CN210366975U - 一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，涉及催化制氢技术领域，本实用新型包括外置溶液桶、溶液存储桶、废液桶、第一蠕动泵、第二蠕动泵、催化剂床体、冷凝管、干燥室、输出管道；外置溶液桶通过第一管道与溶液存储桶连通；废液桶位于溶液存储桶的内部，溶液存储桶的外壁与废液桶的外壁之间设有间隙；溶液存储桶通过第二管道与催化剂床体连通，废液从桶口进入废液桶内；冷凝管的一端与催化剂床体连通，冷凝管的另一端与溶液存储桶连通；干燥室的一端与第三管道连通，干燥室的另一端与输出管道连通。本实用新型的有益效果在于：集散热、水循环利用、氢气提纯和输出于一体，操作简单，适用于便携式氢源供给使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及催化制氢技术领域，具体涉及一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器。
背景技术
近年来，硼氢化物特别是硼氢化钠(NaBH4)作为新型储氢材料受到广泛关注。与烃类及醇类的高温重整制氢反应相比，硼氢化钠催化水解反应在常温下即可进行，不需要额外提供能量来引发反应，反应放出的热量可以维持反应在自热条件下以较快的速度进行，易实现即时制氢和即时供氢。此外，所制备的氢气中不含CO及其它杂质，可直接用于燃料电池，氢气中所含的水分还可以起到给燃料电池质子交换膜增湿的作用。硼氢化钠和甲醇的醇解反应可以在0℃甚至更低的温度下进行。甲醇的冰点为-97℃即硼氢化钠醇解制氢方法可以在极其寒冷的环境下应用，大大拓展了硼氢化钠制氢的环境适应性。就硼氢化钠水解制氢的实用化而言，一般需采用连续反应器，在便携式电源领域仍具有潜在的应用前景。综上所述，以硼氢化物为原料的制氢方法适合于在不同环境温度下为便携式燃料电池提供即时制氢和供氢，已经成为燃料电池氢源领域研究和开发的热点。从研究报道和专利内容来看，对这一方法的研究多集中于催化剂和反应动力学，但针对反应器的研究报道较少。
中国专利(CN101049907B)公开一种化学硼氢化物水解制氢的即时自控供氢的方法及装置，该方法利用装置内部两密闭容器间的氢气压力差的作用，使反应料在装置内的两容器间流动，调节反应料与催化剂的接触量，从而来控制氢气的产生速率和压力，该说明书装置结构简单，可实现即时供氢。中国专利(CN100560477C)公布了一种硼氢化钠-肼混合燃料制氢的管式反应器的制备方法，将脱铝后的金属支撑体填充入管式反应器作为催化剂，可实现连续供氢和以稳定的速度供氢。
但现有方法和装置中的反应器功能单一，且未针对反应特点设计床层结构和未针对反应动力学研究考虑反应热管理，溶/废液管理，制氢流量及反应室气体压力输出管理。
实用新型内容
本实用新型所要解决的问题在于现有的硼氢化钠制氢反应器没有利用反应过程中产生的反应热。
本实用新型是采用以下技术方案解决上述技术问题的：
本实用新型提供一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，包括外置溶液桶、溶液存储桶、废液桶、第一蠕动泵、第二蠕动泵、催化剂床体、冷凝管、干燥室、输出管道；
所述外置溶液桶通过第一管道与溶液存储桶连通，所述第一管道上设有第一蠕动泵，所述外置溶液桶上设有桶口；
所述废液桶位于溶液存储桶的内部，所述废液桶的顶面设有桶口，所述溶液存储桶的外壁与废液桶的外壁之间设有间隙，该间隙与废液桶的外壁之间形成容纳反应液的U形密闭空间，所述溶液存储桶上设有第二管道和第三管道；
所述溶液存储桶通过第二管道与催化剂床体连通，所述催化剂床体的底端设有废液出口，所述催化剂床体位于废液桶上方，致使废液从废液出口流出，从桶口进入废液桶内；
所述冷凝管的一端与催化剂床体连通，所述冷凝管的另一端与溶液存储桶连通；
所述干燥室的一端与第三管道连通，所述干燥室的另一端与输出管道连通。
