的防水透气膜7.3、用于防止聚乙烯网7.2掉落和变形的多孔气流流动片7.4、用于防止防水透气膜7.3变形的不锈钢隔网7.5和用于给反应后得到的氢气通过的多孔气流流动均衡片7.6，其中，气液分离垫7.1、聚乙烯网7.2、防水透气膜7.3和多孔气流流动均衡片7.6依次由下至上排列设置在暂存空间上方；两片多孔气流流动片7.4分别设置在气液分离垫7.1的下方和上方，对气液分离垫7.1进行夹持固定；两片不锈钢隔网7.5分别设置在聚乙烯网7.2的下方和上方，对聚乙烯网7.2进行夹持固定。
本发明还包括用于将反应室3内氢燃料溶液排出至废液箱9的电磁阀二16和截止阀一17、用于废液排出的截止阀四18以及过滤器一19，其中，过滤器一19设置在废液箱9内，截止阀一17一端与反应室3连接，另一端与过滤器一19连接，电磁阀16一端与反应室3连接，另一端与过滤器一19连接，而且电磁阀二16与控制器20信号连接，截止阀四18与废液箱9连接。
本发明还包括截止阀二21、过滤器二22和单向排气阀一23，其中，燃料储箱1设置有燃料注入口1.1，单向排气阀一23与燃料箱1连接，过滤器二22设置在燃料储箱1内，并与单向定量泵5连接，截止阀二21设置在电磁阀一6和反应室3之间。
本发明还包括单向安全排气阀二24、背压稳压阀25、截止阀三26和流量计27，其中，截止阀三26和流量计27相互连接，并设置在氢气出口4和储氢气瓶8之间，单向安全排气阀二24和背压稳压阀25分别设置在氢气出口4上方。
本发明一种制氢方法是这样的：设定单向定量泵5将氢燃料溶液泵入反应室3的时间、反应室3内的温度值、反应室3内的压力值和反应室3内的额定压力值；当压力传感器12检测到反应室3内压力低于设定的压力值时，控制器20控制单向定量5泵按照设定的时间将氢燃料溶液泵入反应室3；同时，控制器20对电磁阀一6的通断时间进行控制实现对氢燃料溶液输入反应室3的输入量进行微调，实现氢燃料溶液在反应室3内连续进行反应生成氢气，并进入储氢气瓶8。
当压力传感器12检测到反应室3内压力高于设定的压力值时，控制器20控制电磁阀一6断电停止氢燃料溶液输入，并控制电磁阀二16通电将反应室3的氢燃料溶液排出至废液箱9，直至压力传感12检测到反应室3内压力等于设定的压力值，则控制电磁阀二16断电；同时，单向安全排气阀二24对反应室3进行排气。
当压力传感器12检测到反应室3内压力高于设定的额定压力值时，背压稳压阀25对反应室3进行排气；当温度传感器10检测到反应室3内温度高于设定的温度值时，控制器20报警或停机。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制氢设备，其特征在于：包括：
用于储存氢燃料溶液的燃料储箱；
用于与氢燃料溶液催化反应产生氢气的催化剂装置；
用于氢燃料溶液与催化剂装置反应的反应室；所述反应室顶部设置有氢气出口；
用于将氢燃料溶液泵入反应室的单向定量泵；
用于调节氢燃料溶液进入反应室输入量的电磁阀一；
用于对产生的氢气进行过滤的过滤装置；
用于储存氢气的储氢气瓶；
用于储存排出氢燃料溶液的废液箱；
用于检测反应室内温度的温度传感器，和与温度传感器连接的温度计；
用于检测反应室内压力的压力传感器，和与压力传感器连接的压力计；
以及分别与单向定量泵、电磁阀一、温度传感器和压力传感器信号连接的控制器；
所述燃料储箱、单向定量泵、电磁阀一、反应室和储氢气瓶依次连接，废液箱与反应室连接；所述催化剂装置设置在反应室内部；所述过滤装置设置在反应室的上部并位于催化剂装置的上方。
2.根据权利要求1所述的制氢设备，其特征在于：所述催化剂装置由若干片催化剂片和用于固定催化剂片的固定架组成；所述固定架设置有安装槽，催化剂片插设于安装槽内；
