CN109956448A - 自动可连续氢发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及装备技术领域，具体涉及一种自动可连续氢发装置，包括加料口、氢发仓、固态氢储罐、液体反应物储罐、储氢罐、收纳箱和氢发装置控制系统，氢发仓可分批次获取液体反应物和金属氢化物并作为二者反应器，收纳箱用于获取反应的副产物，可及时释放氢发仓的空间，储氢罐从氢发仓获取反应产生的氢气并存储，实现了氢发反应的连续化和可控化。

Description

自动可连续氢发装置
技术领域
本发明涉及装备技术领域，具体涉及一种自动可连续氢发装置。
背景技术
近年来，地球的环境问题日趋严重，尤其是汽车尾气排放的CO2、CO、S化物等，既给大气带来了温室效应，也给大气造成严重的污染。替代内燃机汽车的新能源汽车，越来越受关注，特别是氢燃料电池汽车，以零排放、续航能力长而著称。固态氢，非传统意义上氢气的固体形态，而是将氢与金属结合，以固体形态存在的金属氢化物。固态氢与液态氢、气态氢相比，不仅可以在常温下储藏，而且具有安全性高的优点。
现有技术的氢发装置，将金属氢化物一次性放进氢发，然后和液体反应物(水)混合，存在以下问题：1、无法在氢发工作过程中，为其连续添加金属氢化物和/或液体反应物，不能实现固态氢化物制氢的连续性；2、产生的副产物仍需要人工清理，而且没有成套的回收和后处理结构，导致资源浪费；3、由于需一次性容纳较多的固态氢化物，导致氢发装置体积很大；4、不利于实现固态氢化物制氢在新能源汽车及工业领域的产业化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种反应可控且自动连续、使用便捷、安全性高的氢发装置。
一种自动可连续氢发装置，其包括加料口9000、氢发装置控制系统8000、用于存放金属氢化物的固态氢储罐2000、用于存放液体反应物的液体反应物储罐4000、用于存储金属氢化物和液体反应物反应所得氢气的储氢罐3000、用于存储金属氢化物和液体反应物反应后的副产物的收纳箱5000；固态氢储罐2000通过第三输入管2001与氢发仓1000相连，液体反应物储罐4000通过第四输入管4001与氢发仓1000相连，储氢罐3000通过第二输出管3001与氢发仓1000相连，收纳箱5000通过第三输出管5001与氢发仓1000相连；
所述固态氢储罐2000通过第一加料管2003与加料口9000相连；所述液体反应物储罐4000通过第二加料管4004与加料口9000相连；所述收纳箱5000通过第一回收管5008与加料口9000相连。
优选的，所述氢发装置控制系统8000控制氢发仓1000分批次从固态氢储罐2000和液体反应物储罐4000分别获取金属氢化物和液体反应物，反应后得到氢气和固液混合物，然后控制储氢罐3000获取并存储氢气，控制收纳箱5000获取并存储固液混合物，然后根据储氢罐3000设定压力的需求，循环控制氢发仓1000再次从固态氢储罐2000和液体反应物储罐4000分别获取金属氢化物和液体反应物。
优选的，所述金属氢化物为粉末或粒状氢化镁，液体反应物为水或溶有酸性物质的水溶液；所述副产物为固态物或固液混合物。
优选的，所述第三输入管2001上设有第三输入阀2002，第三输入阀2002与氢发装置控制系统8000相连；
所述第四输入管4001上设有第四输入阀4002和第四输入泵4003，第四输入阀4002和第四输入泵4003与氢发装置控制系统8000相连；
所述第二输出管3001上设有第二输出阀3002和第二输出泵3003，第二输出阀3002和第二输出泵3003与氢发装置控制系统8000相连；
所述第三输出管5001上设有第三输出阀5002，第三输出阀5002与氢发装置控制系统8000相连。
优选的，所述收纳箱5000包括固体箱5003和集液箱5004，固体箱5003和集液箱5004之间设置过滤网5005。
优选的，所述固体箱5003上部通过第三输出管5001与氢发仓1000下端相连，第一回收管5008的一端端口与过滤网5005相连，另一端与加料口9000相连，集液箱5004通过第一回液管5006与液体反应物储罐4000相连。
优选的，所述第一回液管5006上设有第一回液泵5007，第一回液泵5007与氢发装置控制系统8000相连。
优选的，所述储氢罐3000还包括与其相连的第一输氢管3004，第一输氢管3004与氢动力设备相连，第一输氢管3004包括设置在其中的第一输氢阀3005，第一输氢阀3005与氢发装置控制系统8000相连。
优选的，所述氢动力设备是氢燃料电池及以氢气为能源的动力设备。
