发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供了一种有电启动储氢材料固气反应产氢装置和一种无电启动储氢材料固气反应产氢装置。通过本发明发明所提供的储氢材料固气反应产氢装置,储氢材料以固气形式反应可使储氢系统获得较高的能量密度,可以提高储氢材料的反应转化率,可以有效规避应用场景中因产品方位变化积累液态水而存在的安全隐患。
本发明所提供的技术方案如下:
一种有电启动储氢材料固气反应产氢装置,包括:
储氢材料填料层,所述储氢材料填料层的外表面由反应腔覆盖;
一端开口且一端封闭的导流管,所述导流管的封闭端伸入到所述储氢材料填料层内,所述导流管的开口端连通所述储氢材料填料层外部,用于通入与所述储氢材料填料层反应的气体,在所述导流管上设置有若干导流孔,各所述导流孔位于所述储氢材料填料层内;
以及隔离所述储氢材料填料层和所述导流管的隔离层,所述隔离层可透过气体,并可隔离固体或液体。
上述技术方案所提供的有电启动储氢材料固气反应产氢装置中,导流管深入填料层内部,为水经过电加热产生的水蒸气提供了良好的气体流道。在导流管上进一步开若干导流孔,水蒸气通过该导流孔导入填料层,通过隔离层将气体流道和填料层隔开,减小填料层对气体流通阻力的影响,有利于形成气体在填料层中的分布。从而起到减小填料层对气体流通阻力的影响、实现气态反应物在填料层中的均布、提高了储氢材料的转化率和使用安全性的效果。
进一步的,各所述导流孔自所述导流管的开口端向所述导流管的封闭端的方向设置,至少一个所述的导流孔封堵有第一低熔点金属金属材料,至少一个所述的导流孔未封堵所述第一低熔点金属金属材料,所述第一低熔点金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。
上述技术方案采用第一低熔点金属材料对导流孔进行封堵处理,该金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。反应初期内部温度较低,进入该导流管的气态反应物通过指定的导流孔导入填料层,因此不论反应腔的应用场景及位置如何变化,水蒸气只能从指定的导流孔流出。随着储氢材料水解产氢反应的启动进行,反应腔内部温度逐渐升高,当温度超过金属材料熔点后,被封堵处理的预留导流孔露出,气态反应物或水吸收热量气化后可经由这些暴露的导流孔逸出导入填料层,直至被封堵的导流孔全部露出,始终保证水以气态的形式进入储氢材料填料层,避免有液态水在填料层中的积累而存在的安全隐患。
优选的,至少一个靠近所述导流管的封闭端的导流孔封堵有第一低熔点金属材料,所述第一低熔点金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。
上述技术方案封堵有第一低熔点金属材料的导流孔的设置简单,并可以达到效果。
进一步的:
封堵有所述第一低熔点金属材料的导流孔和所述储氢材料填料层之间的所述隔离层部分为第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层;
未封堵有所述第一低熔点金属材料的导流孔和所述储氢材料填料层之间的所述隔离层部分为可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层。
上述技术方案中,在设置的未封堵的导流孔和储氢材料填料层之间设置可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层,可以对液态水进行吸收,可以避免了液态水在填料层中的积累而存在的安全隐患。
具体的,所述第一低熔点金属材料选自镉、锡、铅、铟中的任意一种或多种的合金。
具体的,所述第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层选自铜网、镍网或不锈钢网中的任意一种。
具体的,所述可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层选自陶瓷纤维、硅酸铝纤维或玻璃纤维中的任意一种。
本发明还提供了一种无电启动储氢材料固气反应产氢装置,包括:
储氢材料填料层,所述储氢材料填料层的外表面由反应腔覆盖;
一端开口且一端封闭的导流管,所述导流管的封闭端伸入到所述储氢材料填料层内,所述导流管的开口端连通所述储氢材料填料层外部,用于通入与所述储氢材料填料层反应的液体,在所述导流管上设置有若干导流孔,各所述导流孔位于所述储氢材料填料层内;
隔离所述储氢材料填料层和所述导流管的隔离层,所述隔离层可透过气体,并可隔离固体或液体;
以及包裹部分所述隔离层的第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层,在所述第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层和所述隔离层之间设置有无电启动发生材料层。
