CN112250038B - 一种固体氢恒温反应氢气发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固体氢恒温反应氢气发生装置，其包括氢气发生装置，所述的氢气发生装置内储存有固体金属氢化物，氢气发生装置将产生的氢气输送至外界的氢气储存装置内；加水装置，所述的加水装置向氢气发生装置中加水；温度调节装置，所述的温度调节装置包括加热器以及散热装置，所述的加热器可对反应水或者水溶液进行启动时加热，所述的散热装置包括散热器和半导体制冷片，所述的散热器可对反应水或者水溶液进行散热，所述的半导体制冷片用于对氢气发生装置进行散热；本发明在常温常压下通过监控单元来实现对氢气量控制、氢气压力和反应温度定点控制使其具有更高的安全性和固体氢利用率。
Description
技术领域
本发明涉及氢气发电的技术领域，具体为一种固体氢恒温反应氢气发生装置。
背景技术
目前为氢燃料电池所配套的加氢制备和加氢站点少，高压阀罐，加氢设施配套能力不足，导致加氢难的现状；而且高压储氢罐储氢含量低，成本高，稳定性、循环性和安全性能不足，这也是目前氢燃料电池没有大规模普及的原因之一。
发明内容
本发明的主要目的在于针对上述存在的问题，固体氢恒温反应氢气发生装置在常温低压下工作，状态稳定，安全性更高，固体氢与水在常温常压下产生的氢气即产即用，可解决氢燃料电池加氢难、储氢、运氢环节中可能引发的一系列问题。所述固体氢恒温反应氢气发生装置可控产生，旨在于提供消除高压储氢罐的氢安全隐患，具有极高安全可控性、降低氢气存储和运输的成本、无环境污染、燃料加注方式简单安全可靠。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种固体氢恒温反应氢气发生装置，其包括
氢气发生装置，所述的氢气发生装置内储存有固体金属氢化物，氢气发生装置将产生的氢气输送至外界的氢气储存装置内；
加水装置，所述的加水装置向氢气发生装置中加水；
温度调节装置，所述的温度调节装置包括加热器以及散热装置，所述的加热器可对反应水或者水溶液进行启动时加热，所述的散热装置包括散热器和半导体制冷片，所述的散热器可对反应水或者水溶液进行散热，所述的半导体制冷片用于对氢气发生装置进行散热；
监控系统，所述的监控系统根据氢气的需求量调整输水量以及检测反应水或者水溶液的温度、检测排出氢气的压力。
进一步的，所述的加水装置包括水箱、电磁阀、加压水泵和第一单向阀，所述的加压水泵将水箱内的水通过输水管路经过第一单向阀输送至氢气发生装置，所述的电磁阀控制输水管的通断。
进一步的，所述的氢气发生装置的氢气排出管路上设置有第二单向阀。
进一步的，所述的加水装置还包括循环水箱、循环水泵，所述的循环水箱的顶部设置有排气阀，所述的循环水泵可从循环水箱吸入水或水溶液，并向所述氢气发生装置排水。
进一步的，所述的散热装置包括散热器和风扇。
进一步的，所述的监控系统包括温度传感器、压力传感器以及加压水泵控制器，所述的加压水泵控制器与加压水泵电性连接。
进一步的，所述的氢气发生装置上设置有弹簧式安全阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的固体氢恒温反应氢气发生装置，在常温常压下通过监控单元来实现对氢气量控制、氢气压力和反应温度定点控制使其具有更高的安全性和固体氢利用率。使得产生的氢气更加稳定、纯度更高。氢气即产即用，无需高压储氢罐提供氢气，具有极高安全可控性、降低氢气存储和运输的成本、无环境污染、燃料加注方式简单安全可靠，并可直接连接燃料电池为其供氢。
附图说明
图1为本发明的示意图。
