CN201381220Y - 一种即时自控氢气发生装置 - Google Patents

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Abstract

一种即时自控氢气发生装置，涉及硼氢化物催化水解制氢及与燃料电池联用。该装置利用内部反应室和罐体反应料液面之间的压力差作用，使反应料在反应室中的液面上下移动，调节反应料与催化剂的接触量，从而控制氢气的速度和氢气压力。由于制氢时反应室与外部燃料电池相通，反应室内的气压随外部氢气的需求变化而变化，可根据外部氢气的需求量来自动调节氢气的生成速度，即时自控供氢。该装置由罐体和盖体两部分组成，反应室连接在盖体上，催化剂床固定在反应室中，反应室底部与罐体中的反应料相通，反应料与催化剂床接触即发生氢气，经反应室顶部的氢气出口阀门通往燃料电池。该装置结构简洁，无密闭容器，安全易控，可根据需求即时自控发生氢气。

Description

一种即时自控氢气发生装置
技术领域
本实用新型涉及固体与液体接触发生气体的方法和装置，特别涉及硼氢化物溶液催化水解制氢以及与燃料电池联用。
背景技术
储供氢技术是当前限制燃料电池应用的首要因素。现有的储氢技术如高压气瓶、金属合金储氢、纳米炭材料等，均难以在常温、常压下为燃料电池提供足够的氢气。硼氢化物溶液催化水解化学制氢产氢量高(NaBH4水解的理论产氢量为10.8％，质量分数)，常温下，硼氢化物溶液与钌等催化剂接触，便能迅速产生氢气。而一种简便实用、安全易控的制供氢方法和装置是该技术实际应用的关键所在。
目前国内外对硼氢化物溶液催化水解制氢技术的研究主要集中在催化剂性能上，中国专利(公开号CN 101049907A)公布了一种氢气的制备方法及装置，该方法虽然实现了氢气的即时自控发生，但装置结构相对复杂，加工不便，且反应区与溶液区体积相当，使体系的单位体积制氢量至少降低了一倍，属于传统的其普发生器类装置。本实用新型在实现氢气即时自控发生功能的基础上，使装置的结构更为简单，装置加工、装卸更为方便，同时较大的提高了体系的单位体积制氢量。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、制氢密度高的硼氢化物溶液催化水解即时自控供氢的方法及装置。
为达到上述目的，该装置的结构是这样设计的：装置由罐体1和盖体2两部分组成，盖体2中包含加料口8、氢气出口阀门6和反应室3，催化剂床4以固定螺杆7固定在反应室3中；反应室3位于装置罐体1内部，顶端连接在盖体2上，反应室3的底部是开放的，反应室3底部与罐体1中的反应料5直接相通；氢气出口阀门6位于反应室3的顶部，外接燃料电池。
在上述装置中：盖体2上有加料口8，加料口8保持敞开，与大气相通，平衡反应室3的内部压力，还可通过加料口8加入反应料或移出废料；反应室3底部有固定催化剂床4的固定螺杆7，催化剂床4可以循环多次使用，也可以根据制氢需要随时更换。
该装置利用装置内部反应室3和罐体1中反应料5液面之间的压力差作用，使反应料5在反应室3中的液面上下移动，调节反应料5与催化剂床4的接触量，从而控制氢气的产生速度和氢气压力。由于制氢时反应室3与外部燃料电池相通，反应室3内的气压随外部氢气的需求变化而变化，从而实现该装置根据外部氢气的需求量来自动调节氢气的生成速度，达到即时自控供氢的目的。
本实用新型氢气发生方法操作步骤如下：将硼氢化物溶液反应料5加入到罐体1中，盖上盖体2，打开氢气出口阀门6时，反应料5进入反应室3与催化剂床4接触，发生氢气，氢气经出口阀门6通往燃料电池；当燃料电池消耗氢气量大于装置发生的氢气量时，与燃料电池相通的反应室3内的氢气压力降低，反应料5进入反应室3，反应室3内液面升高，与反应料5接触的催化剂量增加，制氢速度加快；当燃料电池消耗氢气量小于装置发生的氢气量，或者关闭氢气出口阀门6时，与燃料电池相通的反应室内3的氢气压力升高，将反应料5压出反应室，反应室3内液面下降，使与反应料5接触的催化剂量减少，制氢速度减缓，自动实现氢气发生与消耗的平衡控制。
