CN202131086U - 一种动态自平衡气体发生装置 - Google Patents

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杨庆苏
王刚
赵长虹
刘萍
李帅
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Abstract

本实用新型提供了一种动态自平衡气体发生装置，包括气体发生罐、物料仓、气体出口，集气罩和气体调压口，所述集气罩设在气体发生罐的内部，其底端与气体发生罐底端贯通；所述物料仓为透水的网状结构，嵌套在集气罩的内部；所述气体调压口设在气体发生罐的顶部位于集气罩侧壁顶端与气体发生罐侧壁顶端之间的位置，气体出口设在气体发生罐的顶部位于集气罩的上方。本实用新型气体发生装置整个设备设计简单、体积小，重量轻，密封性能好，反应速度快，可以根据需要即时产气，即时使用，特别适用于移动设备上以氢气为燃料的燃料电池等发电装置。

Description

一种动态自平衡气体发生装置
技术领域
本实用新型涉及气体发生技术领域，具体涉及一种动态自平衡气体发生装置。
背景技术
迫于矿物能源的逐渐枯竭及环境问题的日益严重，我国及世界许多国家都把氢能技术和燃料电池的开发研究列为可持续发展的战略目标。当前燃料电池技术即将进入实用化，然而氢气的来源和供应一直是制约燃料电池应用推广的关键因素之一。其原因在于廉价、高纯度的氢气制备困难；氢气的贮存、运送还未得到有效解决，尤其是在战场、野外、偏远地区、灾区等特殊环境下要现场得到氢气就更困难了。虽然一些金属或金属氢化物如铝、镁、氢化钙、硼氢化钠等与水反应可以较简便的制取氢气，但其制氢过程难以控制，有的还需要把制取的氢气高压储存，不便于移动场合使用。
所以，现有制氢装置，不能解决在应急环境下为燃料电池等便携用氢设备可靠供氢。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种动态自平衡气体发生装置。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供动态自平衡气体发生装置，该装置包括气体发生罐、物料仓、气体出口，其中，所述气体发生装置还包括集气罩和气体调压口；所述集气罩设在气体发生罐的内部，其底端与气体发生罐底端贯通；所述物料仓为透水的网状结构，嵌套在集气罩的内部；所述气体调压口设在气体发生罐的顶部位于集气罩侧壁顶端与气体发生罐侧壁顶端之间的位置，气体出口设在气体发生罐的顶部位于集气罩的上方。
其中，所述气体发生装置还包括加料口。
其中，所述气体发生装置还包括排液口，该排液口作为废液排出口，也可以作为清污口。
其中，所述集气罩为不透气性罩状结构。
其中，所述物料仓织网目数为5～800目。
其中，所述物料仓的材质优选为：不锈钢、尼龙、含氟材料、玻璃纤维、聚砜、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯等金属及高分子材料。
其中，所述物料仓的底部不高于集气罩的高度。
其中，所述集气罩形状为：柱状、圆锥形、菱形、球形、长方形及其它特殊形状。
其中，所述集气罩材质优选为：不锈钢、尼龙、含氟材料、玻璃纤维、聚苯醚、聚砜、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯等金属及高分子材料。
其中，所述气体发生装置在外部环境温度-20～50℃条件下均可使用。
本实用新型的动态自平衡气体发生装置可用于常规的固液反应制备气体，优选用于制备氢气。
该气体发生装置与气体清洗装置及输气管路共同组成制氢装置，实现稳定供应氢气。
制氢时，集气罩内部反应室中助剂水溶液和金属物料相遇时发生反应产生氢气，当氢气产生的压力大于集气罩外部气体挤压室内的压力时，反应室内的气体会把助剂水溶液压离反应室，从而使助剂水溶液与金属物料分离，反应室内产氢反应自动停止；当需氢设备使用并消耗氢气时，反应室内的压力下降，压力小于气体挤压室内压力，气体挤压室内气体会将助剂水溶液体压回反应室内继续与金属物料发生反应放出氢气。如此循环，气体发生罐内始终保持一定的气体压力，保持动态自平衡，从而确保本实用新型装置的不间断制氢、供氢和使用安全。
终止反应的条件：氢气出口阀门关闭，金属物料与助剂水溶液由于压力作用分开或金属物料完全反应。
气体发生罐根据系统压力与需氢设备的用氢速度调节反应室内的制氢反应，控制反应物料接触面积和时间进而控制反应速度，保证氢气的稳定、足量供应，且保证装置安全稳定运行。
本实用新型具有以下积极效果：
本实用新型气体发生装置采用固态金属物料与助剂水溶液进行反应制氢的工艺方法。固态金属物料与助剂具有储存方便，运输便捷等优点，可以方便实现现场制氢。
本实用新型气体发生装置根据系统压力的动态自平衡与需氢设备的用氢速度调节集气罩内反应室反应，控制反应物料接触面积和时间从而控制反应速度，提高了制氢效率和反应物的利用率，保证氢气的稳定、足量供应，且保证装置安全稳定运行。
本实用新型气体发生装置整个设备结果简单、体积小，重量轻，密封性能好，反应速度快，可以根据需要即时产气，即时使用。供应的氢气量在设计范围内可控，氢气纯度高，流量稳定，不需要消耗电能和燃料，无污染，特别适用于移动设备上以氢气为燃料的燃料电池等发电装置。
本实用新型中的氢气制备所用原料无毒无味，原料利用率高且无副反应，制取的氢气纯度高。
本实用新型气体发生装置无能耗、反应后产物可以实现回收再利用。
