CN203728568U

CN203728568U - 一种制氢装置

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Publication number: CN203728568U
Application number: CN201420087305.6U
Authority: CN
Inventors: 魏唯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2024-02-27

Abstract

本实用新型提出了一种制氢装置，用以解决传统的制氢装置，制氢成本高、浪费能源的问题，包括：反应炉，包括：进气管，设置在反应炉的下方；反应腔，与进气管连通，反应腔内设置有反应筛和设置在反应筛上的催化剂；加热装置，设置在反应腔的外部；水蒸汽发生器，设置在反应炉的上方，与反应腔连通；用于将反应腔内生成的气体输出的出气管，与反应腔连通；微波等离子发生器，用于使从进气管进入的空气中的氮气和氧气转换成等离子状态，并使等离子状态的氮气和氧气快速发生反应生成一氧化氮，设置在进气管的进气口处，与进气管连通；通氢分子筛，用于将反应腔内生成的气体进行分离出氢气。上述制氢装置，制氢成本低，效率高，节能环保。

Description

一种制氢装置

技术领域

本实用新型涉及制氢设备技术领域，特别是指一种制氢装置。

背景技术

随着全球气候的变暖和机动车尾气排放的污染，环保能源问题成为了整个社会特别关注的问题，例如：机动车行驶由于使用的能源为油类，这样汽车尾气排放铅等有害物质对人体造成很大的伤害，使居民出行造血功能下降，并伴有心血管、脑溢血和慢性肾炎等疾病的发生。所以科学家们考虑将氢燃料作为取代日益缺乏的石油，由于氢气的燃烧值和供能量高，燃烧排放物为无污染的水汽，所以是非常清洁的能源。传统的制氢方法和装置为电解法制氢，电耗极大。另外，传统的实验室化学方法制氢，所用的化学制剂材料贵，成本高，难以推广应用。

由此可见，传统的制氢装置，成本高、浪费能源。

实用新型内容

本实用新型提出一种制氢装置，用以解决传统的制氢装置，成本高、浪费能源的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种制氢装置，包括：

反应炉，包括：进气管，设置在反应炉的下方；反应腔，与进气管连通，反应腔内设置有反应筛和设置在反应筛上的催化剂；加热装置，设置在反应腔的外部；水蒸汽发生器，设置在反应炉的上方，与反应腔连通；用于将反应腔内生成的气体输出的出气管，与反应腔连通；

微波等离子发生器，用于使从进气管进入的空气中的氮气和氧气转换成等离子状态，并使等离子状态的氮气和氧气快速发生反应生成一氧化氮，设置在进气管的进气口处，与进气管连通；

