CN108821234A - 紧凑型气体发生装置 - Google Patents

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许扬
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Abstract

本发明公开了一种紧凑型气体发生装置，其包括：第一腔室，其至少用以储存呈流体状的第一反应物，且在第一腔室上设置有排气口，第二腔室，其至少用以储存第二反应物，第二反应物能与第一反应物接触反应而产生气体；隔离机构，其设置于第一腔室和第二腔室之间，所述隔离机构包括至少用以隔离第一腔室和第二腔室的半透膜；流体输送单元，其至少用以将第一腔室内的第一反应物输入第二腔室。本发明提供的气体发生装置中的半透膜可以使气体通过而隔绝水和固体粉末，因此可以很好地控制反应；并且第一腔室内的水可以冷却反应产生的水蒸气，从而起到回收水的作用，同时可以清洗并冷却反应产生的气体；第二腔室内的反应物可以多次更换，使用方便。

Description

紧凑型气体发生装置
技术领域
本发明特别涉及一种紧凑型气体发生装置，属于机械技术领域。
背景技术
氢气作为一种新型能源受到很大关注。例如，氢气可以作为洁净能源在燃料电池中可控的与氧气反应，产生电能和水，能量转换率高达60～80％，大大高于现在的内燃机、甲醇燃料电池等。但是氢气临界温度低，很难液化，而且液化氢气的密度也很低，所以氢气的储存和运输存在很大困难。
传统的储氢方法有金属储氢和化合物储氢等，但此类方法的储氢容量一般很低，且储、放氢条件通常比较苛刻，难以大规模推广应用。利用化学反应制取氢气的方式具有简单可控、成本低廉等优点，越来越受到业界的青睐。例如，以铝等金属接触碱性水溶液而产生氢气的方式已经为业界公知，而以硼氢化物接触水或水溶液产生氢气的方式同样也是业界所知悉的。但目前的氢气发生装置大多存在结构复杂，可控性差、安全性低等缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种紧凑型气体发生装置，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种气体发生装置，包括：
第一腔室，其至少用以储存呈流体状的第一反应物，且在所述第一腔室上设置有排气口；
第二腔室，其至少用以储存第二反应物，所述第二反应物能与第一反应物接触反应而产生气体；
隔离机构，其设置于第一腔室和第二腔室之间，所述隔离机构包括至少用以隔离第一腔室和第二腔室的半透膜；
流体输送单元，其至少用以将第一腔室内的第一反应物输入第二腔室。
进一步的，所述半透膜包括防水透气膜，可以使气体渗透而隔绝液体和固体通过。
更进一步的，所述半透膜包含聚四氟乙烯高分子防水透气膜。
在一些较为具体的实施方案中，所述的气体发生装置还包括支撑机构，其设置于第一腔室和第二腔室之间，并至少用以固定支撑所述半透膜。
进一步的，所述支撑机构包括一个或两个以上隔层，所述半透膜可以设置在一个隔层表面或设置在两个隔层之间。
进一步的，所述流体输送单元包括流体输送管道，所述流体输送管道上设置有控制装置，所述控制装置至少用以使第一反应物从第一腔室向第二腔室流动。
更进一步的，所述控制装置包括自动、半自动或手动控制的控制机构以及与所述控制机构连接的输送机构。
更进一步的，所述输送机构可以是自动、半自动或手动控制的输送机构，例如所述的输送机构可以包括泵或减压阀；所述的输送机构先使第一腔室内的流体进入流体输送管道，之后经由所述的流体输送管道进入第二腔室。
进一步的，所述流体输送管道一端具有流体入口，所述流体入口设置于第一腔室内，另一端具有流体出口，所述流体出口设置于第二腔室内。
进一步的，所述第一腔室与第二腔室一体设置或者可拆卸的连接。
在一些较为具体的实施方案中，所述气体发生装置包括第一罐体和第二罐体，所述第二罐体设于第一罐体内，所述隔离机构与第二罐体上端的开口部密封配合而在第二罐体内形成第二腔室，所述第一罐体上端设置的上盖与隔离机构配合而在第一罐体中形成第一腔室。
优选的，所述第一反应物包括水或酸的水溶液。
优选的，所述第一反应物包括硼氢化物，例如硼氢化钠，硼氢化锂等。
