CN110255495A - 一种水解制氢为氢源的氢气呼吸机及其制氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水解制氢为氢源的氢呼吸机，涉及呼吸机技术领域，本发明包括溶液箱、第一管道、蠕动泵、加热丝、反应器、气液分离箱、废液收集箱、冷凝管、净化干燥管、吸氢嘴；溶液箱上的第一管道的一端与溶液箱连通，另一端与反应器顶端连通，蠕动泵与反应器之间设有加热丝；气液分离箱的顶端与反应器的底端连通，气液分离箱的底端与废液收集箱连通；冷凝管的一端与气液分离箱连通，另一端与净化干燥管的入口端连通，吸氢嘴与净化干燥管连通。本发明还公开采用上述氢呼吸机制备氢气的方法；本发明的有益效果在于：采用水解制氢，制氢反应简单且易于控制，制氢流量大且气体产物单一、氢气纯度高，流量稳定，流量大。
Description
技术领域
本发明涉及呼吸机技术领域，具体涉及一种水解制氢为氢源的氢气呼吸机及其制氢方法。
背景技术
2007年7月，日本医科大学太田教授在《自然医学》发表，动物呼吸2％的氢气就可有效清除自由基，显著改善脑缺血再灌注损伤。作为一种选择性抗氧化物质，氢气对很多疾病具有治疗作用，具有十分广泛的应用前景，彻底推翻了氢气属于生理性惰性气体的传统观点，并提示氢气可能是一种新的生物活性分子。这一发现，正式拉开了氢分子生物学效应的研究和相关产业的序幕。
资料表明，氢是分子最小、速度最快、渗透力最强的抗氧化剂、安全、无副作用，可帮助睡眠，改善疲劳，帮助消化，养颜美容，改善肤质，促进新陈代谢使排便顺畅，亦可有效代谢自由基达到维持健康的功效，因此用于具有制氢功能的氢呼吸机被广泛应用。
现有技术的氢呼吸机主要有三种方式：一是电解水制氢，此方式需要较大的电力消耗，适合固定电力充沛的地方应用，不适合携带且氢呼吸机价格昂贵；专利CN201710457586.8公开一种氢呼吸机，包括用以储水的储水箱、用以产生氢气的氢气发生装置和供电装置，氢气发生装置包括电解室，电解室内设有阴极片、阳极片和设置于阴极片和阳极片之间的透水隔气膜，阴极片、阳极片围成一电解区，透水隔气膜用以将电解区分隔成氢产生区和氧产生区，储水箱连通氧产生区，氢产生区用以富集氢气以排出，供电装置电连接阳极片和阴极片；一是甲醇制氢，此方式中的甲醇易挥发，具有毒性，常被应用于甲醇制氢发电，发出的电能供电解水电解制氢，结构繁杂且利用效率低，专利CN201520788581.X公开一种呼吸机，包括呼吸机本体、甲醇制氢系统、氢气发电系统，甲醇制氢系统、氢气发电系统、呼吸机本体依次连接；所述呼吸机本体包括气源、空氧混合器、主机、湿化器、外部管道；所述甲醇制氢系统利用甲醇水蒸气重整制备氢气，氢气通过镀有钯银合金的膜分离装置获得高纯度的氢气，获取的氢气通过氢气发电系统发电，发出的电能供呼吸机本体工作；一是氢化物氢化钙溶于水一次性制氢，此方式一次性化学反应过于激烈，且大量氢气一次生成不能及时被利用，会有一定的安全隐患，专利CN201621137171.X公开一种基于氢化物水解反应的氢气呼吸机，包括氢化物胶囊，水解反应器，气体洗瓶和吸氢管；水解反应器罐体与上盖通过垫片密封；水解反应器上盖装有顶针；气体出口管路上安装有气体洗瓶。
发明内容
本发明所要解决的问题之一在于提供一种采用水解制氢为氢源的氢呼吸机。
本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供一种水解制氢为氢源的氢呼吸机，包括溶液箱、第一管道、蠕动泵、加热丝、反应器、气液分离箱、废液收集箱、冷凝管、净化干燥管、吸氢嘴；
所述溶液箱上设有溶液进液口，所述溶液箱上设有第一管道，所述第一管道的一端与溶液箱连通，所述第一管道的另一端与反应器的顶端连通，所述第一管道上设有蠕动泵，所述蠕动泵与反应器之间设有加热丝，所述加热丝位于第一管道内或套设在第一管道外壁；
所述气液分离箱的顶端与反应器的底端连通，所述气液分离箱的底端与废液收集箱连通；所述冷凝管的一端与气液分离箱连通，所述冷凝管的另一端与净化干燥管的入口端连通，所述吸氢嘴与净化干燥管连通。