上述技术方案所提供的无电启动储氢材料固气反应产氢装置中,导流管深入填料层内部,为液态水提供了良好的气体流道。导流管从下至上开有若干孔,引入液态水至“无电启动”发生层。在“无电启动”的反应初期,液态水经未封堵孔流出被吸水材料吸收,在无电启动发生层的纵向上使液态水均匀分布,增大液态水和无电启动发无电启生层的接触面积,减小液态水与化学材料反应气化的响应时间。第二可透过气体并可隔离固定或液体的耐高温多孔金属材料层可以将粉状储氢材料和“无电启动”化学材料阻隔,但对“无电启动”发生层产生的气态反应物具有良好的通透性。
进一步的,各所述导流孔自所述导流管的开口端向所述导流管的封闭端的方向设置,至少一个所述的导流孔封堵有第一低熔点金属金属材料,至少一个所述的导流孔未封堵所述第一低熔点金属金属材料,所述第一低熔点金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。
上述技术方案采用第一低熔点金属材料对导流孔进行封堵处理,该金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。反应初期内部温度较低,进入该导流管的液态水通过指定的导流孔导入无电启动发生层,经化学反应形成水蒸气,因此不论反应腔的应用场景及位置如何变化,液态水只能从指定的导流孔流出。随着储氢材料水解产氢反应的启动进行,反应腔内部温度逐渐升高,当温度超过金属材料熔点后,被封堵处理的预留导流孔露出,气态反应物或水吸收热量气化后可经由这些暴露的导流孔逸出导入填料层,直至被封堵的导流孔全部露出,始终保证水以气态的形式进入储氢材料填料层,避免了液态水在填料层中的积累而存在的安全隐患
优选的,至少一个靠近所述导流管的封闭端的导流孔封堵有第一低熔点金属材料,所述第一低熔点金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。
上述技术方案封堵有第一低熔点金属材料的导流孔的设置简单,并可以达到效果。
进一步的:
封堵有所述第一低熔点金属材料的导流孔和所述储氢材料填料层之间的所述隔离层部分为第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层;
未封堵有所述第一低熔点金属材料的导流孔和所述储氢材料填料层之间的所述隔离层部分为可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层。
上述技术方案中,导流管外部的分别用两种材料进行包裹,位于填料层中的封堵有第一低熔点金属材料导流孔,使用第一可透过气体并可隔离固定或液体的耐高温多孔金属材料层隔离,可以有效防止储氢材料阻塞导流管的导流孔但对气体具有良好的通透性。导流管的未封堵孔使用透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层包裹,该材料对气体具有良好的通透性能但可阻挡粉末透过,在“无电启动”的反应初期,液态水经未封堵孔流出被吸水材料吸收,在无电启动发生层的纵向上使液态水均匀分布,增大液态水和无电启动发无电启生层的接触面积,减小液态水与化学材料反应气化的响应时间。
具体的:所述第一低熔点金属材料选自镉、锡、铅、铟中的任意一种或多种的合金。
上述材料具有低熔点和较好的柔性。
具体的:所述第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层选自铜网、镍网或不锈钢网中的任意一种。
具体的:所述第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层选自铜网、镍网或不锈钢网中的任意一种。
具体的:所述可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层选自陶瓷纤维、硅酸铝纤维或玻璃纤维中的任意一种。
具体的:所述无电启动发生材料层完全覆盖所述可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层。
具体的:所述储氢材料填料层的外表面由反应腔覆盖。
本发明提出用一种低熔点、柔性较好的金属材料对有电启动储氢材料固气反应产氢装置和无电启动储氢材料固气反应产氢装置的预留导流孔进行封堵处理,金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度,金属材料良好的柔性能紧密封堵导流孔。反应初期内部温度较低,进入装置的气态反应物或液态水通过指定的导流孔导入填料层或“无电启动”发生层,因此不论反应腔的应用场景及位置如何变化,水蒸气或液态水只能从指定的导流孔流出。随着储氢材料水解产氢反应的启动进行,反应腔内部温度逐渐升高,当温度超过金属材料熔点后,被封堵处理的预留导流孔露出,气态反应物或水吸收热量气化后可经由这些暴露的导流孔逸出导入填料层,直至被封堵的导流孔全部露出,始终保证水以气态的形式进入储氢材料填料层,避免了液态水在填料层中的积累而存在的安全隐患。从实施效果来看,采用该机构储氢材料实施“有电启动”或“无电启动”制氢,反应腔可正立、倒立、水平或任意角度放置,储氢材料的有效转化率为70%~80%。另外通过该机构实施储氢材料固-气反应,利用的是化学材料反应热供水气化,无需消耗电能气化液态水。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