工作原理：将反应液倒入外置溶液桶内，启动第一蠕动泵，将外置溶液桶内的反应液通过第一管道打入溶液存储桶中，通过调整第一蠕动泵的速度，调整溶液在密闭空间内的液位；启动第二蠕动泵，将密闭空间内的反应液通过第二管道打入催化剂床体内，与催化剂反应，通过调整第二蠕动泵的速度，调整催化剂床体内反应液的量；反应液与催化剂反应后生成的废液从催化剂床体的废液出口流出，从桶口进入废液桶内；
反应生成的氢气进入冷凝管中，制备产生的氢气中混有少量水蒸气，氢气和水蒸气从催化剂床体流出，进入冷凝管内，水蒸气经冷凝后流入溶液存储桶中，制备产生的氢气从溶液存储桶中经第三管道流入干燥室内，经过干燥室干燥后从输出管道输出。
有益效果：氢气中伴有的水蒸气冷凝后产生的冷凝水进入溶液存储桶中，可以被再次利用进行水解反应，形成二次利用的水循环系统；
氢气发生器中包括废液桶，可以收集制备过程中产生的废液，制氢反应发生时放出大量的热量，可以利用溶液存储桶与废液桶环流换热，溶液存储桶可以吸收制备过程中废液桶内的热量，可以有助于反应液的加热，也可以加速废液桶内热量的排出；本实用新型集散热、水循环利用、氢气提纯和输出于一体，操作简单，适用于便携式氢源供给使用。
优选的，所述废液桶的底端设有第四管道，所述溶液存储桶的外部设有废液收集袋，所述废液桶通过第四管道与废液收集袋连通。
优选的，所述第四管道上设有出水阀。
当废液桶内的废液过多时，打开出水阀，将废液桶内的废液排出至废液收集袋内。
优选的，还包括上壳体、下壳体和隔板，所述上壳体与下壳体组合后形成容纳空间，所述外置溶液桶、溶液存储桶、废液桶、第一蠕动泵、第二蠕动泵、催化剂床体、冷凝管、干燥室、输出管道位于容纳空间内。
优选的，所述上壳体的顶面设有进料口，所述进料口下方安装有外置溶液桶，所述外置溶液桶的顶面设有与进料口对应的桶口。
优选的，所述桶口外壁设有螺纹，所述进料口上设有盖子，所述盖子内壁设有内螺纹，所述盖子与桶口螺纹连接。
可以防止灰尘落入外置溶液桶内。
优选的，所述下壳体与隔板之间形成的密闭空间为溶液存储桶，所述隔板的中心设有螺纹孔，所述催化剂床体的下端设有外螺纹，所述催化剂床体的下端与螺纹孔螺纹连接，所述废液桶位于催化剂床体正下方；
所述隔板的底面固定有往下延伸的空心柱体，所述空心柱体与废液桶的桶口卡扣连接。
优选的，所述空心柱体内壁设有多个第一凸起，所述废液桶的桶口外侧壁设有与第一凸起位置对应的第二凸起，所述废液桶桶口的直径小于空心柱体的直径，废液桶的桶口插入空心柱体，致使第二凸起越过第一凸起，第二凸起的底面与第一凸起的顶面相抵。
优选的，所述废液桶的桶口与空心柱体之间设有密封圈。
优选的，所述冷凝管的外壁间隔设有多个散热翘片，所述催化剂床体的外壁间隔设有多个散热翘片。
本实用新型的有益效果在于：氢气中伴有的水蒸气冷凝后产生的冷凝水进入溶液存储桶中，可以被再次利用进行水解反应，形成二次利用的水循环系统；
氢气发生器中包括废液桶，可以收集制备过程中产生的废液，制氢反应发生时放出大量的热量，可以利用溶液存储桶与废液桶环流换热，溶液存储桶可以吸收制备过程中废液桶内的热量，可以有助于反应液的加热，也可以加速废液桶内热量的排出；催化剂床体外部和冷凝管外部设置的散热翘片，可以把催化剂床体的温度维度维持在制氢催化剂催化反应所需的温度范围内；
制备过程中产生的废液可以随时更换，保证了制氢反应可持续长时间进行；
本实用新型集反应液配制、散热、水循环利用、氢气提纯和输出控制于一体，第一壳体与第二壳体可拆卸连接，可以方便清洗和更换第一壳体和第二壳体内的各个部件，操作简单，适用于便携式氢源供给使用。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中的流程图；
图2为本实用新型实施例1中利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器的结构示意图；
图3为本实用新型实施例1中利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器的截面示意图；
图4为本实用新型实施例1中利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器另一方向的截面示意图；
