CN203529924U - 一种制氢储氢为一体的集成供氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种制氢储氢为一体的集成供氢装置，由制氢装置、储氢装置、进出气管道系统三部分构成。制氢装置由外壳、蒸笼式内胆、方形密封法兰盖构成。储氢装置由方形外壳、密封法兰盖、内置储氢隔层构成。进出气系统由水蒸气输入系统、氢气输出系统、净化后的氢气输出系统构成。本实用新型将制氢装置安装在储氢装置内部，可以有效解决储氢装置所需氢源问题。干燥器、储氢隔层安装在所述集成供氢装置内部，为氢气的干燥提纯提供便利条件。本实用新型还解决了水解装置反应不可控制的难题。将制氢储氢集成为一整体，设计简单，节省空间，便于控制，为不同型号燃料电池提供较纯的氢气燃料，可适用于工业生产。

Description

一种制氢储氢为一体的集成供氢装置

技术领域

本实用新型属于氢制备与存储设备领域，尤其涉及一种集成供氢装置。 

背景技术

氢能是一种洁净高效的能源载体。氢能的规模化应用必须解决氢的制取、储运和应用三大相关技术。目前，制氢和储氢是单独分开的，通常将制氢设备中制得的氢气放置在储气罐中，再经压缩至储气瓶中。氢气多以高压气态形式作为燃料或原料，虽然高压储氢技术相对成熟，设备结构也相对比较简单，但长距离输还存在着一定困难，同时也增加了用户的成本。氢气密度小，液态储氢和气态储氢，效率低，成本高。人们在固态储氢领域进行了大量探索，但是氢源无法得到即时满足。在水解制氢领域，人们进行大量研究，但是反应过于剧烈，不便控制，无法可持续供氢。公开号为CN101877411A的专利，虽然设计一种水解供氢装置，内部固态燃料将吸水材料中液体吸出，避免反应过快，但是供氢速率没有办法得到可靠控制，固态燃料的亲水性小于吸水材料的吸水性，无法保证水解制氢反应可持续进行。公开号为CN201158714Y专利，提供一种移动式解水铝制氢装置，供氢部分由输氢管、制氢桶、冷凝过滤器、贮氢器、恒压供氢器、氢净化器组合后向用氢装置供氢，组装过于复杂。制氢，储氢，提纯由三大部分组成，不便携带。公开号为CN102212838A发明专利，实现了水电解制氢储氢一体化装置，但氢气和氧气的分离以及氢气的提纯问题没有涉及到，直接制得的氢气纯度无法满足燃料电池的工作要求，而且电解制氢装置消耗电能，从能源效率来讲，无法达到高效经济的目的。经检索，尚未发现将水解制氢装置与供氢装置为一体的集成装置，同时又能够解决水解制氢装置反应剧烈不便控制的难题，储氢装置需要的氢源无法得到即时满足的难题。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种即时自控的制氢储氢为一体的集成供氢装置。本实用新型由制氢装置、储氢装置、进出气路系统三部分构成。总体包括储氢装置密封法兰，储氢装置外壳，制氢装置外壳，置于内部的蒸笼式内胆，制氢装置密封法兰，制氢装置与储氢装置相连接的氢气输出系统，置于储氢装置内部的隔层，水蒸气输入系统以及净化提纯后氢气输出系统。所述集成供氢装置为一个整体，制氢装置安装在储氢装置内部。 

制氢装置为方形箱状结构，由外壳、蒸笼式内胆、方形密封法兰盖构成。水解制氢装置内部最好设有3个蒸笼式内胆，并且箱体左侧有两个卡槽，左侧下部设有开孔，开孔与底部蒸笼侧部开孔相对应。制氢装置与方形密封法兰盖相连接，法兰盖上设有开孔。其中，外壳左侧开设两个凹槽，方形密封法兰盖子中间设计通孔，内部蒸笼式内胆中间同时设计有开孔，与密封法兰盖保持同一垂直方向，保证装置的气密性。各层蒸笼中间开孔四周开设4个小孔，同时，底部蒸笼内胆和相对应的制氢装置外壳设计有开口，与氢气输出系统相连接。

储氢装置为方形箱状结构，由外壳、密封法兰盖、内置储氢隔层构成。储氢装置与方形密封法兰盖相连接，法兰盖上设有开孔。方形外壳左侧内部设有两个开槽，与制氢装置左侧的凹槽相对应，放置储氢合金粉的隔层置于两侧的凹槽之间，凹槽为多孔镍网。密封法兰盖有两个开孔，右边开孔与制氢装置的密封法兰盖垂直对齐，另一个开孔设置在法兰盖左侧，保证出气系统的顺利输出。 

进出气路系统由水蒸气输入系统、氢气输出系统、净化后的氢气输出系统构成。水蒸气输入系统集成阀门、水蒸气流量计、压力表，阀门、水蒸气流量计、压力表依次相连接。所述水蒸气输入系统通过外围的储氢装置，贯通制氢装置，系统管道侧部设有开孔。氢气输出系统集成干燥器、控制装置、出气单向阀门，干燥器、控制装置、出气单向阀门依次相连接。净化后的氢气输出系统集成压力表、氢气流速仪、氢气出气单向阀，压力表、氢气流速仪、氢气出气单向阀相连接。