在一个具体实施方式中,如图1所示,有电启动储氢材料固气反应产氢装置包括:储氢材料填料层1、一端开口且一端封闭的导流管2以及隔离储氢材料填料层1和导流管2的隔离层。储氢材料填料层1的外表面由反应腔 8覆盖。
导流管2的封闭端伸入到储氢材料填料层1内,导流管2的开口端连通储氢材料填料层1外部,用于通入与储氢材料填料层1反应的气体,在导流管2上设置有若干导流孔3,各导流孔3位于储氢材料填料层1内。导流管 2可采用耐高温的金属材料,选自铜、不锈钢、铝合金或钛合金中的任意一种。
各所述导流孔3自所述导流管2的开口端向所述导流管2的封闭端的方向设置,至少一个所述的导流孔3封堵有第一低熔点金属金属材料9,至少一个所述的导流孔3未封堵所述第一低熔点金属金属材料9,所述第一低熔点金属材料9的熔点温度高于液态水的气化温度。具体的,至少一个靠近所述导流管的封闭端的导流孔封堵有第一低熔点金属材料,所述第一低熔点金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。具体的,第一低熔点金属材料9选自镉、锡、铅、铟中的任意一种或多种的合金。
隔离层可透过气体,并可隔离固体或液体。封堵有第一低熔点金属材料9的导流孔3和储氢材料填料层1之间的隔离层部分为第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层4。未封堵有第一低熔点金属材料 9的导流孔3和储氢材料填料层1之间的隔离层部分为可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5。具体的,第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层4选自铜网、镍网或不锈钢网中的任意一种,可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5选自陶瓷纤维、硅酸铝纤维或玻璃纤维中的任意一种。
有电启动储氢材料固气反应产氢装置用于“有电启动”,导流管2可采用耐高温的金属材料,金属材料的导流管通过焊接或螺纹连接与反应腔底部连接,金属材料选自铜、不锈钢、铝合金或钛合金中的一种,金属圆管直径 2~10mm。导流管2从下至上开有若干导流孔3,导流孔3的直径为0.5~5mm。位于储氢材料填料层底部的导流孔3不做封堵处理,其他的导流孔3使用第一低熔点金属材料9,进行封堵,该金属材料可选自镉、锡、铅、铟或由它们组成的合金中的一种,并且柔性较好。导流管2外部上、下两端分别用两种材料进行包裹,位于填料层中的上端使用一种第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料的直筒结构,材料可选自铜网、镍网、不锈钢网中的一种。该材料的直筒可以有效防止储氢材料阻塞导流管的导流孔,但对气体具有良好的通透性。
采用本发明所提供的有电启动储氢材料固气反应产氢装置制氢,反应初期内部温度较低,进入该装置的气态反应物通过指定的导流洞导入填料层,因此不论反应腔的应用场景及位置如何变化,水蒸气只能从指定的导流孔流出。随着储氢材料水解产氢反应的启动进行,反应腔内部温度逐渐升高,当温度超过第一低熔点金属材料的熔点后,被封堵处理的导流孔露出,气态反应物可经由这些暴露的导流孔逸出导入填料层,直至被封堵的导流孔全部露出,始终保证水以气态的形式进入储氢材料填料层,避免了液态水在填料层中的积累而存在的安全隐患。从实施效果来看,采用该有电启动储氢材料固气反应产氢装置实施“有电启动”制氢,反应腔可正立、倒立、水平或任意角度放置,储氢材料的有效转化率为70%~80%。
在一个具体的实施方式中,如图2所示,无电启动储氢材料固气反应产氢装置包括:储氢材料填料层1、一端开口且一端封闭的导流管2、隔离储氢材料填料层1和导流管2的隔离层以及包裹部分隔离层的第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层6。储氢材料填料层1的外表面由反应腔8覆盖。第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层6选自铜网、镍网或不锈钢网中的任意一种。
导流管2的封闭端伸入到储氢材料填料层1内,导流管2的开口端连通储氢材料填料层1外部,用于通入与储氢材料填料层1反应的液体,在导流管2上设置有若干导流孔3,各导流孔3位于储氢材料填料层1内。导流管 2可采用耐高温的金属材料,选自铜、不锈钢、铝合金或钛合金中的任意一种。