优选的，所述加料口9000还包括与氢发装置控制系统8000相连的传感器接口，传感器组包括多个传感器，分别用于检测液体反应物储罐4000内液体反应物的储存量、固态氢储罐2000内金属氢化物的储存量以及收纳箱5000内集液箱5004液体的液位。
优选的，所述储氢罐3000还包括用于检测储氢罐3000内气压的压力传感器。
优选的，所述氢发仓1000还包括与控制系统8000相连的量位传感器与压力传感器，以及加热和冷却装置的温度传感器。
优选的，所述加热装置可使用电或液体加热的方式为氢发仓1000加温。
优选的，所述冷却装置包括设置在氢发仓1000外侧的管道或腔体，可用散热膜、液体降温的方式为氢发仓1000降温。
本发明的可连续氢发装置包括加料口、氢发仓、固态氢储罐、液体反应物储罐、储氢罐、收纳箱和氢发装置控制系统，氢发仓可分批次获取液体反应物和金属氢化物并作为二者反应器，收纳箱用于获取反应的副产物，可及时释放氢发仓的空间，储氢罐从氢发仓获取反应产生的氢气并存储，实现了氢发反应的连续化和可控化，实现了反应副产物的回收和储存，而且，固态氢储罐、液体反应物储罐分别与加料口连接用于添加金属氢化物和液体反应物，同时收纳箱与加料口连接用于将副产物输出回收。提高了氢能源在汽车动力等领域使用、储存的便捷性和安全性，降低了投资成本。
附图说明
图1是本发明自动可连续氢发装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的自动可连续氢发装置，其包括加料口9000、氢发装置控制系统8000、用于存储金属氧化物的固态氢储罐2000、用于存放液体反应物的液体反应物储罐4000、用于存储金属氢化物和液体反应物反应所得氢气的氢储罐3000、用于存储金属氢化物和液体反应物反应后所得副产物的收纳箱5000；固态氢储罐2000通过第三输入管2001与氢发仓1000相连，液体反应物储罐4000通过第四输入管4001与氢发仓1000相连，氢储罐3000通过第二输出管3001与氢发仓1000相连，收纳箱5000通过第三输出管5001与氢发仓1000相连；
所述固态氢储罐2000通过第一加料管2003和加料口9000相连；所述液体反应物储罐4000通过第二加料管4004与加料口9000相连；所述收纳箱5000通过第一回收管5008与加料口9000相连。
本发明的可连续氢发装置包括加料口、氢发仓、固态氢储罐、液体反应物储罐、储氢罐、收纳箱和氢发装置控制系统，氢发仓可分批次获取液体反应物和金属氢化物并作为二者反应器，收纳箱用于获取反应的副产物，可及时释放氢发仓的空间，储氢罐从氢发仓获取反应产生的氢气并存储，实现了氢发反应的连续化和可控化，实现了反应副产物的回收和储存，而且，固态氢储罐、液体反应物储罐分别与加料口连接用于添加金属氢化物和液体反应物，同时收纳箱与加料口连接用于将副产物输出回收，提高了操作效率和便捷性。
本发明的自动可连续氢发装置的一个实施例如下：
本发明的自动可连续氢发装置包括氢发装置控制系统8000、氢发仓1000、固态氢储罐2000、储氢罐3000、液体反应物储罐4000、收纳箱5000和加料口9000。
所述固态氢储罐2000用于存储金属氢化物，其通过第三输入管2001与氢发仓1000相连，第三输入管2001包括设置在其中的第三输入阀2002，第三输入阀2002与氢发装置控制系统8000相连，固态氢储罐2000上部还通过第一加料管2003与加料口9000相连。
所述液体反应物储罐4000用于存储液体反应物，其通过第四输入管4001与氢发仓1000相连，第四输入管4001包括设置在其中的第四输入阀4002和第四输入泵4003，第四输入阀4002和第四输入泵4003分别与氢发装置控制系统8000相连，液体反应物储罐4000还通过第二加料管4000与加料口9000相连。
所述收纳箱5000用于从氢发仓1000获取并存储固液混合物，收纳箱5000包括固体箱5003和集液箱5004，固体箱5003和集液箱5004之间设置过滤网5005，固体箱5003上部通过第三输出管5001与氢发仓1000下端相连，第三输出管5001包括设置在其中的第三输出阀5002，第三输出阀5002与氢发装置控制系统8000相连，固体箱5003的下端通过第一回收管5008与加料口9000相连，第一回收管5008的端口穿过集液箱5004与过滤网5005相连，集液箱5004下部通过第一回液管5006与液体反应物储罐4000上部相连，第一回液管5006包括设置在其中的第一回液泵5007，第一回液泵5007与氢发装置控制系统8000相连。