本实用新型装配如下：水解制氢装置放置在储氢装置内部，靠右端，连接内部气体输出系统，将放置储氢粉的隔层放置在两个凹槽之间，安装密封法兰盖，将外围的进气系统和出气系统连接到位，安装完毕。

传统的制氢装置，水解反应时大量放热，反应不易控制，无法持续可控供氢，为了解决这一技术难题，本实用新型采用水蒸气取代液态水，通过控制水蒸气流速以及水蒸气和催化剂的接触面积，控制反应进度，达到安全可控的目的。水蒸气进气管道通过外部储氢装置，进入内部制氢装置，进气管道贯穿每一层蒸笼，进气管道侧部设计有开孔，便于水蒸气与固体燃料的充分均匀接触，有助于散热，更好的控制反应速度。每层蒸笼式内胆内放置固态燃料、催化剂粉末和一定比例的相变储能材料，即使水解反应放出一部分热量，相变材料也能够储存起来，保证反应的安全性。制氢装置上部与方型密封法兰连接，在固体燃料反应完全后，固体燃料更换方便，三个蒸笼组装好后置于制氢装置内部，装置左侧下部设置有出气通道，通孔贯通最底部蒸笼侧部和外壳侧部，左侧出气管道与干燥器相连，水解制得的氢气，内部掺杂水蒸气，为了满足燃料电池要求，必须进行干燥提纯。

干燥器和控制相连，最左端的阀门由控制装置控制，当压力大于2MPa，单向阀门自动打开，制氢装置内部的压力已初步达到外部储氢粉的工作压强。这时水蒸气雾化速率可以调小，与燃料电池所需要的供氢率保持平衡。制氢装置和储氢装置之间的凹槽，插入两层隔层，隔层上放置储氢粉，合金粉放置为两层，增加氢气与储氢合金分的接触，达到更好的传质传热效果。隔层下面是将制氢装置与储氢装置相连接的内部输出系统，这样设计使得储氢粉与干燥器等分离，避免污染储氢粉。 

随着水解反应的不断进行，外部储氢容器压强逐渐增大，初步达到外部储氢粉的工作压强，这样的优点是储氢合金粉的质量和储氢密度不用十分严格要求，因为合金粉与氢源相连，可以随时得到满足。这样设计能够更加高效的储氢，降低容器内压强，保证运输和使用更加安全。经过储氢合金粉吸收放出的氢气，纯度极高，满足不同燃料电池的作业要求。当燃料电池停止工作时，关掉右边的雾化阀门，气体压强小于2MPa时，左侧底部阀门自动关闭，供氢结束。

本使用新型具有如下优点和特点：

1、解决了水解制氢反应剧烈，大量放热，不便控制的难题。传统的水解制氢装置，供氢速率无法得到可靠控制，本实用新型通过控制水蒸气流速仪控制水蒸气流速，从而控制水蒸气与固态燃料的反应速度。

2、解决了水解制氢后期分离提纯的难题。内部的干燥装置吸收水蒸气，保证了氢气的干燥，隔层中安置的储氢合金粉起到储存净化的作用，比直接气态储氢或液态储氢相比储氢效率更高，更有效。

3、解决了储氢合金粉需要的氢气来源的问题。传统的固态储氢装置，为燃料电池提供氢源，虽然纯度达到要求，但是固态储氢装置本身需要的氢源无法得到及时满足。本实用新型将水解制氢装置与固态储氢装置相结合，可以为储氢合金粉随时提供氢源。

 4、操作简单，方便携带。本实用新型将制氢储氢集成为一整体，设计简单，节省空间，便于控制，为不同型号燃料电池提供较纯的氢气燃料，可适用于工业生产。

附图说明

图1是本实用新型的整体剖面图； 

图2是本实用新型整体俯视图；

图3是本实用新型整体内部立体图；

图4是本实用新型整体装置外观图；

图5是本实用新型储氢装置方形法兰式箱盖平面图；

图6是本实用新型内部制氢装置蒸笼式内胆立体图；

图7是本实用新型进出气管道平面图；

具体实施方式

下面结合附图，对实施方案做进一步说明 

实施例1

图1是本实施例固态储氢装置的总体剖面图，包括储氢装置密封法兰1、储氢装置外壳2、制氢装置外壳3、置于3内部的蒸笼式内胆4、5、6，制氢装置密封法兰7、制氢装置与储氢装置相连接的氢气输出系统8、置于储氢装置内部的隔层9、10，水蒸气输入系统11、以及净化提纯后氢气输出系统12； 

图3是本实用新型整体内部立体图，蒸笼式内壳4、5、6置于外壳3内，蒸笼6侧面开孔与外壳3侧面开孔相通，外围进气管道11贯通蒸笼内部，开孔底部与蒸笼底部保持一定距离，管道11侧部均有开孔，便于水蒸气与合金粉的充分接触，同时又不会过于剧烈。