通氢分子筛，用于将反应腔内生成的气体进行分离出氢气，与出气管连通，通氢分子筛包括出氢口。

作为一种优选方案，还包括：控制器，与反应炉和微波等离子发生器连接。

作为一种优选方案，还包括：

余热回收口，设置在反应炉的位于反应腔的炉壁上，与反应腔和利用出氢口排出的氢气的使用装置的排烟口连通；

节能控制阀，设置在余热回收口处，与控制器连接；

温度探测装置，用于探测反应腔内温度，与控制器连接。

作为一种优选方案，还包括：反应剂再生器，用于将反应腔内生成的气体中的二氧化氮溶于水后生成一氧化氮再次送回到反应腔内循环利用，与出气管和反应腔连通。

作为一种优选方案，反应剂再生器包括：

二氧化氮进气管，与出气管连通；

再生反应腔，与二氧化氮进气管连通；再生一氧化氮出气管与再生反应腔和反应腔连通；进水管，与再生反应腔连通。

作为一种优选方案，反应剂再生器还包括：硝酸收集管，设置在再生反应腔的底部，与再生反应腔连通。

作为一种优选方案，再生反应腔的数目为三至五个，与反应腔和二氧化氮进气管连通。

作为一种优选方案，反应剂再生器具体为玻璃钢制反应剂再生器。

作为一种优选方案，还包括：

第一驱动风机，设置在进气管的进气口处；

第二驱动风机，设置在通氢分子筛的出气口处；

第三驱动风机，设置在二氧化氮进气管的进气口处；

第四驱动风机，设置在再生一氧化氮出气管上；

第一驱动风机、第二驱动风机、第三驱动风机和第四驱动风机均与控制器连接。

作为一种优选方案，还包括：

水汽过滤网，设置在出气管的出气口处；

防爆装置，设置在反应炉上，与反应腔连通；

保温装置，设置在加热装置的外部。

本实用新型提供的制氢装置，工作时，空气由进气管进入，空气中的氮气和氧气在微波等离子发生器的作用下，转换成等离子状态后，氮气和氧气快速发生反应生成一氧化氮，生成的一氧化氮进入反应腔内，加热装置给反应腔进行加热到300度至350之间，优选地为320度，同时，水蒸汽发生器通过水汽进管给所述反应腔内喷入细雾状水蒸汽，这时，进入反应腔内的一氧化氮与水蒸汽在上述温度条件下，并在反应筛上的催化剂的催化作用下，生成的氢气和二氧化氮经由出气管输出，氢气通过通氢分子筛分离后通过出氢口输出，供外部使用装置利用或收集装置进行收集，这样制得的氢气纯度高、成本低，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的制氢装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的制氢装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的制氢装置中再生反应器的结构示意图；

附图标记：100、反应炉；101、进气管；102、反应腔；103、反应筛；104、催化剂；105、加热装置；106、水蒸汽发生器；107、出气管；108、水汽过滤网；109、防爆装置；110、保温装置；111、第一驱动风机；112、水汽进管；200、微波等离子发生器；300、通氢分子筛；301、出氢口；302、第二驱动风机；400、控制器；500、余热回收口；501、节能控制阀；600、反应剂再生器；601、二氧化氮进气管；6012、第一进气管；6013、第二进气管；602、再生反应腔；6021、第一再生反应腔；6022、第二再生反应腔；6023、第三再生反应腔；603、一氧化氮出气管；604、进水管；605、硝酸收集管；606、第三驱动风机；607、第四驱动风机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例一提供的一种制氢装置，包括：

反应炉100，包括：进气管101，设置在反应炉100的下方；反应腔102，与进气管101连通，反应腔102内设置有反应筛103和设置在反应筛103上的催化剂104；加热装置105，设置在反应腔102的外部；水蒸汽发生器106，设置在反应炉100的上方，与反应腔102连通；用于将反应腔102内生成的气体输出的出气管107，与反应腔102连通；

微波等离子发生器200，用于使从进气管101进入的空气中的氮气和氧气转换成等离子状态，并使等离子状态的氮气和氧气快速发生反应生成一氧化氮，设置在进气管101的进气口处，与进气管101连通；

通氢分子筛300，用于将反应腔102内生成的气体进行分离出氢气，与出气管107连通，通氢分子筛300包括出氢口301。

本实用新型实施例提供的制氢装置，工作时，空气由进气管101进入，空气中的氮气和氧气在微波等离子发生器200的作用下，转换成等离子状态后，氮气和氧气快速发生反应生成一氧化氮，生成的一氧化氮进入反应腔102内，加热装置105给反应腔102进行加热到300度至350之间，优选地为320度，同时，水蒸汽发生器106通过水汽进管112给所述反应腔102内喷入细雾状水蒸汽，这时，进入反应腔102内的一氧化氮与水蒸汽在上述温度条件下，并在反应筛103上的催化剂104的催化作用下，生成的氢气和二氧化氮经由出气管107输出，氢气通过通氢分子筛300分离后，通过出氢口301输出，供外部使用装置利用或收集装置进行收集，这样制得的氢气纯度高，成本低，节能环保。

作为一种优选方案，如图2所示，本实用新型实施例二提供的一种制氢装置，还包括：

控制器400，与反应炉100和微波等离子发生器200连接。通过控制器400的控制使得该制氢装置更加的智能化和自动化。

作为一种优选方案，还包括：

余热回收口500，设置在反应炉100的位于反应腔102的炉壁上，与反应腔102和利用出氢口301排出的氢气的使用装置的排烟口连通；

节能控制阀501，设置在余热回收口500处，与控制器400连接；

温度探测装置，用于探测反应腔102内温度，与控制器400连接。

余热回收口500，设置的目的是，当温度探测装置感应到反应腔102内的温度被加热装置105加热到预设的温度时，由于反应腔102内已达到的温度足够反应腔102的化学反应了，控制器400控制加热装置105停止工作，然后控制节能控制阀501开启，让从利用出氢口301排出的氢气的使用装置的排烟口排除的余热从余热回收口500进入到反应腔102内，从而保证反应腔102内的温度保持在上述反应的温度，即300度到350度之间，优选的320度，这样的设置既可以保证反应腔102内的正常的制氢效率，又节能环保。