其中:一号配管-1、二号配管-2、三号配管-3、四号配管-4、一号液路三通阀-5、五号配管-6、二号液路三通阀-7、六号配管-8、一号两位三通阀-9、七号配管-10、三号液路三通阀-11、八号配管-12、二号两位三通阀-13、九号配管-14、十号配管-15、十一号配管-16、三号两位三通阀-17、十二号配管-18、四号液路三通阀-19、十三号配管-20、进气管-21、一号弹簧式安全阀-22、二号弹簧式安全阀-23、三号弹簧式安全阀-24、十四号配管-25、四号弹簧式安全阀-26、五号弹簧式安全阀-27、六号弹簧式安全阀-28、十五号配管-29、七号弹簧式安全阀-30、八号弹簧式安全阀-31、九号弹簧式安全阀-32、一号排气管-33、二号排气管-34、三号排气管-35、四号排气管-36、一号气路三通阀-37、二号气路三通阀-38、三号气路三通阀-39、五号排气管-40、氢气发生装置-41、加热器-42、散热器-43、半导体制冷片-44、水箱-45、电磁阀-46、加压水泵-47、第一单向阀-48、循环水箱-49、循环水泵-50、风扇-52、温度传感器-53、压力传感器-54、第二单向阀-55。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参照附图，本发明提供一种固体氢恒温反应氢气发生装置，其通过固体氢与水反应，其化学式XH2+2H2O→X(OH)2+2H2或XH3+3H2O→X(OH)3+3H2，所表示的反应，由此产生氢气。
所述固体氢恒温反应氢气发生装置具有：
氢气发生装置41，所述的氢气发生装置内储存有固体金属氢化物，氢气发生装置将产生的氢气输送至外界的氢气储存装置内；
加水装置，所述的加水装置向氢气发生装置41中加水；
温度调节装置，所述的温度调节装置包括加热器42以及散热装置，所述的加热器可对反应水或者水溶液进行启动时加热，所述的散热装置包括散热器43和半导体制冷片44，所述的散热器43可对反应水或者水溶液进行散热，所述的半导体制冷片44用于对氢气发生装置进行散热；
监控系统，所述的监控系统根据氢气的需求量调整输水量以及检测反应水或者水溶液的温度、检测排出氢气的压力。所述的加水装置包括水箱45、电磁阀46、加压水泵47和第一单向阀48，所述的加压水泵47将水箱45内的水通过输水管路经过第一单向阀48输送至氢气发生装置41，所述的电磁阀46控制输水管的通断。
所述的氢气发生装置41的氢气排出管路上设置有第二单向阀55。
所述的加水装置还包括循环水箱49、循环水泵50，所述的循环水箱49的顶部设置有排气阀，所述的循环水泵50可从循环水箱49吸入水或水溶液，并向所述氢气发生装置41排水。
所述的散热装置包括散热器51和风扇52。
所述的监控系统包括温度传感器53、压力传感器54以及加压水泵控制器，所述的加压水泵控制器与加压水泵47电性连接。
所述的氢气发生装置41上设置有弹簧式安全阀。
水箱45，其用于储存水或者水溶液，通过加压水泵47和第一单向阀48向恒温舱进行补充反应水和冷却水保温作用；
配管包括一号配管1、二号配管2、三号配管3、四号配管4、五号配管6、六号配管8、七号配管10、八号配管12、九号配管14、十号配管15、十一号配管16、十二号配管18、十三号配管20、十四号配管25、十五号配管29，其与该水箱45、加压水泵47、第一单向阀48、循环水泵50、循环水箱49、散热器51、加热器43和所述氢气发生装置41连接；
加压水泵47，其通过将水箱45内的水进行加压，通过第一单向阀48和弹簧式安全阀将水喷入固体氢反应舱内，并通过二号配管2、三号配管3向所述氢气发生装置喷出的方式进行加压动作；
一号弹簧式安全阀22、二号弹簧式安全阀23、三号弹簧式安全阀24、四号弹簧式安全阀26、五号弹簧式安全阀27、六号弹簧式安全阀28、七号弹簧式安全阀30、八号弹簧式安全阀31、九号弹簧式安全阀32，其通过水或者水溶液压力超过弹簧的压紧力时，阀瓣顶开后，排出水或者水溶液由于下调节环的反弹而作用阀瓣加持圈上，使阀门迅速打开。随着阀瓣的上移，水或者水溶液冲击再上调节环上，使排水方向趋于垂直向下，排出水或者水溶液产生的反作用力推着阀瓣向上，并且在一定的压力范围内是阀瓣保持在足够的提升高度随着安全阀的打开，水或者水溶液不断排出，使至水或者水溶液压力逐步降低。此时弹簧的作用力将克服作用于阀瓣上的水或者水溶液压力和排出的反作用力，从而关闭安全阀；