本实用新型反应室3中的催化剂床4是过量的，保证制氢装置的氢气发生速度大于燃料电池中的氢气最大消耗速度，通过控制催化剂床4和反应料5量，达到可控产氢的目的，催化剂床4可以循环多次使用。
该装置结构简洁，无密闭容器，安全易控，可根据需求即时自控发生氢气。
附图说明
图1是自控氢气发生装置的结构示意图
图中1.罐体，2.盖体，3.反应室，4.催化剂床，5.反应料，6.氢气出口阀门，7.固定螺杆，8.加料口。
具体实施方式
本实用新型装置由罐体1和盖体2两部分组成，盖体2中包含加料口8、氢气出口阀门6和反应室3，催化剂床4通过固定螺杆7固定在反应室3中，反应室3的底部与罐体1中的反应料5直接相通，反应室3上部经氢气出口阀门6外接燃料电池，供应外需。
设置装置的罐体1容积为1000ml，反应室3所占容积为250ml，反应料5用量为700ml。反应料5采用30％NaBH4+5％NaOH的溶液，溶液可直接在罐体1中加入210g硼氢化钠固体和35g氢氧化钠固体，然后加入水配置而成。催化剂床4采用片状泡沫镍载钌催化剂，将泡沫镍卷成圆柱状催化剂床4，以固定螺杆7固定在反应室3中。起始时，氢气出口阀门6保持关闭，盖上盖体2，将氢气出口阀门6连接到燃料电池的氢气入口上。
需要氢气时，打开氢气出口阀门6，反应料5进入反应室3中与催化剂床4接触，氢气开始发生，此时，制氢装置便可根据燃料电池实际消耗氢气量来自动调节氢气的发生量：当燃料电池中氢气消耗增加时，则燃料电池内部及反应室3中的氢气压力降低，更多的反应料5进入反应室3，反应室3中的反应料5液面升高，使与反应料5接触的催化剂床4增多，产氢速度加快；当燃料电池中氢气消耗降低时，则燃料电池内部及反应室3中的氢气压力升高，将反应室3中的反应料5压出，反应室3中的反应料5液面降低，使与反应料5接触的催化剂床4减少，产氢速度减缓。不需要氢气时，关闭氢气出口阀门6，产生的氢气将反应室3中的反应料5完全压出，反应料5与催化剂床4分离，氢气停止发生。
加料口8始终保持敞开，与大气相通，用来平衡反应室3中的氢气压力。当反应料5消耗完时，可从加料口8移出废料和加入反应料5，也可拧开盖体2更换反应料5。催化剂床4可以循环多次使用。
该装置的罐体1和盖体2均采用耐热塑料，耐热100℃以上，防止装置因水解放热而变型。装有700ml 30％NaBH4+5％NaOH溶液的制氢装置总重量约为1kg，总体积约为1L，700ml反应料5中含硼氢化钠210g，可产生氢气22.7g，即254L氢气。1g氢对应的能量为33Wh，22.7g氢对应的总能量为749Wh，可供100W的燃料电池连续工作7小时，产氢速度为0.56L·min-1。据此，1kg装置整体的总制氢质量密度为2.27％，总能量密度为749Wh·kg-1，总体积密度为749Wh·L-1。

Claims (2)

1.一种即时自控氢气发生装置，其特征在于：装置由罐体(1)和盖体(2)两部分组成，盖体(2)中包含加料口(8)、氢气出口阀门(6)和反应室(3)，催化剂床(4)以固定螺杆(7)固定在反应室(3)中，反应室(3)位于装置罐体(1)的内部，连接在盖体(2)上，反应室(3)底部与罐体(1)中的反应料(5)直接相通，反应室(3)的底部是开放的，直接与罐体(1)中的反应料(5)相通，氢气出口阀门(6)位于反应室(3)的顶部，外接燃料电池。
2.根据权利要求1所述的即时自控氢气发生装置，其特征在于：盖体(2)上有加料口(8)，加料口(8)保持敞开，与大气相通平衡反应室(3)的内部气压，还可在加料口(8)中加入反应料(5)或移出废料；反应室(3)底部有固定催化剂床(4)的固定螺杆(7)，可以固定催化剂或更换催化剂，催化剂床(4)可以循环多次使用，可根据制氢需要随时更换。
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