控制器400具体为单片机控制器。

作为一种优选方案，还包括：反应剂再生器600，用于将反应腔102内生成的气体中的二氧化氮溶于水后生成一氧化氮再次送回到反应腔102内循环利用，与出气管107和反应腔102连通。

工作时，从出气管107输出的氢气和二氧化氮中的氢气被通氢分子筛300进行分离后收集，剩下的二氧化氮被送到反应剂再生器600内溶于水生成一氧化氮，将生成的一氧化氮再次送回到反应腔102内，作为反应剂与水蒸气发生反应生产氢气，这样的设计使得制氢成本低，节能环保。

作为一种优选方案，反应剂再生器600包括：

二氧化氮进气管601，与出气管107连通；

再生反应腔602，与二氧化氮进气管601连通；

再生一氧化氮出气管603与再生反应腔602和反应腔102连通；

进水管604，与再生反应腔602连通。

工作时，出气管107排出的二氧化氮经由二氧化氮进气管601进入到再生反应腔602内，与由进水管604进入到再生反应腔602的水发生反应生成一氧化氮，生成的一氧化氮经由再生一氧化氮出气管603被送到反应腔102内作为反应剂再次进行反应，这样的设计使得制氢成本低，节能环保。

作为一种优选方案，反应剂再生器600还包括：

硝酸收集管605，设置在再生反应腔602的底部，与再生反应腔602连通。上述再生反应腔602内二氧化氮溶于水除了生成一氧化氮，生成的副产物硝酸通过硝酸收集管605进行收集到容器内进行利用，节能环保。

作为一种优选方案，如图3所示，本实用新型实施例三提供的一种制氢装置中再生反应腔602的数目为三至五个，与反应腔102和二氧化氮进气管601连通。这样多个再生反应腔的设计可以保证更充分的反应，生成更纯的一氧化氮和硝酸。例如本实用新型实施例三中提供的制氢装置中的反应剂再生器600包括：三个再生反应腔，依次为第一再生反应腔6021、通过第一进气管6012与第一再生反应腔6021连通的第二再生反应腔6022和通过第二进气管6013与第二再生反应腔6022连通第三再生反应腔6023，第一再生反应腔6021与二氧化氮进气管601连通，第三再生反应腔6023通过再生一氧化氮出气管603与反应炉100的反应腔102连通。工作时，通过二氧化氮进气管601进入到第一再生反应腔6021的二氧化氮溶于第一再生反应腔6021内的水，生成的一氧化氮和剩余少量未充分反应的二氧化氮气体，由第一进气管6012进入到第二再生反应腔6022再次溶于水，生成的一氧化氮和剩余微量未充分反应的二氧化氮气体通过第二进气管6013进入第三再生反应腔6023溶于水反应后，生成的一氧化氮，通过再生一氧化氮出气管603被送回到反应炉100的反应腔102内再次作为制氢的反应剂。这样经过三个再生反应腔不断地溶于水反应，最终生成的一氧化氮的纯度高，更利于制氢，保证了制氢的纯度和效率。当然，再生反应腔的数目也可以是四个或者五个，只要能够保证再生的一氧化氮的纯度高，更利于制氢，保证了制氢的纯度和效率即可。这样数目的再生反应腔的设置既不过多浪费原材料，也不过少保证了再生的一氧化氮的纯度，更利于制氢，保证了制氢的纯度和效率。

作为一种优选方案，反应剂再生器600具体为玻璃钢制反应剂再生器。当然也可以为其它材料制反应剂再生器，例如塑料等，只要保证不易被硝酸腐蚀，使用寿命长即可。

作为一种优选方案，还包括：

第一驱动风机111，设置在进气管101的进气口处；

第二驱动风机302，设置在通氢分子筛300的出气口处；

第三驱动风机606，设置在二氧化氮进气管601的进气口处；

第四驱动风机607，设置在再生一氧化氮出气管603上；

第一驱动风机111、第二驱动风机302、第三驱动风机606和第四驱动风机607均与控制器400连接。第一驱动风机111设置的目的是为了保证进气管101的充足进气量，第二驱动风机302设置的目的是利于分离出的氢气快速排出，第三驱动风机606设置的目的是为了方便二氧化氮高效进入反应剂再生器600保证高效制氢，第四驱动风机607设置的目的是保证将再生的一氧化氮快速地供给反应腔102，提高制氢效率。