所述催化剂片由带有网格的片状体和催化层组成，催化层设置在片状体上。
3.根据权利要求2所述的制氢设备，其特征在于：所述固定架包括背板、若干条底板和若干条夹持板；若干条底板相互平行设置并与背板连接，每条底板上均排列设置有夹持板；所述安装槽由相邻两条夹持板和底板围成；
每条底板上，相对应的夹持板形成的安装槽均在同一水平线上；相邻底板之间的空间作为催化剂片的取放空间；
所述夹持板包括短夹持板和长夹持板，短夹持板和长夹持板在每条底板上相间排列设置。
4.根据权利要求2所述的制氢设备，其特征在于：所述片状体的网格为菱形网格或六边形网格；所述菱形网格的长对角线和短对角线分别为4mm×2.5mm。
5.根据权利要求1所述的制氢设备，其特征在于：所述反应室分为反应空间和用于对反应后得到的氢气和水气进行暂时存储的暂存空间；所述暂存空间位于反应空间上方；
所述催化剂装置设置在反应空间内，反应空间内部设置有聚乙烯胶板填充物，聚乙烯胶板填充物位于催化剂装置的两侧；所述暂存空间内部设置有不锈钢隔套。
6.根据权利要求5所述的制氢设备，其特征在于：所述过滤装置包括用于对反应后得到的氢气和水气进行初步分离的气液分离垫、用于防止合成氢燃料动力水向上流通的聚乙烯网、用于防止水气通过并让氢气通过的防水透气膜、用于防止聚乙烯网掉落和变形的多孔气流流动片、用于防止防水透气膜变形的不锈钢隔网和用于给反应后得到的氢气通过的多孔气流流动均衡片；所述气液分离垫、聚乙烯网、防水透气膜和多孔气流流动均衡片依次由下至上排列设置在暂存空间上方；
两片所述多孔气流流动片分别设置在气液分离垫的下方和上方，对气液分离垫进行夹持固定；两片所述不锈钢隔网分别设置在聚乙烯网的下方和上方，对聚乙烯网进行夹持固定。
7.根据权利要求1所述的制氢设备，其特征在于：还包括用于将反应室内氢燃料溶液排出至废液箱的电磁阀二和截止阀一、用于废液排出的截止阀四以及过滤器一；所述过滤器一设置在废液箱内，截止阀一一端与反应室连接，另一端与过滤器一连接；所述电磁阀二一端与反应室连接，另一端与过滤器一连接；所述电磁阀二与控制器信号连接；所述截止阀四与废液箱连接。
8.根据权利要求1所述的制氢设备，其特征在于：还包括截止阀二、过滤器二和单向排气阀一；所述燃料储箱设置有燃料注入口；所述单向排气阀一与燃料箱连接；所述过滤器二设置在燃料储箱内，并与单向定量泵连接；所述截止阀二设置在电磁阀一和反应室之间。
9.根据权利要求1所述的制氢设备，其特征在于：还包括单向安全排气阀二、背压稳压阀、截止阀三和流量计；所述截止阀三和流量计相互连接，并设置在氢气出口和储氢气瓶之间；所述单向安全排气阀二和背压稳压阀分别设置在氢气出口上方。
10.一种制氢方法，其特征在于：设定单向定量泵将氢燃料溶液泵入反应室的时间、反应室内的温度值、反应室内的压力值和反应室内的额定压力值；
当压力传感器检测到反应室内压力低于设定的压力值时，控制器控制单向定量泵按照设定的时间将氢燃料溶液泵入反应室；同时，控制器对电磁阀一的通断时间进行控制实现对氢燃料溶液输入反应室的输入量进行微调，实现氢燃料溶液在反应室内连续进行反应生成氢气，并进入储氢气瓶；
当压力传感器检测到反应室内压力高于设定的压力值时，控制器控制电磁阀一断电停止氢燃料溶液输入，并控制电磁阀二通电将反应室的氢燃料溶液排出至废液箱，直至压力传感器检测到反应室内压力等于设定的压力值，则控制电磁阀二断电；同时，单向安全排气阀二对反应室进行排气；
当压力传感器检测到反应室内压力高于设定的额定压力值时，背压稳压阀对反应室进行排气；
当温度传感器检测到反应室内温度高于设定的温度值时，控制器报警或停机。
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