工作原理：将配制好的制氢溶液从溶液箱的溶液进液口倒入，启动蠕动泵，将溶液箱内的制氢溶液打入第一管道内，经第一管道内的加热丝对制氢溶液进行加热，加热后的溶液流入反应器内，与反应器内的催化剂反应，反应生成的气体进入冷凝管内，经冷凝后通入净化干燥管内，气体经净化干燥后，最后经过吸氢嘴内供人们吸氢；制氢产生的废液从气液分离箱的底端流入废液收集箱内。
有益效果：加热丝可以加热溶液，提高制氢效率，采用硼氢化钠水解或醇解制氢，制氢反应简单且易于控制，制氢流量大且气体产物单一、氢气纯度高。
优选的，所述冷凝管的外壁间隔设置多个散热翘片。
通过散热翘片对冷凝管进行散热。
优选的，所述气液分离箱与反应器之间设有卡箍。
通过卡箍将反应器固定在气液分离箱的顶端。
优选的，所述净化干燥管呈柱状，包括净化管和干燥管，干燥管套设在净化管外，所述净化管的下端设有气体出口；所述干燥管的外壁与净化管的外壁之间设有间隙，该间隙与净化管的外壁之间形成U形密闭空间，所述净化管的上端与冷凝管连通，所述干燥管与吸氢嘴连通。
优选的，所述气体出口上罩设有透气网。
优选的，所述干燥管的上端设有卡箍。
为提高净化管与干燥管之间的密封性，同时方便拆装，干燥管的上端固定有卡箍。
优选的，还包括箱体，所述废液收集箱和溶液箱位于箱体外部，所述蠕动泵、反应器、气液分离箱、冷凝管、净化干燥管位于箱体内部。
可以使呼吸机便于携带。
优选的，所述箱体的截面呈L形。
优选的，所述箱体内设有第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔室和第二腔室之间通过第一隔板分隔，所述第二腔室和第三腔室之间通过第二隔板分隔。
优选的，所述溶液箱的溶液进液口设有密封盖，所述密封盖的内壁设有内螺纹，所述溶液进液口的侧壁设有外螺纹，所述密封盖与溶液进液口螺纹连接；所述密封盖的中心设有连接管，所述第一管道的一端与连接管连通，所述第一管道的另一端与穿过箱体、与蠕动泵连接。
本发明的工作原理：将配制好的制氢溶液从溶液箱的溶液进液口倒入，启动蠕动泵，将溶液箱内的制氢溶液打入第一管道内，经第一管道内的加热丝对制氢溶液进行加热，加热后的溶液流入反应器内，与反应器内的催化剂反应，反应生成的气体进入冷凝管内，经冷凝后通入净化管内，净化后从净化管底端的气体出口流出，经干燥管内的干燥剂干燥，最后经过吸氢嘴内供人们吸氢；制氢产生的废液从气液分离箱的底端流入废液收集箱内。
本发明的有益效果在于：采用水解制氢，制氢反应简单且易于控制，制氢流量大且气体产物单一、氢气纯度高，水解氢呼吸机制氢流量稳定，且流量大，可达呼吸机通用流量5000ml以上；加热丝可以加热溶液，提高制氢效率。
本发明解决的技术问题之二在于提供一种采用上述氢呼吸机制备氢气的方法，所述制氢方法包括以下步骤：
(1)在溶液箱内加入制氢溶液，通过第一蠕动泵将制氢溶液打入第一管道，加热丝对第一管道内的制氢溶液进行加热，加热后的制氢溶液从第一管道流入反应器内；
(2)制氢溶液在反应器内反应后，产生的氢气和废液进入气液分离箱内，氢气从冷凝管流出，进入净化干燥管内，最后经过吸氢嘴；制备产生的废液流入废液收集箱内。
优选的，所述制氢过程中使用的制氢溶液为硼氢化钠水溶液，其中硼氢化钠的浓度为10-20wt％，多元醇的浓度为1-10wt％，水的浓度为80-90wt％。
优选的，制备产生的氢气经冷凝管冷凝，进入净化管净化后，再进入干燥管内干燥，最后经过吸氢嘴。
附图说明
图1为本发明实施例1中水解制氢为氢源的氢呼吸机的结构示意图；
图2为本发明实施例2中水解制氢为氢源的氢呼吸机的结构示意图；
图3为本发明实施例2中水解制氢为氢源的氢呼吸机的俯视图；
图4为图3中A方向剖视图；
图5为图3中B方向剖视图；
图6为发明实施例3中水解制氢为氢源的氢呼吸机的剖视图；
图中：溶液箱100；蠕动泵101；第一管道102；加热丝103；反应器104；气液分离箱105；废液收集箱106；冷凝管107；净化干燥管108；净化管1081；干燥管1082；透气网1083；吸氢嘴109；箱体110；第一腔室1101；第二腔室1102；第三腔室1103；第一隔板1104；第二隔板1105；第二管道111；流量计112；压力调节阀113；电磁阀114。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
