CN207192783U - 以α‑AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种以α‑AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，包括：反应器，其由漏斗形隔板分割为三个空间，所述三个空间分别为热解反应区、铝固体区、水解反应区，其中在所述热解反应区与铝固体区之间的隔板以及铝固体区与水解反应区均设置有止回控制阀，并且在所述热解反应区设置有进料口和出气口A，在所述水解反应区设置有出气口B和换热器。本实用新型具有通过增设换热器有效利用水解反应热，显著提高了燃料液初始温度，从而大幅度提高装置制氢效率有益效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种移动电源的制氢装置，涉及制氢装置领域。更具体地说，本发明涉及一种以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置。
背景技术
在固体燃料中，α-AlH3因具有体积氢密度高(1480kg·m3)、质量含氢量高(10.08wt.％)以及体积氢含量远高于液氢等一系列优点。被众多研究者认为是电池中的理想燃料。虽然AlH3具有显著的优势，但作为燃料电池的燃料在应用方面仍面临着严峻挑战。其中最关键的技术难点在于α-AlH3作为燃料仍存在安全隐患。例如在使用过程中，α-AlH3燃料的燃烧温度过高会导致分解所产生的氢气压力远超过电池系统允许的临界压力。如此隐患不能妥善解决则会导致灾难性失败。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，改变传统制氢过程采用的催化水解过程，将反应器进行分割，是得反应器内内先进行热解，产生氢气，然后将产物铝作为原料进入下一步水解，继续产生氢气，其反应条件更为温和，其氢气产生量能够满足不同用电情况下的需求，并提供至少后面将说明的优点。
本实用新型还有一个目的是提供一种能够实时控制燃料液流量、从而实现对制备氢气流量的有效控制，并且在此基础上，通过增设氢气缓冲罐，以实现对整个体系压力的调整，其能够成为军用、民用便携式电源提供高效、安全的移动氢源技术与装置。
本实用新型还有一个目的是通过增设换热器有效利用水解反应热。不仅显著提高了燃料液初始温度，而且大幅度提高装置制氢效率。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种一种以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，包括：
反应器，其由漏斗形隔板分割为三个空间，所述三个空间分别为热解反应区、铝固体区、水解反应区，其中在所述热解反应区与铝固体区之间的隔板以及铝固体区与水解反应区均设置有止回控制阀，并且在所述热解反应区设置有进料口、出气口A和保温层，在所述水解反应区设置有出气口B和换热器；以及
燃料储罐，所述燃料储罐和所述进料口通过管道相连，所述管道在连接所述进料口之前与所述换热器相连。
优选的是，其中，所述出气口A与出气口B均连接出气管，且两个出气管最后通过三通接口汇聚形成为一个总出气管，且在出气口A与出气口B连接三通接口前的出气管均设置止回阀。
优选的是，其中，还包括：
燃料泵、热交换器、气液分离器、副产物储罐、冷凝器、收集器以及氢气缓冲罐；
其中，所述燃料泵设置在所述燃料储罐和所述进料口的管道上，所述总出气管与所述气液分离器的进口相连，所述气液分离器出口分为两路，一路至副产物储罐，一路至所述热交换器；所述热交换器出口连至冷凝器，冷凝器同样分为两路，一连至收集器，另一路连至氢气缓冲罐，缓冲罐与用氢终端相连，之间设置控制阀。
优选的是，其中，所述热解反应区还设置有催化剂床层。
优选的是，其中，所述换热器为螺旋式换热器或夹套换热器中的一种。
优选的是，其中，所述保温层为酚醛泡沫、橡塑保温材料、聚氨酯泡沫等保温材料的一种或多种，所述保温层的导热系数小于或等于0.2。