图5为本实用新型实施例2中利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器的截面示意图；
图中：上壳体100；下壳体101；隔板102；空心柱体1021；废液收集袋103；外置溶液桶104；桶口1041；盖子1042；溶液存储桶105；第一蠕动泵106；第二蠕动泵107；催化剂床体108；废液桶109；冷凝管110；干燥室111；第一溶液液位计112；第二溶液液位计113；风扇114；压力变送器115；气体电磁阀116；气体减压阀117；输出管道118。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，图1为本实施例中的流程图，如图2、图3和图4所示，包括上壳体100、下壳体101、废液收集袋103，上壳体100与下壳体101组合后形成容纳空间，容纳空间内设有隔板102、外置溶液桶104、溶液存储桶105、第一蠕动泵106、第二蠕动泵107、催化剂床体108、废液桶109、冷凝管110、干燥室111；
上壳体100与下壳体101的形状根据实际需要设定，为方便拆卸，上壳体100与下壳体101之间为可拆卸连接，其可以通过卡扣连接或螺纹连接，但也不限定于卡扣连接或螺纹连接；隔板102安装在上壳体100与下壳体101之间，隔板102安装在上壳体100内或安装在下壳体101内，用以将上壳体100与下壳体101分隔；
上壳体100内容纳有外置溶液桶104、第一蠕动泵106、第二蠕动泵107、催化剂床体108、冷凝管110、净化干燥室111，下壳体101内容纳有废液桶109、溶液存储桶105；外置溶液桶104、第一蠕动泵106、第二蠕动泵107、催化剂床体108、冷凝管110、净化干燥室111的大小根据上壳体100的大小进行设定，废液桶109和溶液存储桶105的大小根据下壳体101的大小进行设定。
上壳体100的顶面设有进料口(图未标示)，进料口下方安装有外置溶液桶104，外置溶液桶104的顶面设有与进料口对应的桶口1041，桶口1041外壁设有螺纹，为防止灰尘落入，进料口上安装有盖子1042，盖子1042内壁设有内螺纹，盖子1042与桶口1041螺纹连接；
溶液存储桶105位于隔板102下方，本实施例中，隔板102位于下壳体101内，下壳体101与隔板102之间形成的密闭空间为溶液存储桶105，外置溶液桶104通过第一管道(图未示)与溶液存储桶105连通，本实施中第一管道贯穿隔板102设置，第一管道上安装有第一蠕动泵106，第一蠕动泵106与第一管道之间的安装为现有技术，通过第一蠕动泵106将外置溶液桶104内的反应液按一定速率输送至溶液存储桶105内；溶液存储桶105的顶面还安装有与其连通的第二管道(图未示)和第三管道(图未示)。
催化剂床体108呈空心柱状，催化剂床体108内固定填充有催化剂颗粒；隔板102的中心设有螺纹孔，催化剂床体108的下端设有外螺纹，催化剂床体108下端与螺纹孔螺纹连接，从而将催化剂床体108固定在隔板102上；催化剂床体108与隔板102之间安装有密封圈，催化剂床体108的底端设有废液出口；催化剂床体108的外壁固定有多个散热翘片。
溶液存储桶105通过第二管道与催化剂床体108的顶面连通，第二管道上安装有第二蠕动泵107，第二蠕动泵107与第二管道之间的安装为现有技术，通过第二蠕动泵107将溶液存储桶105内的反应液按一定速率输送至催化剂床体108内；反应液进入催化剂床体108与催化剂接触发生水解反应，生成偏硼酸钠和氢气；
废液桶109位于催化剂床体108正下方，制备过程中产生的废液经废液出口流入废液桶109内，为防止废液桶109移动和防止溶液存储桶105中的反应液流入废液桶109内，隔板102的底面固定有往下延伸的空心柱体1021，空心柱体1021内壁设有多个第一凸起(图未标示)，废液桶109的桶口外侧壁设有与第一凸起位置对应的第二凸起(图未标示)，第一凸起、第二凸起的个数和形状根据实际情况设定，废液桶109桶口的直径小于空心柱体1021的直径，废液桶109的桶口插入空心柱体1021，使第二凸起越过第一凸起，第二凸起的底面与第一凸起的顶面相抵，空心柱体1021与废液桶109卡扣连接，空心柱体1021与废液桶109之间设有密封圈；
