CN110550599A - 一种水解制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水解制氢系统，所述水解制氢系统包括反应容器、输水装置、进水管、出水管和第一过滤装置；其中，所述反应容器上设有氢气出口、内部设有置物架，用于搁置待进行水解制氢的反应物块并使所述反应物块与所述反应容器的底部之间留有距离；所述进水管的第一端位于所述反应容器内、第二端连接至所述输水装置的进水口，所述第一过滤装置设置于所述进水管的第一端；所述出水管的第一端连接至所述输水装置的出水口、第二端位于所述反应容器内置物架的上方。本发明所提供的制氢装置具有结构简单，制氢速率可控，供氢速率平稳，响应时间短，无污染，安全可控等优点，适合为氢燃料电池以及其它需氢装置提供氢源。
Description
技术领域
本发明公开了一种安全可控多用途的简易水解制氢系统，属于水解制氢领域。
背景技术
氢能源作为一种高效无污染的清洁能源，在交通运输、国防军工、金属切割等领域有广泛的应用。氢气能源具有燃烧性能好、热值高、燃烧产物无毒无污染、利用率高、能减少温室效应等优点，是21世纪世界各国亟待推广使用的高效洁净能源。
以氢气为燃料的质子交换膜电池转化效率非常高，转化率能达到70％左右，高于现在最好的内燃机(40％)；同时兼具有寿命长、比功率高、环境友好等众多优点，被认为是理想的移动电源。近几年国际上报道出大量关于硼氢化物和金属铝基材料的产氢技术和制氢装置，极大地促进了质子交换膜电池的发展应用。同时，在众多产氢技术中，金属铝具有资源丰富，来源广，产氢量高(1245ml/1g Al)反应条件温和，产物可循环利用，无毒无污染等优点。硼氢化物，尤其是代表物硼氢化钠(NaBH4)，含有10.6wt％的氢，能和水反应放出全部氢气，反应条件简单，反应相对容易控制。
为了满足质子交换膜电池以及其它设备对氢气的需求，亟待开发出一种安全可控的制氢装置。制备相关的产氢装置，控制好反应条件就能产生持续稳定的氢气，供应以氢气为原料的质子交换膜电池和其他需氢装置。
使用铝合金和硼氢化物为原料等制氢材料与水反应制氢有很多优点，但是需要一种安全可控、结构简单的制氢装置。虽然目前报道出国内外的一些氢气制备装置，但是仍存在可控性不完善，结构复杂，存在大量辅助部件等许多缺陷，在实际应用中存在诸多不便。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水解制氢系统，以便能为耗氢装置稳定、安全、平稳地输送氢气。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水解制氢系统，其中，所述水解制氢系统包括反应容器、输水装置、进水管、出水管和第一过滤装置；其中，所述反应容器上设有氢气出口、内部设有置物架，用于搁置待进行水解制氢的反应物块并使所述反应物块与所述反应容器的底部之间留有距离；所述进水管的第一端位于所述反应容器内、第二端连接至所述输水装置的进水口，用于将所述反应容器下部的水送入所述输水装置，所述第一过滤装置设置于所述进水管的第一端；所述出水管的第一端连接至所述输水装置的出水口、第二端位于所述反应容器内置物架的上方，用于将来自所述输水装置的出水喷淋至所述置物架上的反应物块。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述水解制氢系统还包括第一输气管、气囊和第二输气管；所述第一输气管的一端通过所述氢气出口与所述反应容器连通、另一端连接至所述气囊，用于将来自所述反应容器的氢气送入所述气囊；所述第二输气管的一端连接至所述气囊，用于将所述气囊内的氢气送出。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述第一输气管上还设有单向阀和用于干燥所述第一输气管内气体的干燥器。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述反应容器内还沿纵向设有导流筒，所述置物架固定在所述导流筒的内壁上，所述导流筒的上端高于所述置物架，所述导流筒的下部与所述反应容器连通，以使进行水解制氢反应后顺导流筒而下的水可以流入反应容器内。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述导流筒的下端连接至所述反应容器的底端，所述导流筒下部的侧壁上设有一个或多个开孔以便排水；优选地，所述置物架呈网状或格栅状。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述氢气出口的正下方设有挡板，所述挡板的位置高于所述导流筒，用于使至少部分待排出的氢气折流后再经由所述氢气出口排出。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述氢气出口设置于所述反应容器的顶部，所述第一输气管连接至所述氢气出口的一端伸入所述反应容器，所述挡板与所述第一输气管伸入反应容器的一端垂直设置。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述进水管上还设有第二过滤装置，用于进一步过滤经所述第一过滤装置过滤后进入所述进水管内的水。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述第二输气管上沿气流方向还依次设有压力表和气阀。