图7是本实用新型进出气系统平面图，12-1是压力表，12-2是氢气流速仪，12-3是氢气出气单向阀。11-1是与雾化器相连接的阀门，11-2是水蒸气流量计，11-3是压力表。8-1是干燥器，8-2是控制装置，8-3是出气单向阀门。

本实用新型装配如下，首先将硼氢化物、催化剂、一定比例的相变材料置于三个蒸笼内部，相变材料可选择熔点在79.9℃结晶水硝酸镁无机材料。将蒸笼依次放入制氢装置内部，安装密封法兰7，将出气系统8连接到制氢装置，将放置储氢合金粉的隔层9、10置于储氢装置内部，上面放置好AB₅ 储氢合金粉，将外部密封法兰1安置到位，密封法兰如图5所示，密封法兰与罐体通过螺纹加螺栓密封，气体密封垫圈和循环水密封垫圈保证装置的气密性。将进气系统11和出气系统12连接到位，整体装配结束。

燃料电池需要工作时，打开阀门11-1，放出的水蒸气和氢气混合气体经过8-1干燥器干燥。最初反应时，水蒸气流量计11-2流量可调节大些，压力达到2MPA后，受控制装置控制的单向阀8-3打开，通过隔层9、10的开孔，氢气与AB₅储氢合金粉接触，随着压强的增大，初步达到了AB₅储氢合金粉工作要求，随着产生氢气增多，压强逐渐增大，储氢装置内达到了储氢合金粉的充放氢平衡。此时水蒸气流量计11-2可稍微调节偏小，与燃料电池的供氢速率保持平衡，达到动态平衡，既能够保证反应的安全可控，又能满足燃料电池的需求，达到可持续供氢目的。经过合金粉吸收放出的氢气，氢气纯度极高，容易满足燃料电池的要求。当燃料电池停止工作时，关掉右边的雾化阀门，气体压强小于2MPa时，左侧底部阀门自动关闭，供氢结束。

 实施例2

本实施例总体连接和实施例1相同，不同之处在于根据选取储氢合金粉的不同和燃料电池的不同，重新分配高温型模块和常温型模块，这样既能为燃料电池初始工作时提供需要的氢源，又能加大装置的储氢容量。本实例可选择放氢温度高于室温的AB₂合金粉，或 AB₂和AB₅储氢合金粉的混合体系。 

实施例3

本实施例总体链接和实施例1相同，不同之处在于选取不同的固态燃料，可选用铝合金粉或与硼氢化物的混合粉，选择范围更广。 

Claims (7)

1.一种制氢储氢为一体的集成供氢装置，包括储氢装置密封法兰（1），储氢装置外壳（2），制氢装置外壳（3），置于（3）内部的蒸笼式内胆（4、5、6），制氢装置密封法兰（7），制氢装置与储氢装置相连接的氢气输出系统（8），置于储氢装置内部的隔层（9、10），水蒸气输入系统（11）以及净化提纯后氢气输出系统（12）；其特征在于：所述集成供氢装置为一个整体，制氢装置安装在储氢装置内部，所述氢气输出系统（8）集成干燥装置（8-1）、控制装置（8-2）、单向阀门（8-3），干燥装置（8-1）、控制装置（8-2）、单向阀门（8-3）依次相连接；所述水蒸气输入系统（11）集成阀门(11-1)、水蒸气流量计(11-2)、压力表（11-3），外部雾化装置、阀门(11-1)、水蒸气流量计(11-2)、压力表（11-3）依次与管道相连接；所述氢气输出系统（12）集成压力表（12-1）、氢气流速仪（12-2）、氢气出气单向阀（12-3），集成压力表（12-1）、氢气流速仪（12-2）、氢气出气单向阀（12-3），压力表（12-1）、氢气流速仪（12-2）、氢气出气单向阀（12-3）依次相连接。

2.根据权利要求1所述的集成供氢装置，其特征在于：所述制氢装置与储氢装置分别为方形箱状结构。

3.根据权利要求1所述的集成供氢装置，其特征在于：所述制氢装置与储氢装置分别与方形密封法兰盖相连接，法兰盖上设有开孔。

4.根据权利要求1所述的集成供氢装置，其特征在于：所述水蒸气输入系统（11）通过外围的储氢装置（2），贯通制氢装置（3），系统管道侧部设有开孔。

5.根据权利要求1所述的集成供氢装置，其特征在于：所述水解装置（3）内部设有3个蒸笼式内胆（4、5、6），并且箱体左侧有两个卡槽，左侧下部设有开孔，开孔与蒸笼（6）侧部开孔相对应。

6.根据权利要求1所述的集成供氢装置，其特征在于：所述氢气输出系统（8）中的单向阀门（8-1）由控制装置（8-2）控制。

7.根据权利要求1所述的集成供氢装置，其特征在于：所述储氢装置（2）内部左侧设有两个卡槽与内部制氢装置左侧的卡槽相对应，放置合金粉的隔层（9、10）卡在卡槽之间。

Images