所述储氢罐3000用于从氢发仓1000获取并存储氢气以及为氢动力设备提供氢气，通过第二输出管3001与氢发仓1000相连，第二输出管3001包括设置在其中的第二输出阀3002和第二输出泵3003，第二输出阀3002和第二输出泵3003分别与氢发装置控制系统8000相连。
所述氢动力设备指氢燃料电池及需要氢气为能源的动力设备。
如图1所示，为本发明的自动可连续氢发装置的另一个实施例：
本发明的自动可连续氢发装置包括氢发装置控制系统8000以及与氢发装置控制系统8000相连的氢发仓1000、固态氢储罐2000、储氢罐3000、液体反应物储罐4000、收纳箱5000和加料口9000。
所述固态氢储罐2000用于存储金属氢化物，其通过第三输入管2001与氢发仓1000相连，第三输入管2001包括设置在其中的第三输入阀2002，第三输入阀2002与氢发装置控制系统8000相连，固态氢储罐2000上部还通过第一加料管2003与加料口9000相连。
所述固态氢储罐2000内还设有用于实时检测固态氢储罐2000内金属氢化物储量的第一量位传感器。固态氢储罐2000内的金属氢化物在第三输入阀2002打开后，金属氢化物在重力的作用下落入氢发仓1000内，当氢发仓1000获得额定量的金属氢化物时，氢发装置控制系统8000控制第三输入阀2002关闭。第一量位传感器实时监测固态氢储罐2000内的金属氢化物的储量，反馈给氢发装置控制系统8000以便监测储量。
所述液体反应物储罐4000用于存储液体反应物，其通过第四输入管4001与氢发仓1000相连，第四输入管4001包括设置在其中的第四输入阀4002和第四输入泵4003，第四输入阀4002和第四输入泵4003分别与氢发装置控制系统8000相连，液体反应物储罐4000还通过第二加料管4000与加料口9000相连。
所述液体反应物储罐4000内设置第二量位传感器，第二量位传感器可实时监测液体反应物储罐4000内的液体反应物的储量。所述氢发装置控制系统8000控制第四输入阀4002打开、第四输入泵4003开启时，液体反应物在第四输入泵4003的作用下流入氢发仓1000，当液体反应物输出额定量时，第二量位传感器反馈给氢发装置控制系统8000，控制第四输入阀4002关闭，第四输入泵4003停止。氢发装置控制系统8000也可以通过第二量位传感器计算每次流出的液体反应物的量，对储罐4000内液体反应物的储量进行监测反馈给氢发装置控制系统8000。
所述收纳箱5000用于从氢发仓1000获取并存储固液混合物，收纳箱5000包括固体箱5003和集液箱5004，固体箱5003和集液箱5004之间设置过滤网5005，固体箱5003上部通过第三输出管5001与氢发仓1000下端相连，第三输出管5001包括设置在其中的第三输出阀5002，第三输出阀5002与氢发装置控制系统8000相连，固体箱5003的下端通过第一回收管5008与加料口9000相连，第一回收管5008的端口穿过集液箱5004与过滤网5005相连，集液箱5004下部通过第一回液管5006与液体反应物储罐4000上部相连，第一回液管5006包括设置在其中的第一回液泵5007，第一回液泵5007与氢发装置控制系统8000相连。
优选的，所述集液箱5004内设置液位传感器，液位传感器与氢发装置控制系统8000相连，当集液箱5004内液体达到一定液位后，液位传感器给氢发装置控制系统8000一个反馈信号，氢发装置控制系统8000控制第一回液泵5007开启，将集液箱5004内的液体泵入液体反应物储罐4000内。
优选的如图1所示，所述收纳箱5000依靠氢发仓1000内的氢气压力获取氢发仓1000内的副产物，氢发仓1000获取金属氢化物和液体反应物后，二者在氢发仓1000内发生反应，得到副产物，当氢发仓的气压小于设定值时，氢发装置控制系统8000控制第三输出管5001的第三输出阀5002开启，副产物在微量氢气压力的作用下，流入收纳箱5000的固体箱5003中，固体箱5003内的液体在重力作用下经过滤网5005自然流入集液箱5004，并得到沉积在过滤网5005上方的固态物。需要指出的是，所述固态物是指过滤后得到的含有少量液体的固液混合物。
需要指出的是，所述收纳箱5000也可以是不按图1所示的结构布置，当所述收纳箱5000布置在氢发仓1000的下方时，氢发仓1000反应后获取的金属氢化物和液体反应物，当氢发仓的气压小于设定值时，氢发装置控制系统8000控制第三输出管5001的第三输出阀5002开启，副产物在重力的作用下，自由流入收纳箱5000的固体箱5003中，固体箱5003内的液体在重力作用下经过滤网5005自然流入集液箱5004，并得到沉积在过滤网5005上方的固态物。需要指出的是，所述固态物是指过滤后得到的含有少量液体的固液混合物。