第一单向阀48，其使水箱45内的水或者水溶液单向流入水管内，流体只能沿进水口流动，出水口介质却无法回流；
固体氢盒，其用于存储固体氢，其为常温常压盒，固体氢是通过氢气与金属反应生成的固体金属氢化物；
循环水箱49，其用于储存水或者水溶液，当水或者水溶液温度升高或降低时引起的溢水或补水，并在其顶端设有排气阀，当气体压力大于设定值后，气体将排出循环水箱；
循环水泵50，其以从循环水箱吸入水或水溶液，并通过十一号配管16、十二号配管18、十三号配管20向所述氢气发生装置排出的方式进行动作；
加热器43，其对所述反应水或者水溶液进行启动时加热；
散热器51，水或者水溶液在其芯内流动，空气在散热器外通过，热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温；
风扇51，其为所述散热器通过进气管21吹入空气，进行散热；
压力传感器54，其测量所述氢气发生装置生成氢气的压力值；
温度传感器53，其测量所述循环水经过加热器加热后，进入所述固体氢恒温反应氢气发生装置水或者水溶液的温度值；
一号液路三通阀5、二号液路三通阀7、三号液路三通阀11、四号液路三通阀19，其将水或水溶液进行分流，从流体一个入口流入，经分流后由两个出口流出；
一号气路三通阀37、二号气路三通阀38、三号气路三通阀39，其将氢气进行合流，气体从两个入口流入，合流后从一个出口流出；
一号两位三通阀9、二号两位三通阀13、三号两位三通阀17，其通过控制通断将水或水溶液进行液路流向进行控制；
电磁阀46，其通过控制通断将水箱内的水或水溶液通往水管；
第二单向阀55，其使所述固体氢恒温反应氢气发生装置产生的氢气单向流出，不会出现串气，氢气只能由所述固体氢恒温反应氢气发生装置流出，但无法回流；
一号排气管33、二号排气管34、三号排气管35、四号排气管36、五号排气管40，其与所述氢气发生装置和压力计连接；
半导体制冷片，半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现，从而来使至快速降温
氢气，其由所述固体氢恒温反应氢气发生装置产生；
九号配管14，其与二号两位三通阀13和散热器连接；
十号配管15，其与固体氢恒温反应氢气发生装置本体水管和循环水泵连接；
十一号配管16，其与循环水泵和三号两位三通阀17连接；
十二号配管18，其与三号两位三通阀17和四号液路三通阀19连接；
十三号配管20，其与循环水箱与散热器和三号两位三通阀17连接；
进气管21，其与所述散热器与风扇连接；
监控单元，其根据所述氢气的需求量，控制加压水泵使所述配管流通的水的量、控制加热器的加热时间、控制循环水泵的开启、控制散热器的开关状态、控制风扇的开关状态、控制制冷片的开启、根据压力计的数值控制氢气发生装置的反应速率；
在氢气发生装置中，通过打开电磁阀将水箱中所存储的水或者水溶液在重力作用下，通过配管一号配管1、二号配管2、三号配管3、四号配管4、五号配管6、六号配管8、七号配管10、八号配管12、九号配管14、十号配管15、十一号配管16、五号排气管40流入水管内，输送给氢气发生装置和冷却循环水路中；该电磁阀由监控单元控制；
通过启动加热器，并通过循环水泵、七号配管10、八号配管12、十号配管15、十一号配管16和一号两位三通阀9、二号两位三通阀13、三号两位三通阀17将水管内的水或者水溶液进行加热；该加热器、循环水泵、一号两位三通阀9、二号两位三通阀13、三号两位三通阀17由监控单元控制，通过循环水泵PWM控制调节水或者水溶液加热速度，通过调整加热器功率控制加热速度，通过控制两位三通阀开启位置来控制其开启方向；