与现有技术相比，本发明提供的气体发生装置中的半透膜可以使气体通过而隔绝水和固体粉末，因此可以很好地控制反应；并且第一腔室内的水可以冷却反应产生的水蒸气，从而起到回收水的作用，并同时清洗并冷却反应产生的气体；第二腔室的可拆卸装置，可以使第一腔室不拆卸的情况下来替换第二腔室的反应物，操作简便。另外，由于第一腔室和第二腔室是联通的，其全部空腔体积可以作为产生的气体的缓冲体积，可以用较小的罐体积，储存较多气体。而且由于罐体内部的压力是均衡的，半透膜不需要耐压，所以可以使用非常薄的半透膜。
附图说明
图1是本发明实施例1一种紧凑型气体发生装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1一种紧凑型气体发生装置装入反应物的结构示意图；
图3是本发明实施例2中一次性小容量半自动氢气发生器的结构示意图。
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。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种气体发生装置，包括：
第一腔室，其至少用以储存呈流体状的第一反应物，且在所述第一腔室上设置有排气口；
第二腔室，其至少用以储存第二反应物，所述第二反应物能与第一反应物接触反应而产生气体；
隔离机构，其设置于第一腔室和第二腔室之间，所述隔离机构包括至少用以隔离第一腔室和第二腔室的半透膜；
流体输送单元，其至少用以将第一腔室内的第一反应物输入第二腔室。
进一步的，所述半透膜包含防水透气膜，可以使气体渗透而隔绝液体和固体通过。
更进一步的，所述半透膜包含聚四氟乙烯高分子防水透气膜。
在一些较为具体的实施方案中，所述的气体发生装置还包括支撑机构，其设置于第一腔室和第二腔室之间，并至少用以固定支撑所述半透膜。
进一步的，所述支撑机构包括一个或两个以上隔层，所述半透膜可以设置在一个隔层表面或设置在两个隔层之间。
优选的，所述隔层的材质可以是能够支撑第一腔室流体反应物的材料，例如不锈钢等。
具体的，所述的隔离机构可以是由硬的防水透气材料形成的自支撑的膜结构，例如由高分子防水透气材料和布料复合形成的防水透气面料(例如市面上出售的Gore-tex面料)；又或者所述的隔离机构还可以是具有防水透气结构自支撑材料，例如具有微孔结构的塑料板或金属板。
进一步的，所述流体输送单元包括流体输送管道，所述流体输送管道上设置有控制装置，所述控制装置至少用以使第一反应物从第一腔室向第二腔室流动。
更进一步的，所述控制装置包括自动、半自动或手动控制的控制机构以及与所述控制机构连接的输送机构。
优选的，半自动的控制机构可以是先由人工将能量储存在某一机构内之后缓慢释放，从而带动泵等设备输送流体，例如，半自动的控制机构可以包括发条组件。
更进一步的，所述输送机构可以是自动、半自动或手动控制的输送机构，例如所述的输送机构可以包括泵或减压阀；所述的输送机构先使第一腔室内的流体进入流体输送管道，之后经由所述的流体输送管道进入第二腔室。
进一步的，所述流体输送管道一端具有流体入口，所述流体入口设置于第一腔室内，另一端具有流体出口，所述流体出口设置于第二腔室内。
进一步的，所述第一腔室与第二腔室一体设置或者可拆卸的连接。
在一些较为具体的实施方案中，所述气体发生装置包括第一罐体和第二罐体，所述第二罐体设于第一罐体内，所述隔离机构与第二罐体上端的开口部密封配合而在第二罐体内形成第二腔室，所述第一罐体上端设置的上盖与隔离机构配合而在第一罐体中形成第一腔室。
优选的，所述第一反应物包括水或酸的水溶液。
优选的，所述第一反应物包括硼氢化物，例如硼氢化钠，硼氢化锂等。
在一些具体的实施方案中，所述第一反应物还包括酸、碱的水溶液，所述第二反应物物包括粉末状、块状或颗粒状的硼氢化物或硼氢化物与催化剂的混合物。
在一些实施方案中，所述第一反应物还包括粉末状、块状或颗粒状的金属。
进一步的，所述第一腔室上设有出气口，气体通过第一反应物的过滤，通过出气口将气体导出至负载设备，例如所述负载设备可以是燃料电池。
进一步的，在本发明的前述实施方案中，为保证各部分组件之间连接的密闭性，还可以在各组件连接部分设置密封圈等，或者其它有助于密封的结构或元件等。
进一步的，在本发明的前述实施方案中，所述第一腔室、第二腔室、流体输送管道可以是各种合适形态，例如桶状、罐状、管状等，但不限于此。