本实用新型至少包括以下有益效果：由于反应室分割结构，因此能够使得水解和热解反应分离开来，在不同的需求下激活不同的反应，保证制备氢气的稳定；由于采用水解反应区外层包裹换热器，并将燃料液通过换热器进行预热方法，因此能够有效利用水解反应热。不仅显著提高了燃料液初始温度，而且大幅度提高装置制氢效率。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本实用新型的反应器的结构示意图；
图2本实用新型的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了根据本实用新型的反应器的一种实现形式，反应器，其由漏斗形隔板104分割为三个空间，所述三个空间分别为热解反应区101、铝固体区102、水解反应区103，其中在所述热解反应区101与铝固体区102之间以及铝固体区102与水解反应区103之间均设置有止回控制阀105，并且在所述热解反应区101设置有进料口106、出气口A107和保温层110，在所述水解反应区103设置有出气口B108和换热器109。
在这种技术方案中，控制止回控制阀105将铝固体区102中预存的铝固体放入水解反应区103，在水解反应区103进行水解反应，产生氢气的同时放出热量，通过换热器，将热量传达到含有α-AlH3的原料液进行预热以及对热解反应区101通过传导进行加热，保证反应稳定，达到反应温度后，将含有α-AlH3的原料液从进料口106进入热解反应区101进行热解，产生氢气和铝固体，铝固体下沉，累计后通过止回控制阀105进入铝固体区102进行储存。其中氢气通过出气口A107和出气口B108离开反应器。
图2示出了根据本实用新型的一种实现形式，包括燃料储罐201，反应器203、燃料泵202、热交换器206、气液分离器204、副产物储罐205、冷凝器207、收集器208以及氢气缓冲罐209；
其中，所述燃料储罐201和所述进料口106通过管道相连，并且连接换热器109进行预热，所述燃料泵202设置在所述燃料储罐201和所述进料口 106的管道上，所述出气口A107和出气口B108汇合为一个出气口后与所述气液分离器204的进口相连，所述气液分离器204出口分为两路，一路至副产物储罐205，一路至所述热交换器206；所述热交换器206出口连至冷凝器 207，冷凝器207同样分为两路，一连至收集器208，另一路连至氢气缓冲罐209，缓冲罐与用氢终端相连，之间设置控制阀210。
在这种技术方案中，燃料液进入反应器进行反应，产生氢气，反应产物随氢气会带出，因此先通过气液分离器将液体分离，防止后续管道的腐蚀和气体运输的压力，热交换器206将较为灼热的氢气进行降温，为后续环节进行准备，防止对后面的管道的影响，通过冷凝器207进一步分离纯化氢气，确保下一步使用氢气为较为干燥的氢气，防止水蒸气在其中造成影响并且进一步的对氢气进行降温，防止使用过程中由于温度过高而造成危险，氢气缓冲罐209为稳定产生的氢气，因为反应是不稳定，产生的氢气可能会有较大波动，通过缓冲罐的调节使得输出的氢气能够达到使用要求，整个流程是为了稳定产生的氢气，通过降温冷凝以及缓冲等手段，保证输出的氢气速度和浓度是稳定均质可以直接使用的。
在另一种实例中，所述出气口A107与出气口B108均连接出气管，且两个出气管最后通过三通接口汇聚形成为一个总出气管，且在出气口A107与出气口B108连接三通接口前的出气管均设置止回阀。在仅使用一种反应来制备氢气的情况下采用这种方案可以控制有各自的出气口进行出气，确保精准的同时，两个出气口分离对于后续的检修以及某个反应无法进行过程下依旧依旧可以保证反应的继续，最大程度上保证氢气的产生的稳定性。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求可以通过别的管道连接方式的实施态样。
上述方案中的热解反应区101的一种实现方式为：所述热解反应区101 还设置有催化剂床层，可以是通过水解反应区横截面设置也可以在剖面上进行分别设置，通过催化剂来降低热解温度临界点，使得热解反应更加容易进行。其工作方式为：进入热解反应区101的燃料液接触催化剂床层上的催化剂，在一个较低的温度下可以进行热解。