冷凝管110的外壁间隔设置多个散热翘片，为使氢气容易进入冷凝管110，冷凝管110的一端与催化剂床体108的上端连通，冷凝管110的另一端与溶液存储桶105连通，制备产生的氢气中混有少量水蒸气，氢气和水蒸气从催化剂床体108流出，水蒸气经冷凝后流入溶液存储桶105中。
溶液存储桶105上的第三管道与干燥室111的入口连通，干燥室111的出口连接输出管道119，干燥室111的内部设有两个腔体，包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体连通，第一腔体内容纳有固体强酸，用以净化氢气中混有的碱，第二腔体内容纳有干燥剂，用以干燥氢气；
废液收集袋103位于下壳体101外部，废液桶109的底端通过第四管道(图未示)与废液收集袋103连通，第四管道的一端与废液桶109连通，第四管道的另一端穿过溶液存储桶105或下壳体101、与废液收集袋103连通，将废液桶109内的废液排出至废液收集袋103内，第四管道上设有出水阀。
本实施例中反应液为硼氢化钠、醇、水混合溶液，其中硼氢化钠浓度为10％～20％，多元醇浓度为1％～10％，碱浓度为5％～10％。
本实施例的工作原理：打开盖子，从进料口中倒入反应液，反应液进入外置溶液桶104内，启动第一蠕动泵106，将外置溶液桶104内的反应液通过第一管道打入溶液存储桶105中，通过调整第一蠕动泵106的速度，调整溶液存储桶105内的液位；
启动第二蠕动泵107，将溶液存储桶105中的反应液通过第二管道打入催化剂床体108内，与催化剂反应，通过调整第二蠕动泵107的速度，调整催化剂床体108内反应液的量；反应液与催化剂反应后生成的废液从催化剂床体108的废液出口流入废液桶109内，当废液桶109内的废液较多时，可以打开出水阀，使废液从第四管道排出废液收集袋103；
反应生成的氢气进入冷凝管110中，制备产生的氢气中混有少量水蒸气，氢气和水蒸气从催化剂床体108流出，进入冷凝管110内，水蒸气经冷凝后流入溶液存储桶105中，制备产生的氢气从溶液存储桶105中经第三管道流入干燥室111内，经过第一腔体和第二腔体的干燥后，从输出管道119输出。
本实施例的有益效果：反应液中的碱液可以维持硼氢化钠溶液的稳定性，抑制其自发水解反应；多元醇可以抑制其水解产物硼酸钠快速结晶；
氢气中伴有的水蒸气冷凝后产生的冷凝水进入溶液存储桶105中，可以被再次利用进行水解反应，形成二次利用的水循环系统；
氢气发生器中包括废液桶109，可以收集制备过程中产生的废液，制氢反应发生时放出大量的热量，可以利用溶液存储桶105与废液桶109环流换热，溶液存储桶105可以吸收制备过程中废液桶109内的热量，可以有助于反应液的加热，也可以加速废液桶109内热量的排出；催化剂床体108外部和冷凝管110外部设置的散热翘片，可以把催化剂床体108的温度维度维持在制氢催化剂催化反应所需的温度范围内；
制备过程中产生的废液可以随时更换，保证了制氢反应可持续长时间进行；
本实施例集反应液配制、散热、水循环利用、氢气提纯和输出控制于一体，第一壳体与第二壳体可拆卸连接，可以方便清洗和更换第一壳体和第二壳体内的各个部件，操作简单，适用于便携式氢源供给使用。
实施例2
为提高利用硼氢化钠持续催化制氢的氢气发生器的自动化程度和减少反应热，本实施例与实施例1的区别之处在于：如图4所示，还包括第一溶液液位计112、第二溶液液位计113、风扇114、压力变送器115、气体减压阀117、气体电磁阀116、废液电磁阀(图未示)、电路控制板(图未示)；其中第一溶液液位计112、第二溶液液位计113、风扇114、压力变送器115、气体减压阀117、气体电磁阀116、废液电磁阀、电路控制板均为现有技术；