如下将结合附图对该技术方案、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1，一种紧凑型气体发生装置，其包括主罐体1以及设置于主罐体1上的罐盖2，主罐体1内设置有半透膜3和支撑机构4(半透膜3仅能允许气体透过，支撑机构4用以支撑半透膜3和第一腔室11内的反应物)，半透膜3和支撑机构4与主罐体1的侧壁密封连接，半透膜3、支撑机构4与主罐体1上端设置的罐盖2将主罐体1分隔形成第一腔室11和第二腔室12，第一腔室11位于第二腔室12上方，所述的半透膜3、支撑机构4设置于第一腔室11和第二腔室12之间，在罐盖2上设置有出气口13；其中支撑机构4包括分别设置在半透膜3两侧的隔层41、隔层42；流体输送单元包括流体输送管道54和设置在流体输送管道上的控制装置5，控制装置5包括自动、半自动或手动控制的控制机构以及与所述控制机构连接的输送机构，输送机构可以采用泵或减压阀；流体输送管道54一端的流体入口501设置在第一腔室11内，另一端的流体出口502穿过半透膜3和支撑机构4设置在第二腔室12内，输送机构可以将第一反应物经过流体输送管道从第一腔室11输入第二腔室12。
具体的，请参阅图2，可以将液体反应物001放入第一腔室11，固体反应物002放入第二腔室12，所述的液体反应物001能够和所述的固体反应物002反应生成气体；输送机构使液体反应物001从第一腔室11经由流体输送管道54进入第二腔室12与固体反应物002反应，生成的气体穿过半透膜3进入第一腔室11，并从出气口13排出。
实施例2
请参阅图3，一次性小容量半自动氢气发生器，其结构与实施例1中的紧凑型气体发生装置结构基本相同，其包括主罐体1以及设置于主罐体1上的罐盖2，主罐体1内设置有半透膜3和支撑机构4(半透膜3仅能允许气体透过，支撑机构4用以支撑半透膜3和第一腔室11内的反应物)，半透膜3和支撑机构4与主罐体1的侧壁密封连接，半透膜3、支撑机构4与主罐体1上端设置的罐盖2将主罐体1分隔形成第一腔室11和第二腔室12(第一腔室11的容积为400毫升，第二腔室12容为200毫升)，第一腔室11位于第二腔室12上方，所述的半透膜3、支撑机构4设置于第一腔室11和第二腔室12之间，在罐盖2上设置有出气口13；其中支撑机构4包括分别设置在半透膜3两侧的隔层41、隔层42；流体输送单元包括流体输送管道54和设置在流体输送管道上的控制装置5，控制装置5包括发条以及与发条连接的输送机构，输送机构为泵；流体输送管道54一端的流体入口501设置在第一腔室11内，另一端的流体出口502穿过半透膜3和支撑机构4设置在第二腔室12内，输送机构可以将第一反应物经过流体输送管道从第一腔室11输入第二腔室12。
具体的，在第一腔室11加300毫升水，第二腔室12加入硼氢化钠混合物的粉末100g，将第一腔室11的液体，利用人力将发条拧紧后，将储存在发条中的能量慢慢的驱动隔层泵，以使水缓慢进入到第二腔室12与硼氢化钠混合物的粉末混合反应生成氢气；当输出氢气压力低于0.1大气压的时候，将发条重新拧紧，重新开始反应；如此反复，直到反应停止；该发生器可以丢弃或者回收。
实施例3
可重复使用的小容量手动氢气发生器，其结构与实施例1或实施例2中的结构基本一致，不同之处在于本实施例中的氢气发生器包括第一罐体和第二罐体，第二罐体设于第一罐体内，隔离机构与第二罐体上端的开口部密封配合而在第二罐体内形成第二腔室，第一罐体上端设置的上盖与隔离机构配合而在第一罐体中形成第一腔室；以及本实施例中采用的控制装置5为人工控制的针管以及单向阀；第一腔室11的容积为800毫升，加600mL水和酸的混合液，第二腔室12容为200毫升，加入硼氢化钠混合物的粉末100g；将第一腔室11的液体，使用一个针管和单向阀，利用人力将水和酸的混合液抽到针管，然后压缩针管，将水和酸的混合液加入到第二腔室12发生反应生成氢气，当输出氢气压力低于0.1大气压的时候，重新利用针管加水，重新开始反应。如此反复，直到反应停止，该发生器可以重新加入水600毫升，然后重新加入粉末罐(即第二罐体)，重新开始反应制氢。
实施例4