当温度传感器判断温度达到设定值后，通过打开加压水泵将水或者水溶液加压到设定压力值后，在一号弹簧式安全阀22、二号弹簧式安全阀23、三号弹簧式安全阀24、四号弹簧式安全阀26、五号弹簧式安全阀27、六号弹簧式安全阀28、七号弹簧式安全阀30、八号弹簧式安全阀31、九号弹簧式安全阀32的作用下将水管内的水或者水溶液喷入至固体氢盒内，当水或者水溶液压力低于弹簧式安全阀开启值后，弹簧式安全阀将自动关闭，其中的水路单向阀起到水箱内的水或者水溶液单向流入水管内，流体只能沿进水口流动，出水口介质却无法回流；该加压水泵由监控单元控制加压值，该温度传感器信号传输至监控单元以读取当前该水管内水或者水溶液的温度值；
该氢气发生装置，通过一号弹簧式安全阀22、二号弹簧式安全阀23、三号弹簧式安全阀24、四号弹簧式安全阀26、五号弹簧式安全阀27、六号弹簧式安全阀28、七号弹簧式安全阀30、八号弹簧式安全阀31、九号弹簧式安全阀32所供给的水或者水溶液和固体氢盒内所供给的固体氢进行化学式XH2+2H2O→X(OH)2+2H2或XH3+3H2O→X(OH)3+3H2，所表示的反应，由此产生氢气。所产生的氢气通过一号排气管33、二号排气管34、三号排气管35、四号排气管36、五号排气管40与压力传感器、气路单向阀和一号气路三通阀37、二号气路三通阀38、三号气路三通阀39连接，从而将氢气源源不断的向外产出；该压力传感器信号传输至监控单元以读取当前该氢气发生装置内部氢气压力值。
由于该氢气发生装置产氢是放热反应，水管内的水温会不断增加，此时通过开启一号两位三通阀9、二号两位三通阀13、三号两位三通阀17的另一路让水或者水溶液避开加热器环节，流向散热器方向，并通过加热和散热模式来给所述氢气发生装置降温，通过风扇；该水路三通阀由监控单元控制，通过控制阀门调节冷却液流过的通道，该散热器由监控单元控制散热器风扇，通过PWM调节该风扇转速，空气在散热器外通过，热的冷却液由于向空气散热而变冷；
通过启动半导体制冷片可将氢气发生装置在极短时间内将水管内的水或者水溶液降低至停止反应温度，以用于氢气发生装置紧急停止功能；该半导体制冷片由监控单元控制；
考虑到水管内的水或者水溶液在温度升高或降低时引起的溢水或补水，故设置一个循环水箱，并在其顶端设有排气阀，当气体压力大于设定值后，气体将排出循环水箱；
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种固体氢恒温反应氢气发生装置，其特征在于，其包括
氢气发生装置，所述的氢气发生装置内储存有固体金属氢化物，氢气发生装置将产生的氢气输送至外界的氢气储存装置内；
加水装置，所述的加水装置向氢气发生装置中加水；
温度调节装置，所述的温度调节装置包括加热器以及散热装置，所述的加热器可对反应水或者水溶液进行启动时加热，所述的散热装置包括散热器和半导体制冷片，所述的散热器可对反应水或者水溶液进行散热，所述的半导体制冷片用于对氢气发生装置进行散热；
监控系统，所述的监控系统根据氢气的需求量调整输水量以及检测反应水或者水溶液的温度、检测排出氢气的压力；
其中，所述的加水装置包括水箱、电磁阀、加压水泵、第一单向阀、循环水箱和循环水泵，所述的加压水泵将水箱内的水通过输水管路经过第一单向阀输送至氢气发生装置，所述的电磁阀控制输水管的通断，所述的循环水箱的顶部设置有排气阀，所述的循环水泵可从循环水箱吸入水或水溶液，并向所述氢气发生装置排水。
2.根据权利要求1所述的固体氢恒温反应氢气发生装置，其特征在于，所述的氢气发生装置的氢气排出管路上设置有第二单向阀。
3.根据权利要求1所述的固体氢恒温反应氢气发生装置，其特征在于，所述的散热装置包括散热器和风扇。
4.根据权利要求3所述的固体氢恒温反应氢气发生装置，其特征在于，所述的监控系统包括温度传感器、压力传感器以及加压水泵控制器，所述的加压水泵控制器与加压水泵电性连接。
5.根据权利要求4所述的固体氢恒温反应氢气发生装置，其特征在于，所述的氢气发生装置上设置有弹簧式安全阀。
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