CN110526211B - 一种便携式化学制氢系统 - Google Patents
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Abstract
一种便携式化学制氢系统，包括：供水单元，具体为可重复使用并拆卸的水袋或水盒，便于快速获取水源；制氢单元，通过输水管道与供水单元连接，制氢单元内部设置有可与水通过化学反应制备氢气的具体包含但不仅限于以硼氢化钠为主的制氢材料；处理单元，通过输气管道与制氢单元连接，依次包括散热装置、分水装置和干燥装置；分水装置内设置有包覆有防水透气材料的过滤柱，本方案设计的制氢系统设备机构简单、控制简便、除水、除杂效率高，可60度甚至90度以上短时间内倾倒，适用于大部分野外制氢所需场景，保证了设备的便携特点。
Description
技术领域
本发明属于氢气制备与供应技术领域，具体涉及一种便携式化学制氢系统。
背景技术
目前针对便携式燃料电池野外用氢困难，有几种应急供氢方案，氢瓶储氢、储氢材料储氢、甲醇重整制氢、化学制氢（硼氢化钠）等方式；由于重甲醇制氢存在设备体积重量较大，造价高昂、启动时间长等缺点，无法满足气象制氢的便携要求，如授权号为CN202808344的文件公开的一种高效制氢系统就存在上述问题；而以目前硼氢化钠制氢为主的化学制氢系统，如授权号为CN204022465的文件公开了一种便携式制氢-供氢系统，包括贮有制氢剂的储料容器、作为供制氢场所的反应器和用于过滤并生成氢气的净化装置，但是该方案通过循环水冷却的效率较低，且制备的氢气中携带大量的水汽，效果不佳，设备复杂，操作繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式化学制氢系统，通过对制氢系统中添加处理装置，可以有效散热、除水汽、除杂，且效率高、操作简单，适于在野外燃料电池用氢所需的场景中使用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种便携式化学制氢系统，包括：
供水单元，具体为可重复使用并拆卸的水袋或水盒，便于快速获取水源；
制氢单元，通过输水管道与供水单元连接，制氢单元内部设置有可与水通过化学反应制备氢气的具体包含但不仅限于以硼氢化钠为主的制氢材料；
处理单元，通过输气管道与制氢单元连接，依次包括散热装置、分水装置和干燥装置；分水装置内设置有包覆有防水透气材料的过滤柱。
优选地，分水装置本体位于过滤柱柱体内处开设有出气口，位于柱体外处分别开设有进气口和排水口。
柱形的过滤柱，可以增加与气体的接触面积，使过滤的效率更高；传统的单层过滤膜过滤，过滤效率低，且水全部覆盖膜表面时会导致无法出气产生爆炸的安全隐患，因此，采用柱形过滤柱，即使设备大幅度倾倒，也不会让水全部覆盖膜表面导致无法出气，安全性更高。
优选地，分水装置本体位于过滤柱柱体体内分别开设有进气口和排水口，位于柱体外处开设有出气口。
进一步地，为了过滤柱的密封性，设置有固定防水透气材料的固定环和与固定环下端连接的固定柱，所述固定环包括第一固定环、第二固定环和连接第一固定环、第二固定环的密封件，所述密封件具体为U型，通过卡合的方式加固第一固定环和第二固定环的连接。
进一步地，所述密封件的上、下底板开设有固定通孔，对应地，第一固定环和第二固定环上也开设有通孔，螺栓依次通过上底板、第一固定环、第二固定环、下底板实现固定。
进一步地，所述密封件上开设有限位槽，限位槽内安装有紧固螺栓的限位件，所述限位件包括第一段部和第二段部，第一段部的一侧端与螺栓的底端侧面接触第一段部的另一端为圆弧状与第二段部连接。
优选地，分水装置内还设置有清除件，所述清除件包括第一固定杆和第二固定杆，第一固定杆上套设有旋转体，第二固定杆上安装有驱动旋转体的驱动件。
进一步地，驱动件包括驱动电机、与驱动电机输出端连接的连接杆及与连接杆连接的输出块，输出块的下表面设置有与旋转体的一端处设置的第一磁块相互磁力吸引的第二磁块；驱动电机通过连接杆带动安装有第二磁块的输出块转动，因为磁力的存在，旋转件被施加一个轴向力从而在第一固定杆上旋转，此时，旋转件的端部通过与过滤柱上的防水透气膜碰撞的方式将聚集的水珠敲落，起到减少膜上水的聚集的效果。
进一步地，所述旋转体靠近第一磁块的端部开设有固定槽，固定槽内设置有套设在安装在固定槽内的固定杆上的滚珠，起到碰撞时减少对膜的损耗作用的效果。
优选地，散热装置为铝翅片散热器或散热盘管；产气量大、放热多，氢气携带的水蒸气多的话就使用带风扇的铝翅片散热器，产气量小、放热少，氢气携带水蒸气少则使用散热盘管；干燥装置为干燥器，内装有混合床树脂、分子筛等干燥剂中的一种或多种用于工艺中最后清洁氢气。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明的制氢系统设备机构简单、控制简便、除水、除杂效率高，可60度甚至90度以上短时间内倾倒，适用于大部分野外制氢所需场景，保证了设备的便携特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明中分水装置的结构示意图。