一种水解制氢为氢源的氢呼吸机，如图1所示，包括溶液箱100、蠕动泵101、第一管道102、加热丝103、反应器104、气液分离箱105、废液收集箱106、冷凝管107、净化干燥管108、吸氢嘴109；
溶液箱100的形状和大小根据实际需要设定，溶液箱100上设置有溶液进液口(图未示)，其内部容纳制氢溶液，制氢溶液为硼氢化钠水溶液，其中硼氢化钠的浓度为10-20wt％，多元醇的浓度为1-10wt％，水的浓度为80-90wt％；
反应器104内固定有固体催化剂，催化剂的种类为现有技术，溶液箱100通过第一管道102与反应器104的顶端连通，第一管道102的一端与溶液箱100连通，第一管道102的另一端与反应器104连通，第一管道102上安装有蠕动泵101，蠕动泵101与第一管道102之间的安装方式为现有技术，通过蠕动泵101将溶液箱100内的制氢溶液从第一管道102流入反应器104内，反应器104的底端设有出液口；
水解水制氢应答时间一般为3-5min，为提高制氢反应的应答性，蠕动泵101与反应器104之间的第一管道102上安装有加热丝103，为控制加热丝103的启动加热和停止加热，加热丝103与电源连接，其连接方式为现有技术，电加热丝103固定安装在第一管道102内或套设在第一管道102外壁，当蠕动泵101中的制氢溶液通过时，加热丝103对制氢溶液进行加热，使加热后的溶液流入反应器104内，能与反应器104内的催化剂迅速反应，减少反应时间，其中第一管道102的材质为耐热材料，其为现有技术。
气液分离箱105的形状和大小根据实际需要设定，气液分离箱105的顶端设有废液进口，反应器104的底端套设在废液进口上，使气液分离箱105的顶端与反应器104的底端连通，为增强反应器104与气液分离箱105之间的连接的密封性，反应器104的底端套设有卡箍，废液从反应器104的出液口流入气液分离箱105内，气液分离箱105的底端设有废液出口；
废液收集箱106的形状和大小根据实际需要设定，废液收集箱106的顶端与气液分离箱105的下端连通，废液从气液分离箱105的废液出口流入废液收集箱106内；
气液分离箱105的上端与冷凝管107连通，冷凝管107的一端与气液分离箱105连通，冷凝管107的另一端与净化干燥管108的入口端连通，制氢反应生成的氢气从气体分离箱进入冷凝管107内；冷凝管107的外壁间隔设置多个散热翘片，对冷凝管107进行散热；
净化干燥管108呈柱状，净化干燥管108为双层结构，包括净化管1081和干燥管1082，干燥管1082套设在净化管1081外，净化管1081内容纳有净化剂，净化剂的种类为现有技术，其可以为分子筛，干燥管1082内容纳有干燥剂，干燥剂的种类为现有技术，其可以为氯化钙；净化管1081的下端设有气体出口，气体出口上罩设有透气网1083，干燥管1082的外壁与净化管1081的外壁之间设有间隙，该间隙与净化管1081的外壁之间形成U形密闭空间，干燥管1082沿其轴线的长度大于净化管1081沿其轴线的长度，净化管1081的上端与冷凝管107连通，净化干燥管108上的干燥管1082与吸氢嘴109连通，冷凝后的氢气流入净化管1081内，净化后从净化管1081底端的气体出口流出，经干燥管1082内的干燥剂干燥后，通入吸氢嘴109内，其中吸氢嘴109为现有技术。
本实施例的工作原理：将配制好的制氢溶液从溶液箱100的溶液进液口倒入，启动蠕动泵101，将溶液箱100内的制氢溶液打入第一管道102内，经第一管道102内的加热丝103对制氢溶液进行加热，加热后的溶液流入反应器104内，与反应器104内的催化剂反应，反应生成的气体进入冷凝管107内，经冷凝后通入净化管1081内，净化后从净化管1081底端的气体出口流出，经干燥管1082内的干燥剂干燥，最后经过吸氢嘴109内供人们吸氢；制氢产生的废液从气液分离箱105的底端流入废液收集箱106内。
本实施例有益效果：制氢溶液中的的碱液可以维持硼氢化钠溶液的稳定性，抑制其自发水解反应；多元醇可以抑制其水解产物硼酸钠快速结晶；