隔离层可透过气体,并可隔离固体或液体。各所述导流孔3自所述导流管2的开口端向所述导流管2的封闭端的方向设置,至少一个所述的导流孔 3封堵有第一低熔点金属金属材料9,至少一个所述的导流孔3未封堵所述第一低熔点金属金属材料9,所述第一低熔点金属材料9的熔点温度高于液态水的气化温度。具体的,至少一个靠近所述导流管的封闭端的导流孔封堵有第一低熔点金属材料,所述第一低熔点金属材料的熔点温度高于液态水的气化温度。具体的,第一低熔点金属材料9选自镉、锡、铅、铟中的任意一种或多种的合金。
封堵有第一低熔点金属材料9的导流孔3和储氢材料填料层1之间的隔离层部分为第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层4,第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层4选自铜网、镍网或不锈钢网中的任意一种。
未封堵有第一低熔点金属材料9的导流孔3和储氢材料填料层1之间的隔离层部分为可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5。可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5选自陶瓷纤维、硅酸铝纤维或玻璃纤维中的任意一种。
在第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层6和隔离层之间设置有无电启动发生材料层7。
在可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5和储氢材料填料层1之间设置第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层6,在第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层6和可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5之间设置有无电启动发生材料层7。无电启动发生材料层7完全覆盖可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5。
无电启动储氢材料固气反应产氢装置用于“无电启动”,导流管2可采用耐高温的金属材料,金属材料的导流管通过焊接或螺纹连接与反应腔底部连接,金属材料选自铜、不锈钢、铝合金或钛合金中的一种,金属圆管直径 2~10mm。导流管2从下至上开有若干导流孔3,导流孔3直径为0.5~5mm。位于“无电启动”发生层的导流孔3不做封堵处理,位于储氢材料填料层的导流孔3使用第一低熔点金属材料9进行封堵,该金属材料是镉、锡、铅、铟或由它们组成的合金中的一种,并且柔性较好。导流管2外部上、下两端分别用两种材料进行包裹,位于填料层中的上端使用一种第一可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料的直筒结构,材料可选自铜网、镍网、不锈钢网中的一种。该材料的直筒可以有效防止储氢材料阻塞导流管的导流孔,但对气体具有良好的通透性。位于“无电启动”发生层的下端使用一种可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5进行包裹,可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温吸水材料层5可选自陶瓷纤维、硅酸铝纤维、玻璃纤维中的一种,该材料对气体具有良好的通透性能但阻挡粉末透过。反应初期液态水经未封堵孔流出被吸水材料吸收,在无电启动发生层的纵向上使液态水均匀分布,增大液态水和无电启动发生层的接触面积,减小液态水与化学材料反应气化的响应时间。“无电启动”发生层选用第二可透过气体并可隔离固体或液体的耐高温多孔金属材料层6制成的圆筒结构填充无电启动化学材料,材料和选自是铜网、镍网、不锈钢网中的一种,该圆筒可以将粉末状的氢化镁和无电启动化学材料阻隔,但对无电启动发生层产生的气态反应物具有良好的通透性。
本发明导流孔所提供的无电启动储氢材料固气反应产氢装置,反应初期内部温度较低,进入该装置的液态水通过指定的导流孔导入“无电启动”发生层,因此不论反应腔的应用场景及位置如何变化,水蒸气或液态水只能从指定的导流孔流出。随着储氢材料水解产氢反应的启动进行,反应腔内部温度逐渐升高,当温度超过第一低熔点金属材料的熔点后,被封堵处理的预留导流孔露出,水吸收热量气化后可经由这些暴露的导流孔逸出导入填料层,直至被封堵的导流孔全部露出,始终保证水以气态的形式进入储氢材料填料层,避免了液态水在填料层中的积累而存在的安全隐患。从实施效果来看,采用该装置储氢材料实施“无电启动”制氢,反应腔可正立、倒立、水平或任意角度放置,储氢材料的有效转化率为70%~80%。另外通过该机构实施储氢材料固-气反应,利用的是化学材料反应热供水气化,无需消耗电能气化液态水。
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。