综上所述，利用本实用新型提供的带有集气罩的动态自平衡气体发生装置利用金属制氢技术的优势，制备的氢气不仅压力满足需求而且品质较好，同时能够根据需求较好的控制反应速度，产气稳定，装置安全可靠且成本低。
附图说明
图1为本实用新型气体发生装置的结构示意图；
图2为本实用新型气体发生装置中的集气罩变形的结构示意图；
图3为本实用新型气体发生装置的气体发生时的状态图。
图中，
1-气体调压口            2-加料口
3-气体出口              4-物料仓
5-集气罩                6-气体发生罐
7-气体挤压室            8-反应室
9-排液口                10-集气室
11-物料                 12-助剂水溶液液面
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
结合附图1b对本实用新型所提供的动态自平衡气体发生装置中的气体发生装置结构作详细陈述如下：该装置包括气体发生罐6、物料仓4、气体出口3、集气罩5和气体调压口1；所述集气罩5设在气体发生罐6的内部，其底端与气体发生罐底端贯通，顶部与气体发生罐6顶盖密闭相连；所述物料仓4为透水的网状结构，嵌套在集气罩5的内部，其外侧壁和外底壁与集气罩6的内侧壁和底部留有空隙，物料仓4顶部与气体发生罐顶盖密闭相连，使其中的金属物料与气体发生罐6中的助剂水溶液发生反应产生气体；所述物料仓的底部不超出集气罩的开口端面；所述气体调压口1设在气体发生罐6的顶部位于集气罩5侧壁顶端与气体发生罐6侧壁顶端之间的位置，气体出口3设在气体发生罐的顶部位于集气罩的上方；所述气体发生装置内部空间被集气罩5和助剂水溶液的液面分成上部的气体挤压室7和集气室10，以及下部的反应室8；所述物料仓上方设有加料口2；气体发生罐底部设有排液口9。
打开气体发生罐6，并保持气体调压口1开放，将助剂和水加入气体发生罐6，然后将装好金属物料的料仓4置入气体发生罐6；关闭气体发生罐6、气体调压口1、加料口2和气体出口3，发生器开始反应。此时，如不向外供气，内部随着气压的上升达到反应平衡，随即反应停止。打开气体出口3，开始供气，反应再次开始。如果反应中途关闭气体出口3，反应区液面将低于物料仓4底部，反应又一次停止。
当需氢设备停止工作时，关闭气体出口3，供气结束，同时打开气体调压口1、加料口2，然后打开气体发生罐排出废液，或打开底部排液口9排出。
图2中的c、d、e是在图1a的基础上集气罩形状分别调整为外凸圆弧形、无底梯形和内凹的圆弧形。
图3为本实用新型气体发生装置的气体发生时的状态图，其中物料仓中加有物料11，助剂水溶液的液面12高于物料仓的底部。
实施例2
向附图1a所示气体发生罐内加入氢氧化钠240g，加水620g溶解；平均直径1mm的铝原料80g加入料仓，物料仓为30目的聚四氟乙烯网，二者发生反应产生氢气。1分钟后氢气开始输送，3分钟后系统趋于稳定，此后装置反应自动调节。10～60min内氢气输出速率保持在1～1.5L/min之间，90min后反应终止。
当需氢设备停止工作时，关闭气体出口3，供气结束，同时打开气体调压口1、加料口2，直接打开气体发生罐排出废液。
实施例3
将氢氧化钠150g加入附图1b所示气体发生罐，加水700g溶解；铝原料50g，平均直径0.6mm，加入物料仓，物料仓为40目的不锈钢网，二者发生反应产生氢气。1分钟后氢气开始输送，3分钟后系统趋于稳定，此后装置反应自动调节。10～35min内氢气输出速率保持在1～1.5L/min之间，40min后反应终止。
当需氢设备停止工作时，关闭气体出口3，供气结束，同时打开气体调压口1、加料口2，直接打开气体发生罐附图1b排液口9排出废液。
实施例4
利用附图1a所示气体发生罐，将175g铝加入物料仓，铝平均粒径为0.9mm，物料仓为30目的尼龙网；气体发生罐内加入315g氢氧化钠，水330g，铝与氢氧化钠发生反应产生氢气。1分钟后氢气开始输送，4分钟后系统趋于稳定，此后装置反应自动调节，稳定供氢气。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种动态自平衡气体发生装置，包括气体发生罐、物料仓、气体出口，其特征在于，所述气体发生装置还包括集气罩和气体调压口；所述集气罩设在气体发生罐的内部，其底端与气体发生罐底端贯通；所述物料仓为透水的网状结构，嵌套在集气罩的内部；所述气体调压口设在气体发生罐的顶部位于集气罩侧壁顶端与气体发生罐侧壁顶端之间的位置，气体出口设在气体发生罐的顶部位于集气罩的上方。
2.根据权利要求1所述的动态自平衡气体发生装置，其特征在于，所述气体发生装置还包括加料口。
3.根据权利要求1所述的动态自平衡气体发生装置，其特征在于，所述气体发生装置还包括排液口。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的动态自平衡气体发生装置，其特征在于，所述集气罩为不透气性罩状结构。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的动态自平衡气体发生装置，其特征在于，所述物料仓织网目数为5～800目。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的动态自平衡气体发生装置，其特征在于，所述物料仓的底部不超出集气罩的开口端面。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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