所述储氢罐3000用于从氢发仓1000获取并存储氢气以及为氢动力设备提供氢气，通过第二输出管3001与氢发仓1000相连，第二输出管3001包括设置在其中的第二输出阀3002和第二输出泵3003，第二输出阀3002和第二输出泵3003分别与氢发装置控制系统8000相连。
所述储氢罐3000还包括用于检测储氢罐3000内气压的压力传感器，当氢发仓1000压力达到额定值时，则氢发装置控制系统8000控制第二输出阀3002打开、第二输出泵3003开启，将氢发仓1000内的氢气送入储氢罐3000中，所述储氢罐3000还包括与其相连的第一输氢管3004，第一输氢管3004与氢动力设备相连，第一输氢管3004包括设置在其中的第一输氢阀3005，第一输氢阀3005与氢发装置控制系统8000相连，也可以与氢动力设备控制系统连接。
需要指出的是，本发明的自动可连续氢发装置的一些细节不限于以上实施案例的结构，如很多已公知的技术：
所述的加料口9000用于与固态加氢站相连，三管一体化的加料模式。不难想到的是，该装置的加料方式也可以是分别单独加料与回收副产物的结构。
所述的储氢罐3000还可以选择包括设置在第二输出管3001上的除湿、除味等装置。
所述的氢发仓1000还包括冷却装置，所述冷却装置可使用散热膜或液体降温的方式为氢发仓1000降温；进一步，降温液体可以采用液体反应物储罐4000内的液体，也可以使用其他降温液体为氢发仓1000降温。
本发明自动可连续氢发装置的氢气发生过程如下：
所述氢发仓1000内发生化学反应MgH2+H2O→Mg(OH)2+H2个，实际反应时，以确保MgH2反应完全，水或者酸性物质的水溶液是过量的，因此，氢发仓1000内金属氢化物和液体反应物反应后，分别得到氢气和副产物，副产物为固态物或固液混合物。
(1)所述氢发装置控制系统8000控制第三输入管2001的第三输入阀2002打开，向氢发仓1000加入额定量的金属氢化物，加毕，氢发装置控制系统8000控制第三输入阀2002关闭；
(2)所述氢发装置控制系统8000控制第四输入管4001的第四输入阀4002打开、第四输入泵4003开启，向氢发仓加入额定量的液体反应物，加毕，氢发装置控制系统8000控制第四输入阀4002关闭、第四输入泵4003停止，得到氢气和副产物；
(3)当氢发仓1000中的压力达到额定值时，所述氢发装置控制系统8000控制第二输出管3001的第二输出阀3002打开、第二输出泵3003开启，氢气在第二输出泵3003的作用下，由氢发仓1000进入储氢罐3000，当氢发仓1000中的压力小于设定值时，氢发装置控制系统8000控制第二输出阀3002关闭、第三输出泵3003停止.同时，氢发装置控制系统8000控制第三输出阀5002开启，副产物在氢气的压力下，由氢发仓1000流入收纳箱5000内，完毕后，氢发装置控制系统8000控制第三输入阀5002关闭；
(4)副产物进入收纳箱5000的同时，过滤网5005对副产物进行过滤，液体进入集液箱5004，当集液箱5004内的液体的液位达到一定值时，氢发装置控制系统8000控制第一回液泵5007开启，将集液箱5004内的液体转移至液体反应物储罐4000内。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种自动可连续氢发装置，其特征在于，其包括加料口(9000)、氢发装置控制系统(8000)、用于存放金属氢化物的固态氢储罐(2000)、用于存放液体反应物的液体反应物储罐(4000)、用于存储金属氢化物和液体反应物反应所得氢气的储氢罐(3000)、用于存储金属氢化物和液体反应物反应后的副产物的收纳箱(5000)；固态氢储罐(2000)通过第三输入管(2001)与氢发仓(1000)相连，液体反应物储罐(4000)通过第四输入管(4001)与氢发仓(1000)相连，储氢罐(3000)通过第二输出管(3001)与氢发仓(1000)相连，收纳箱(5000)通过第三输出管(5001)与氢发仓(1000)相连；
所述固态氢储罐(2000)通过第一加料管(2003)与加料口(9000)相连；所述液体反应物储罐(4000)通过第二加料管(4004)与加料口(9000)相连；所述收纳箱(5000)通过第一回收管(5008)与加料口(9000)相连。