图3为本发明中分水装置的结构示意图。
图4为本发明中过滤柱的局部结构示意图。
图5为本发明中过滤柱的局部结构示意图。
图6为本发明中清除件的结构示意图。
图7为本发明中清除件的局部结构示意图。
附图说明：1水盒/水袋、2制氢燃料盒、3散热装置、4分水装置、41过滤柱、411固定环、第一固定环4111、第二固定环4112、密封件4113、4113a限位件、第二段部4113a-1、第一段部4113a-2、4113b限位槽、4113c弹性件、413螺栓、进气口42、出气口43、排水口44、45清除件、451第一固定杆、452第二固定杆、453旋转体、4531第一磁块、4532固定槽、4533固定杆、4534滚珠、4535滚球、4536移动块、4537槽体、4538安装杆、4539弹簧、4536第四磁块、454驱动件、4541驱动电机、4542输出杆、4543输出块、4544第二磁块、455连接杆、4551第三磁块、5干燥装置、6水泵。
具体实施方式
实施例1
如附图1所示，一种便携式化学制氢系统，包括：一个制氢燃料盒2，包含但不仅限于以硼氢化钠加水制氢的材料；一个可以重复使用且可拆卸的水盒或水袋1，便于快速获取水源，通过输水管道与制氢燃料盒的进水口连接，管道上安装有可调速的水泵6，用于调节水速，控制产氢快慢；制氢燃料盒2的另一个出气口连接有散热装置3，具体可根据不同产气量调节为不同形式，产气量大、放热多，氢气携带的水蒸气多的话就使用带风扇的铝翅片散热器，产气量小、放热少，氢气携带的水蒸气少则使用散热盘管；散热装置3后端与分水装置4的进气口42连接，分水装置4的出气口43与干燥装置5连接，干燥装置5具体为一种干燥器，内装有混合床树脂、分子筛等一种或多种干燥剂，用于最后清洁氢气。
如附图2所示，分水装置4 内底部还安装有过滤柱41，分水装置4的出气口43开设在过滤柱41内部，柱状的过滤柱41上包覆有防水透气材料，具体可为但不限于无纺布、聚四氟乙烯，当携带一定水汽的氢气通过进入分水装置4内后，过滤柱41将水汽阻隔在过滤柱外，只通过气体，气体通过过滤柱41内部的出气口43进入下一步骤，阻隔的水汽积聚后形成水滴通过开设在分水装置4上的排水口44流出，柱形的过滤柱，可以增加与气体的接触面积，使过滤的效率更高；传统的单层过滤膜过滤，过滤效率低，且水全部覆盖膜表面时会导致无法出气产生爆炸的安全隐患，因此，采用柱形过滤柱，即使设备大幅度倾倒，也不会让水全部覆盖膜表面导致无法出气，安全性更高。
为了进一步提高防水过滤柱上的防水透气膜的严密性和防水性，如附图4所示，所述过滤柱41由安装在分水装置4本体上的若干个固定杆412及与固定杆412焊接的固定环411组成，防水透气膜通过粘接的方式整体固定在固定杆412上，对于易出现漏水、漏气的固定杆与固定环的连接处，进行特别的处理，具体为所述固定环411由与固定杆412连接的第二固定环4112和与第二固定环4112可拆卸连接的第一固定环4111，第一固定环4111和第二固定环4112中间可夹持防水透气膜，为了进一步提高第一固定环4111和第二固定环4112连接的紧密性，在第一固定环4111和第二固定环4112的两端分别设置有密封件4113对前述两者进行卡合，密封件4113主体为一个U型卡合块，U型的上、下卡合板上对应开设与螺栓413适配的螺纹孔，对应地，第一固定环4111和第二固定环4112同样开设有与螺栓413适配的螺纹孔，在下卡合板与螺栓413底部抵触的位置开设有限位槽4113b，限位槽内安装有限位件4113a，如附图5所示，限位件4113a整体为一个开口向螺栓413方向的U型件，具体地，分为第一段部4113a-2和第二段部4113a-1，第一段部4113a-2的端部为一个上短下长的斜面，与螺栓413的底部侧面抵触，第二段部4113a-1的端部也为一个上短下长的斜面，在螺栓413安装过程中，螺栓底部与第一段部4113a-2的斜面挤压产生一个挤压力，通过U型的弯道传递到第二段部4113a-1处，第二段部4113a-1会因为力的关系发生倾斜，使第二段部4113a-1端部的斜面完整与螺栓413的侧面贴合，从而使螺栓413安装后不会产生松动，并且使密封件4113与第二固定环4112间的空隙减小，密封件4113的上卡合板端部下表面可连接有弹性件4113c如橡胶等与第一固定环4111抵触，减少了磨损，同时进一步提高了第一固定环4111和第二固定环4112连接的紧密性。
工作原理：用水泵将水袋或水盒中的水缓缓泵入制氢燃料盒内，水接触混合物料后立刻反应制氢，制得的氢气通过散热装置散热，分水装置分水，干燥装置干燥过滤，输出纯净的氢气。