上述方案中的换热器109的一种实现方式为：所述换热器为螺旋式换热器或夹套换热器中的一种。其换热面积大，可以最大程度确保水解的散热和燃料液的预热，其工作方式为：在不影响水解反应的情况下，包裹在水解反应区103外表面，将燃料液作为换热器的冷却液，降低水解反应区103温度的同时预热。
上述方案中的保温层的一种实现方式为：所述保温层为酚醛泡沫、橡塑保温材料、聚氨酯泡沫等保温材料材料的一种或多种，所述保温层的导热系数小于或等于0.2。由于酚醛泡沫、橡塑保温材料、聚氨酯泡沫材料较为柔软可以完全包裹热解反应区101，并且保温隔热性较好们可以更好的保持热解反应区的温度。其工作方式为：由于导热系数低，隔绝热量，保持热解反应区101的温度在可以反应的温度下。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如上所述，根据本实用新型，由于反应器由漏斗形隔板104分割为热解反应区101、铝固体区102和水解反应区103，因此具有在不同区域分别进行反应，更加精准有效的进行氢气的产生效果；
由于在所述热解反应区101与铝固体区102之间以及铝固体区102与水解反应区103之间均设置有止回控制阀105，因此具有反应的单向性，保证水解和热解反应的分离，防止在同一区域进行反应造成反应控制造成失控的效果；
由于所述燃料储罐201和所述进料口106通过管道相连，并且连接水解反应室外的换热器109进行预热，因此具有有效利用水解热量，达到氢气产生效率最大的效果；
由于所述出气口A107与出气口B108均连接出气管，且两个出气管最后通过三通接口汇聚形成为一个总出气管，且在出气口A107与出气口B108连接三通接口前的出气管均设置止回阀，因此具有两个出气口分离对于后续的检修以及某个反应无法进行过程下依旧依旧可以保证反应的继续，最大程度上保证氢气的产生的稳定性效果；
由于所述热解反应区101还设置有催化剂床层，因此具有降低热解温度临界点，使得热解反应更加容易进行的效果；
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，其特征在于，包括：反应器，其由漏斗形隔板分割为三个空间，所述三个空间分别为热解反应区、铝固体区、水解反应区，其中在所述热解反应区与铝固体区之间的隔板以及铝固体区与水解反应区均设置有止回控制阀，并且在所述热解反应区设置有进料口、出气口A和保温层，在所述水解反应区设置有出气口B和换热器；以及
燃料储罐，所述燃料储罐和所述进料口通过管道相连，所述管道在连接所述进料口之前与所述换热器相连。
2.如权利要求1所述的以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，其特征在于，所述出气口A与出气口B均连接出气管，且两个出气管最后通过三通接口汇聚形成为一个总出气管，且在出气口A与出气口B连接三通接口前的出气管均设置止回阀。
3.如权利要求2所述的以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，其特征在于，还包括燃料泵、热交换器、气液分离器、副产物储罐、冷凝器、收集器以及氢气缓冲罐；
其中，所述燃料泵设置在所述燃料储罐和所述进料口的管道上，所述总出气管与所述气液分离器的进口相连，所述气液分离器出口分为两路，一路至副产物储罐，一路至所述热交换器；所述热交换器出口连至冷凝器，冷凝器同样分为两路，一连至收集器，另一路连至氢气缓冲罐，缓冲罐与用氢终端相连，之间设置控制阀。
4.如权利要求1所述的以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，其特征在于，所述热解反应区还设置有催化剂床层。
5.如权利要求1所述的以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，其特征在于，所述换热器为螺旋式换热器或夹套换热器中的一种。
6.如权利要求1所述的以α-AlH3作为燃料的移动电源的制氢装置，所述保温层为酚醛泡沫保温材料、橡塑保温材料、聚氨酯泡沫保温材料中的任意一种，所述保温层的导热系数小于或等于0.2。
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