根据本发明的水解制氢系统，优选地，所述第一过滤装置为套设在所述进水管第一端上的一层200目滤布。
本发明中，由于反应物块与水分离设置，从而可根据燃料电池需氢量和不同产氢原料设定不同的滴水速率来控制产氢速率，以期达到安全平稳的供氢效果，同时，水解所产生的副产物，比如沉淀或固相物质经水流冲击，可以高效地从反应物块上分离，从而有助于保持反应物块与水进行水解制氢反应的灵敏度，进而提高水解制氢反应中通过水流速率控制制氢速率的灵敏度，一举两得。另外，反应容器底部的水经过过滤再循环，可以进一步减少反应副产物的影响以提高制氢速率控制的灵敏度。
与同类制氢装置相比，本发明所提供的制氢装置具有结构简单，制氢速率可控，供氢速率平稳，响应时间短，无污染，安全可控等优点，适合为氢燃料电池以及其它需氢装置提供氢源。
附图说明
图1为本发明的水解制氢装置的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明，但本领域技术人员理解，本发明并不仅限于此。
如图1所示，在一种实施方式中，所述水解制氢系统包括反应容器4、输水装置1、进水管2、出水管3和第一过滤装置21；其中，所述反应容器4上设有氢气出口，例如设置在所述反应容器顶部或上部侧壁的氢气出口，以便排出水解制氢所得氢气。
所述反应容器4内部设有置物架41，用于搁置待进行水解制氢的反应物块42并使所述反应物块42与所述反应容器4的底部之间留有距离，以便进行水解制氢反应时，反应物块42可以保持在反应容器4下部的水浴之上；所述反应物块42可以是本领域所熟知的可以进行水解制氢反应的那些固相物块，例如铝镓铟锡合金或硼氢化钠等等；所述置物架41可以通过多种方式固定在反应容器4内部以便搁置反应物块42，例如通过支架焊接固定至反应容器4内壁，为本领域所熟知，这里不再赘述。在一个实施例中，所述置物架41呈网状或格栅状等带有空隙的结构，以使与反应物块5进行水解反应后的水可以顺畅地下流至反应容器4下部汇集成水浴而不是在置物架41处汇集，从而更好地控制水解反应的进行。
在一个实施例中，所述反应容器4内还沿纵向设有导流筒43，所述置物架41固定在所述导流筒43的内壁上，所述导流筒43的上端高于所述置物架41，以便于水解反应。所述导流筒43的下部与所述反应容器4连通，以使进行水解制氢反应后顺导流筒43而下的水可以流入反应容器4内。优选地，所述导流筒43的下端连接至所述反应容器4的底端，以封闭导流筒43下端；所述导流筒43下部的侧壁上设有一个或多个开孔以便排水，并有利于减少排出的水中的固相颗粒/沉淀产物。
在一个实施例中，所述氢气出口的正下方设有挡板44，所述挡板44的位置高于所述导流筒43，用于使至少部分待排出的氢气折流后再经由所述氢气出口排出，以减少待排出的氢气中夹带的水分，比如当水解产氢速率较快时，氢气中夹带的水汽较多，设置挡板44可以有效脱除其中的水汽。所述挡板44可以是平板状，或者在平板上设置起伏或凹凸结构，以提高水汽脱除效果。
所述进水管2的第一端位于所述反应容器4内，以吸取反应容器4下部水浴中的水，所述进水管2的第二端连接至所述输水装置1的进水口，用于将所述反应容器4下部的水送入所述输水装置1。所述输水装置1可以是本领域常用的输水设备、水泵等，为本领域所熟知，例如蠕动泵等，这里不再赘述。
所述第一过滤装置21设置于所述进水管2的第一端，以滤除待吸入进水管的水中的至少部分颗粒物；所述第一过滤装置21可以是本领域常用的过滤器件，在一个实施例中，所述第一过滤装置21为套设在所述进水管2第一端上的一层200目滤布。优选地，所述进水管2上还设有第二过滤装置22，用于进一步过滤经所述第一过滤装置21过滤后进入所述进水管2内的水，本领域技术人员理解，所述第二过滤装置22的过滤精度优选不小于第一过滤装置21。
所述出水管3的第一端连接至所述输水装置1的出水口、第二端位于所述反应容器4内置物架41的上方，用于将来自所述输水装置1的出水喷淋至所述置物架4上的反应物块42，以便进行水解制氢反应。