2.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述氢发装置控制系统(8000)控制氢发仓(1000)分批次从固态氢储罐(2000)和液体反应物储罐(4000)分别获取金属氢化物和液体反应物，反应后得到氢气和固液混合物，然后控制储氢罐(3000)获取并存储氢气，控制收纳箱(5000)获取并存储固液混合物，然后根据储氢罐(3000)设定压力的需求，循环控制氢发仓(1000)再次从固态氢储罐(2000)和液体反应物储罐(4000)分别获取金属氢化物和液体反应物。
3.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述金属氢化物为粉末或粒状氢化镁，液体反应物为水或溶有酸性物质的水溶液；所述副产物为固态物或固液混合物。
4.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：
所述第三输入管(2001)上设有第三输入阀(2002)，第三输入阀(2002)与氢发装置控制系统(8000)相连；
所述第四输入管(4001)上设有第四输入阀(4002)和第四输入泵(4003)，第四输入阀(4002)和第四输入泵(4003)与氢发装置控制系统(8000)相连；
所述第二输出管(3001)上设有第二输出阀(3002)和第二输出泵(3003)，第二输出阀(3002)和第二输出泵(3003)与氢发装置控制系统(8000)相连；
所述第三输出管(5001)上设有第三输出阀(5002)，第三输出阀(5002)与氢发装置控制系统(8000)相连。
5.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述收纳箱(5000)包括固体箱(5003)和集液箱(5004)，固体箱(5003)和集液箱(5004)之间设置过滤网(5005)。
6.根据权利要求5所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述固体箱(5003)上部通过第三输出管(5001)与氢发仓(1000)下端相连，第一回收管(5008)的一端端口与过滤网(5005)相连，另一端与加料口(9000)相连，集液箱(5004)通过第一回液管(5006)与液体反应物储罐(4000)相连。
7.根据权利要求5所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述第一回液管(5006)上设有第一回液泵(5007)，第一回液泵(5007)与氢发装置控制系统(8000)相连。
8.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述储氢罐(3000)还包括与其相连的第一输氢管(3004)，第一输氢管(3004)与氢动力设备相连，第一输氢管(3004)包括设置在其中的第一输氢阀(3005)，第一输氢阀(3005)与氢发装置控制系统(8000)相连。
9.根据权利要求8所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述氢动力设备是氢燃料电池及以氢气为能源的动力设备。
10.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述加料口(9000)还包括与氢发装置控制系统(8000)相连的传感器接口，传感器组包括多个传感器，分别用于检测液体反应物储罐(4000)内液体反应物的储存量、固态氢储罐(2000)内金属氢化物的储存量以及收纳箱(5000)内集液箱(5004)液体的液位。
11.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述储氢罐(3000)还包括用于检测储氢罐(3000)内气压的压力传感器。
12.根据权利要求1所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述氢发仓(1000)还包括与控制系统(8000)相连的量位传感器与压力传感器，以及加热和冷却装置的温度传感器。
13.根据权利要求12所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述加热装置可使用电或液体加热的方式为氢发仓(1000)加温。
14.根据权利要求12所述的自动可连续氢发装置，其特征在于：所述冷却装置包括设置在氢发仓(1000)外侧的管道或腔体，可用散热膜、液体降温的方式为氢发仓(1000)降温。
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