作为一种优选方案，还包括：

水汽过滤网108，设置在出气管107的出气口处；水汽过滤网108的设置目的是，过滤掉从出气管107排出的氢气和二氧化氮中夹杂的水汽，保证了制氢的纯度。

防爆装置109，设置在反应炉100上，与反应腔102连通；防爆装置109设置的目的是，当反应腔102内的压力过大时，利用防爆装置109进行调节，防爆装置109可以是减压阀等，打开减压阀减小反应腔102内的压力，这样的设计安全可靠，保证高效制氢。

保温装置110，设置在加热装置105的外部。这样的设计保证了反应腔内的热量的稳定性，节能环保。

另外，图1和图2中箭头的方向为气体的流动方向。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种制氢装置，其特征在于，包括：

反应炉（100），包括：进气管（101），设置在所述反应炉（100）的下方；反应腔（102），与所述进气管（101）连通，所述反应腔（102）内设置有反应筛（103）和设置在所述反应筛（103）上的催化剂（104）；加热装置（105），设置在所述反应腔（102）的外部；水蒸汽发生器（106），设置在所述反应炉（100）的上方，与所述反应腔（102）连通；用于将所述反应腔（102）内生成的气体输出的出气管（107），与所述反应腔（102）连通；

用于使从所述进气管（101）进入的空气中的氮气和氧气转换成等离子状态，并使等离子状态的氮气和氧气快速发生反应生成一氧化氮的微波等离子发生器（200），设置在所述进气管（101）的进气口处，与所述进气管（101）连通；

用于将所述反应腔（102）内生成的气体进行分离出氢气的通氢分子筛（300），与所述出气管（107）连通，所述通氢分子筛（300）包括出氢口（301）。

2.如权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，还包括：

控制器（400），与所述反应炉（100）和所述微波等离子发生器（200）连接。

3.如权利要求2所述的制氢装置，其特征在于，还包括：

余热回收口（500），设置在所述反应炉（100）的位于所述反应腔（102）的炉壁上，与所述反应腔（102）和利用所述出氢口（301）排出的氢气的使用装置的排烟口连通；

节能控制阀（501），设置在所述余热回收口（500）处，与所述控制器（400）连接；

温度探测装置，用于探测所述反应腔（102）内温度，与所述控制器（400）连接。

4.如权利要求1至3任一权利要求所述的制氢装置，其特征在于，还包括：

反应剂再生器（600），用于将所述反应腔（102）内生成的气体中的二氧化氮溶于水后生成一氧化氮再次送回到所述反应腔（102）内循环利用，与所述出气管（107）和所述反应腔（102）连通。

5.如权利要求4所述的制氢装置，其特征在于，所述反应剂再生器（600）包括：

二氧化氮进气管（601），与所述出气管（107）连通；

再生反应腔（602），与所述二氧化氮进气管（601）连通；

再生一氧化氮出气管（603）与所述再生反应腔（602）和所述反应腔（102）连通；

进水管（604），与所述再生反应腔（602）连通。

6.如权利要求5所述的制氢装置，其特征在于，所述反应剂再生器（600）还包括：

硝酸收集管（605），设置在所述再生反应腔（602）的底部，与所述再生反应腔（602）连通。

7.如权利要求6所述的制氢装置，其特征在于，

所述再生反应腔（602）的数目为三至五个，与所述反应腔（102）和所述二氧化氮进气管（601）连通。

8.如权利要求7所述的制氢装置，其特征在于，所述反应剂再生器（600）具体为玻璃钢制反应剂再生器。

9.如权利要求8所述的制氢装置，其特征在于，还包括：

第一驱动风机（111），设置在所述进气管（101）的进气口处；

第二驱动风机（302），设置在所述通氢分子筛（300）的出气口处；

第三驱动风机（605），设置在所述二氧化氮进气管（601）的进气口处；

第四驱动风机（606），设置在所述再生一氧化氮出气管（603）上；

所述第一驱动风机（111）、第二驱动风机（302）、第三驱动风机（605）和第四驱动风机（606）均与所述控制器（400）连接。

10.如权利要求1至3任一权利要求所述的制氢装置，其特征在于，还包括：

水汽过滤网（108），设置在所述出气管（107）的出气口处；

防爆装置（109），设置在所述反应炉（100）上，与所述反应腔（102）连通；

保温装置（110），设置在所述加热装置（105）的外部。