在一种实施方式中，所述水解制氢系统还包括第一输气管5、气囊7和第二输气管6；所述第一输气管5的一端通过所述氢气出口与所述反应容器4连通、另一端连接至所述气囊7，用于将来自所述反应容器4的氢气送入所述气囊7；优选地，所述第一输气管5上还设有单向阀51和用于干燥所述第一输气管5内气体的干燥器52。所述气囊7用于存储和缓和制得的氢气。所述第二输气管6的一端连接至所述气囊7，用于将所述气囊7内的氢气送出；优选地，所述第二输气管6上沿气流方向还依次设有压力表71和气阀72，以进一步检测和控制来自气囊内的氢气流。
在一个具体实施例中，所述氢气出口优选设置于所述反应容器4的顶部，所述第一输气管5连接至所述氢气出口的一端伸入所述反应容器4，所述挡板41与所述第一输气管5伸入反应容器4的一端垂直设置，以进一步提高水汽脱除效果。
运行时，将可以水解制氢的固体反应物块置于置物板上，开启输水装置，水或水溶液通过出水管喷淋至反应物块上，从而发生水解制氢反应，所得氢气产物自第一输气管送入气囊后再由第二输气管送出；其余反应产物则被未反应的水顺流冲下进入反应容器底部水浴；同时，水浴的部分水则经过滤后由进水管循环至输水装置，以便循环利用。
Claims (10)
1.一种水解制氢系统，其特征在于，所述水解制氢系统包括反应容器、输水装置、进水管、出水管和第一过滤装置；其中，所述反应容器上设有氢气出口、内部设有置物架，用于搁置待进行水解制氢的反应物块并使所述反应物块与所述反应容器的底部之间留有距离；所述进水管的第一端位于所述反应容器内、第二端连接至所述输水装置的进水口，用于将所述反应容器下部的水送入所述输水装置，所述第一过滤装置设置于所述进水管的第一端；所述出水管的第一端连接至所述输水装置的出水口、第二端位于所述反应容器内置物架的上方，用于将来自所述输水装置的出水喷淋至所述置物架上的反应物块。
2.根据权利要求1所述的水解制氢系统，其特征在于，所述水解制氢系统还包括第一输气管、气囊和第二输气管；所述第一输气管的一端通过所述氢气出口与所述反应容器连通、另一端连接至所述气囊，用于将来自所述反应容器的氢气送入所述气囊；所述第二输气管的一端连接至所述气囊，用于将所述气囊内的氢气送出。
3.根据权利要求2所述的水解制氢系统，其特征在于，所述第一输气管上还设有单向阀和用于干燥所述第一输气管内气体的干燥器。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的水解制氢系统，其特征在于，所述反应容器内还沿纵向设有导流筒，所述置物架固定在所述导流筒的内壁上，所述导流筒的上端高于所述置物架，所述导流筒的下部与所述反应容器连通，以使进行水解制氢反应后顺导流筒而下的水可以流入反应容器内。
5.根据权利要求4所述的水解制氢系统，其特征在于，所述导流筒的下端连接至所述反应容器的底端，所述导流筒下部的侧壁上设有一个或多个开孔以便排水；优选地，所述置物架呈网状或格栅状。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的水解制氢系统，其特征在于，所述氢气出口的正下方设有挡板，所述挡板的位置高于所述导流筒，用于使至少部分待排出的氢气折流后再经由所述氢气出口排出。
7.根据权利要求6所述的水解制氢系统，其特征在于，所述氢气出口设置于所述反应容器的顶部，所述第一输气管连接至所述氢气出口的一端伸入所述反应容器，所述挡板与所述第一输气管伸入反应容器的一端垂直设置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的水解制氢系统，其特征在于，所述进水管上还设有第二过滤装置，用于进一步过滤经所述第一过滤装置过滤后进入所述进水管内的水。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的水解制氢系统，其特征在于，所述第二输气管上沿气流方向还依次设有压力表和气阀。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的水解制氢系统，其特征在于，所述第一过滤装置为套设在所述进水管第一端上的一层200目滤布。
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| CN112290067A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-29 | 艾氢技术(苏州)有限公司 | 一种基于固体氢的果酸催化水合生氢发电装置 |
| CN112403429A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-02-26 | 艾氢技术(苏州)有限公司 | 一种基于固体氢的果酸水溶液生氢装置 |
| CN112290067B (zh) * | 2020-09-21 | 2023-11-17 | 艾氢技术(苏州)有限公司 | 一种基于固体氢的果酸催化水合生氢发电装置 |
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