本实施例中未特别说明的连接方式可为本领域常用的焊接、粘接、螺接等方式。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，如附图3所示，分水装置4的进气口42与排水口44开设在过滤柱41内部，而出气口43开设在过滤柱41柱外。
如附图6所示，在分水装置4的底部还安装有一个清除件45用于对积聚在防水透气膜上的水滴通过碰撞的形式使其掉落；具体地，所述清除件45包括竖直安装在分水装置4本体上第一固定杆451和连接杆455以及与连接杆455连接的第二固定杆452，第一固定杆451上套设有一个异型的旋转体453，一端呈向端部缩小的形状，在靠近该端部处安装有第一磁块4531；第二固定杆452下表面安装有驱动件454，具体包括驱动电机4541、与驱动电机输出端连接的输出杆4542和与输出杆4542连接的输出块4543，输出快上安装有与第一磁块4531相互磁力吸引的第二磁块4544，工作时；电机驱动输出块从而驱动第二磁块旋转，第一磁块受磁力的影响带动旋转体在第一固定杆上旋转，旋转体的异型端部旋转到一定位置时与过滤柱碰撞，如此循环碰撞将积聚在防水透气膜上的水敲落下来，防止水的积聚影响气体通过。
进一步地，在旋转体453位于与第一固定杆451的连接处上安装有滚球4535，减少旋转时产生的摩擦阻力。
进一步地，在旋转体453旋转时由于磁力的作用可能会导致旋转体453偏斜，使效果不稳定，因此，在分水装置4上安装有第三磁块4551，与旋转体453的另一端上安装的第四磁块4536产生一个相互排斥的力用于平衡旋转体的受力问题。
本实施例的工作原理与实施例1相同。
实施例3
本实施例为实施例2的补充，在旋转体453的异型端处，为了减少与过滤柱膜碰撞产生的磨损，在该异型端处开设有固定槽4532，槽内通过固定杆4533安装有一个滚珠4534；固定杆4533与固定槽4532是一种弹性的连接关系，如附图7所示，固定杆4533的端部连接有移动块4536，移动块4536内部开设有通孔，套设在安装在固定槽4532侧面开设的槽体4537内的安装杆4538上，且移动块的端面与槽体4537表面通过弹簧4539连接，这样使得旋转体453在与过滤柱碰撞时，滚珠4534在固定槽4532内有一个弹性复位效果，大大减少了摩擦的耗损。
本实施例的工作原理与实施例1相同。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种便携式化学制氢系统，包括：
供水单元，用于储存水体；
制氢单元，通过输水管道与所述供水单元连接，所述制氢单元内部设置有可与水通过化学反应制备氢气的制氢材料；
处理单元，通过输气管道与所述制氢单元连接，所述处理单元包括依次设置的散热装置（3）、分水装置（4）和干燥装置（5）；所述分水装置（4）本体内设置有包覆有防水透气材料的过滤柱（41）、以及清除件（45）；所述分水装置（4）本体在所述过滤柱（41）柱体外处开设有进气口（42）和排水口（44），在所述过滤柱（41）柱体内处开设有出气口（43）；
所述过滤柱（41）包括有用于固定防水透气材料的固定环（411）和与所述固定环（411）连接的固定柱（412），所述固定环（411）包括第一固定环（4111）、第二固定环（4112）和用于连接所述第一固定环（4111）、第二固定环（4112）的密封件（4113）；
所述清除件(45)包括第一固定杆（451）和第二固定杆（452），所述第一固定杆（451）上套设有旋转体（453），所述第二固定杆（452）上设置有驱动所述旋转体的驱动件（454）。
2.根据权利要求1所述的一种便携式化学制氢系统，其特征在于，所述密封件（4113）上设置有与螺栓（413）配合的固定通孔以及通过挤压的方式用于固定所述螺栓（413）的限位件（4113a）。
3.根据权利要求2所述的一种便携式化学制氢系统，其特征在于，所述限位件（4113a）包括第一段部和第二段部，所述第一段部位于开设在所述密封件（4113）表面的限位槽(4113b)的底部，所述第二段部一端与所述第一段部连接且所述第二段部的另一端通过抵触挤压的方式用于固定所述螺栓（413）。
4.根据权利要求1所述的一种便携式化学制氢系统，其特征在于，所述驱动件（454）包括驱动电机（4541）、与所述驱动电机（4541）输出端连接的输出杆（4542）、以及与所述输出杆（4542）连接的输出块（4543），所述输出块（4543）的下表面设置有与所述旋转体（453）一端处设置的第一磁块（4531）相互磁力吸引的第二磁块（4544）。
5.根据权利要求4所述的一种便携式化学制氢系统，其特征在于，所述旋转体（453）靠近所述第一磁块（4531）的端部开设有固定槽（4532），所述固定槽（4532）内设置有套设在安装在所述固定槽（4532）内的固定杆（4533）上的滚珠（4534）。
6.根据权利要求1所述一种便携式化学制氢系统，其特征在于，所述散热装置（3）为铝翅片散热器或散热盘管。
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