大容量多次使用的产氢设备，其结构与实施例3中的氢气发生器的结构基本一致，不同之处在于本实施例中的控制机构采用自动控制的控制机构来实现将第一腔室内的液体导入第二腔室中，采用的控制装置电控泵；第一腔室11的容积为2升，加水1.5升，第二腔室12容积为0.4升，加入硼氢化钠和催化剂的粉末200g；用电控泵将第一腔室11中的水导入第二腔室中，在两个小时内将300g水输入到第二腔室12，将生成的氢气经出气口13导入到氢气火焰枪中，直至反应完全停止，没有氢气产生。将用完的的粉末罐更换成新的粉末罐(即第二罐体)，第一腔室11的水不更换或者只是添加补充，然后将第二个罐也反应完全；如此往复，循环使用。
实施例5
应用于汽车等的大型产氢设备，其结构可参阅图1-图3，第一腔室11的容积为10升，加水8升，第二腔室12容为5升，加入硼氢化钠和催化剂的粉末3kg；使用电控泵将第一腔室11的水输入到第二腔室内，根据汽车功率需要，将水用程序控制输入到第二腔室12，将生成的氢气导入到车用氢气燃料电池，或者氢气内燃机中。将用完的的氢气发生器，从车上取下，更换成新的；或仅替换第二腔室12的硼氢化钠和催化剂，以便下一次使用。
与现有技术相比，本发明提供的气体发生装置中的半透膜可以使气体通过而隔绝水和固体粉末，因此可以很好地控制反应；并且第一腔室内的水可以冷却反应产生的水蒸气，从而起到回收水的作用，并同时清洗并冷却反应产生的气体；第二腔室的可拆卸装置可以更方便的替换已使用的粉末。另外，由于第一腔室和第二腔室是联通的，其全部空腔体积可以作为产生的气体的缓冲体积，可以用较小的罐体积，储存较多气体；而且由于罐体内部的压力是均衡的，半透膜不需要耐压，所以可以使用非常薄的半透膜。
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 (9)

1.一种紧凑型气体发生装置，其特征在于包括：
第一腔室，其至少用以储存呈流体状的第一反应物，且在所述第一腔室上设置有排气口；
第二腔室，其至少用以储存第二反应物，所述第二反应物能与第一反应物接触反应而产生气体；
隔离机构，其设置于第一腔室和第二腔室之间，所述隔离机构包括至少用以隔离第一腔室和第二腔室的半透膜；
流体输送单元，其至少用以将第一腔室内的第一反应物输入第二腔室。
2.根据权利要求1所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于还包括支撑机构，其设置于第一腔室和第二腔室之间，并至少用以固定支撑所述半透膜。
3.根据权利要求2所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于：所述支撑机构包括所述支撑机构包括一个或两个以上的隔层，所述半透膜可以设置在一个隔层表面或设置在两个隔层之间。
4.根据权利要求1所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于：所述流体输送单元包括流体输送管道，所述流体输送管道上设置有控制装置，所述控制装置至少用以使第一反应物从第一腔室向第二腔室流动。
5.根据权利要求4所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于：所述控制装置包括自动、半自动或手动控制的控制机构以及与所述控制机构连接的输送机构。
6.根据权利要求5所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于：所述输送机构包括泵或减压阀。
7.根据权利要求1所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于：所述流体输送管道一端具有流体入口，所述流体入口设置于第一腔室内，另一端具有流体出口，所述流体出口设置于第二腔室内。
8.根据权利要求1所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于：所述第一腔室与第二腔室一体设置或者可拆卸的连接。
9.根据权利要求1所述的紧凑型气体发生装置，其特征在于：所述气体发生装置包括第一罐体和第二罐体，所述第二罐体设于第一罐体内，所述隔离机构与第二罐体上端的开口部密封配合而在第二罐体内形成第二腔室，所述第一罐体上端设置的上盖与隔离机构配合而在第一罐体中形成第一腔室。
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