加热丝103可以加热溶液，提高制氢效率；采用硼氢化钠水解或醇解制氢，制氢反应简单且易于控制，制氢流量大且气体产物单一、氢气纯度高，水解氢呼吸机制氢流量稳定，且流量大，可达呼吸机通用流量5000ml以上。
实施例2
为使水解制氢为氢源的氢呼吸机便于携带，本实施例与实施例1的区别之处在于：还包括箱体110，如图2、图3、图4和图5所示，废液收集箱106、溶液箱100、吸氢嘴109位于箱体110外部，溶液箱100可以放置在箱体110的阶梯形面上，蠕动泵101、反应器104、气液分离箱105、冷凝管107、净化干燥管1082108位于箱体110内部，其具体位置可根据实际需要设定，只要满足将上述部件容纳在箱体110内部，同时可以正常运行即可。
箱体110包括第一箱体110和第二箱体110，高度较高的为第一箱体110，高度较低的为第二箱体110，第一箱体110和第二箱体110固定连接，第一箱体110内从上到下依次设有第一腔室1101、第二腔室1102和第三腔室1103，第一腔室1101和第二腔室1102之间通过第一隔板1104分隔，第二腔室1102和第三腔室1103之间通过第二隔板1105分隔。
第一腔室1101内容纳有蠕动泵101、第一管道102；第二腔室1102内容纳有反应器104、冷凝管107、气液分离箱105、净化干燥管1082108；第三腔室1103内容纳有第二管道111；
本实施例中箱体110的截面呈L形，溶液箱100放置在第二箱体110的顶面，溶液箱100顶端的溶液进液口上安装带有连接管的密封盖，溶液进液口外壁设有螺纹，密封盖的内壁设有内螺纹，密封盖与溶液进液口螺纹连接，连接管与密封盖的中心连通，当需要往溶液箱100中添加制氢溶液时，将密封盖打开，装入溶液；
第一管道102(图未示)的一端与溶液箱100的连接管连通，第一管道102的另一端穿过箱体110，与蠕动泵101连接；
反应器104的顶端设有进液口，进液口的一端穿过第一隔板1104，进液口的另一端与反应器104连通，第一管道102与反应器104的进液口连通；
气液分离箱105位于反应器104的下方，冷凝管107位于反应器104的侧面，气液分离箱105的下端设有第二管道111，第二管道111的一端与气液分离箱105的废液出口连通，第二管道111的另一端穿过第二隔板1105、箱体110侧壁，第二管道111的另一端与废液收集箱106连通，为方便清除废液收集箱106内的废液，将废液收集箱106安置在箱体110的外部；
冷凝管107通过第三管道(图未示)与净化管1081的上端连通，干燥管1082的侧壁设有第四管道(图未示)，第四管道的一端与干燥管1082的侧壁连通，第四管道的另一端穿过第一隔板1104和箱体110的顶部，第四管道的另一端与吸氢嘴109连接，气体经净化管1081净化和干燥管1082干燥后，通过第四管道通入吸氢嘴109内。
实施例3
为提高制氢过程的自动化程度，本实施例与实施例2的区别之处在于：如图6所示，还包括电路控制板(图未示)、电磁阀114、流量计112、压力调节阀113，其中电路控制板、电磁阀114、流量计112、压力调节阀113为现有技术；
电磁阀114安装在气液分离箱105与废液收集箱106的连接处，位于第三腔体内，与第三管道连通；流量计112安装在第一腔体内，压力调节阀113固定在箱体110顶面，产生的氢气从净化干燥管108流入后依次进入流量计112和压力调节阀113，最后进入吸氢嘴109内。
蠕动泵101、加热丝103、电磁阀114、流量计112、压力调节阀113均与电路控制板连接，实时监控系统气路压力反馈信号给电路控制板，待压力到达一个顶值时，电路控制板会控制蠕动泵101的快慢，从而调节制氢速率；电路控制板控制加热丝103的加热时间，加热完成后停止，可以节约能量；控制面板定时控制电磁阀114，将气液分离箱105内的废液导入废液收集箱106中；流量计112用以检测氢气的流量；
为提高用户体验度和使用安全性，还包括散热风扇(图未示)、音乐播放器(图未示)，其中散热风扇和音乐播放器均为现有技术，散热风扇和音乐播放器均与电路控制板连接，散热风扇安装在冷凝管107一侧，用以对冷凝管107进行散热；吸氢的同时也可打开控制面板上的音乐播放器开关供人们吸氢气时边吸氢边听音乐。
实施例4
采用实施例1或实施例2中的氢呼吸机制备氢气的方法
(1)在溶液箱内加入制氢溶液，通过第一蠕动泵将制氢溶液打入第一管道，加热丝对第一管道内的制氢溶液进行加热，加热后的制氢溶液从第一管道流入反应器内；制氢过程中使用的制氢溶液为硼氢化钠水溶液，其主要由以下重量份数的原料制成：硼氢化钠10-20份，多元醇1-10份，水80-90份；其中多元醇可以为乙二醇、丙二醇、丁二醇，但不仅限于乙二醇、丙二醇、丁二醇。
制氢溶液中的的碱液可以维持硼氢化钠溶液的稳定性，抑制其自发水解反应；多元醇可以抑制其水解产物硼酸钠快速结晶。
(2)制氢溶液在反应器内反应后，产生的氢气和废液进入气液分离箱内，氢气从冷凝管流出，进入净化管净化后，再进入干燥管内干燥，最后经过吸氢嘴最后经过吸氢嘴；制备产生的废液流入废液收集箱内。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：包括溶液箱、第一管道、蠕动泵、加热丝、反应器、气液分离箱、废液收集箱、冷凝管、净化干燥管、吸氢嘴；
所述溶液箱上设有溶液进液口，所述溶液箱上设有第一管道，所述第一管道的一端与溶液箱连通，所述第一管道的另一端与反应器的顶端连通，所述第一管道上设有蠕动泵，所述蠕动泵与反应器之间设有加热丝，所述加热丝位于第一管道内或套设在第一管道外壁；
所述气液分离箱的顶端与反应器的底端连通，所述气液分离箱的底端与废液收集箱连通；所述冷凝管的一端与气液分离箱连通，所述冷凝管的另一端与净化干燥管的入口端连通，所述吸氢嘴与净化干燥管连通。
2.根据权利要求1所述水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：所述冷凝管的外壁间隔设置多个散热翘片。
3.根据权利要求1所述水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：所述净化干燥管呈柱状，包括净化管和干燥管，干燥管套设在净化管外，所述净化管的下端设有气体出口；所述干燥管的外壁与净化管的外壁之间设有间隙，该间隙与净化管的外壁之间形成U形密闭空间，所述净化管的上端与冷凝管连通，所述干燥管与吸氢嘴连通。
4.根据权利要求3所述水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：所述净化管的气体出口上罩设有透气网。
5.根据权利要求3所述水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：所述干燥管的上端设有卡箍。
6.根据权利要求1所述水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：还包括箱体，所述废液收集箱和溶液箱位于箱体外部，所述蠕动泵、反应器、气液分离箱、冷凝管、净化干燥管位于箱体内部。
7.根据权利要求6所述水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：所述箱体的截面呈L形。
8.根据权利要求6所述水解制氢为氢源的氢呼吸机，其特征在于：所述箱体内设有第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔室和第二腔室之间通过第一隔板分隔，所述第二腔室和第三腔室之间通过第二隔板分隔。
9.一种采用权利要求1所述水解制氢为氢源的氢呼吸机制备氢气的方法，其特征在于：所述制氢方法包括以下步骤：
(1)在溶液箱内加入制氢溶液，通过第一蠕动泵将制氢溶液打入第一管道，加热丝对第一管道内的制氢溶液进行加热，加热后的制氢溶液从第一管道流入反应器内；
(2)制氢溶液在反应器内反应后，产生的氢气和废液进入气液分离箱内，氢气从冷凝管流出，进入净化干燥管内，最后经过吸氢嘴；制备产生的废液流入废液收集箱内。
10.根据权利要求9所述水解制氢为氢源的氢呼吸机制备氢气的方法，其特征在于：所述制氢过程中使用的制氢溶液为硼氢化钠水溶液，其主要由以下重量份数的原料制成：硼氢化钠10-20份，多元醇1-10份，水80-90份。
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