第一溶液液位计112安装在溶液存储桶105内，第一溶液液位计112、第一蠕动泵106与电路控制板连接，用以检测和调节溶液存储桶105内的液位；第二溶液液位计113安装在废液桶109内，第二溶液液位计113、第二蠕动泵107与电路控制板连接，用以检测和调节废液桶109内的液位；风扇114固定安装在隔板102上，位于催化剂床体108旁边，用于对催化剂床体108和冷凝管110进行散热；
干燥室111的出口连接的输送管道120与压力变送器115、气体电磁阀116、气体减压阀117依次连通，压力变送器115、气体电磁阀116、气体减压阀117、第二蠕动泵107均与电路控制板连接，氢气通过干燥室111后，经过压力变送器115、气体电磁阀116、气体减压阀117进行气体压力输出处理；废液电磁阀安装在第四管道上，废液电磁阀与电路控制板连接。
本实施例的工作原理：压力变送器115实时监控系统气路压力反馈信号给电路控制板，待压力到达一个顶值时，电路控制板会控制第二蠕动泵107停止向催化剂床体108进液，进而停止制氢反应，使系统气路压力保持一定的范围，起到安全阀的作用；氢气输出要求有一定的压力，如染料电池的氢气进气压力需要0.05Mpa，其中气体电磁阀116为常闭状态，待压力变送器115检测的压力到达一定值时反馈信号给电路控制板，电路控制板会控制气体电磁阀116打开，此时氢气输出便具有了一定的压力，经过气体减压阀117，控制氢气的输出压力。
第一溶液液位计112、第二溶液液位计113反馈信号至电路控制板，电路控制板控制废液电磁阀，使生成的废液及时排出至废液收集袋103内。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本实用新型构思无实质性差异的各种工艺方案均在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：包括外置溶液桶、溶液存储桶、废液桶、第一蠕动泵、第二蠕动泵、催化剂床体、冷凝管、干燥室、输出管道；
所述外置溶液桶通过第一管道与溶液存储桶连通，所述第一管道上设有第一蠕动泵，所述外置溶液桶上设有桶口；
所述废液桶位于溶液存储桶的内部，所述废液桶的顶面设有桶口，所述溶液存储桶的外壁与废液桶的外壁之间设有间隙，该间隙与废液桶的外壁之间形成容纳反应液的U形密闭空间，所述溶液存储桶上设有第二管道和第三管道；
所述溶液存储桶通过第二管道与催化剂床体连通，所述催化剂床体的底端设有废液出口，所述催化剂床体位于废液桶上方，致使废液从废液出口流出，从桶口进入废液桶内；
所述冷凝管的一端与催化剂床体连通，所述冷凝管的另一端与溶液存储桶连通；
所述干燥室的一端与第三管道连通，所述干燥室的另一与输出管道连通。
2.根据权利要求1所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述废液桶的底端设有第四管道，所述溶液存储桶的外部设有废液收集袋，所述废液桶通过第四管道与废液收集袋连通。
3.根据权利要求2所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述第四管道上设有出水阀。
4.根据权利要求1所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：还包括上壳体、下壳体和隔板，所述上壳体与下壳体组合后形成容纳空间，所述外置溶液桶、溶液存储桶、废液桶、第一蠕动泵、第二蠕动泵、催化剂床体、冷凝管、干燥室、输出管道位于容纳空间内。
5.根据权利要求4所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述上壳体的顶面设有进料口，所述进料口下方安装有外置溶液桶，所述外置溶液桶的顶面设有与进料口对应的桶口。
6.根据权利要求5所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述桶口外壁设有螺纹，所述进料口上设有盖子，所述盖子内壁设有内螺纹，所述盖子与桶口螺纹连接。
7.根据权利要求4所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述下壳体与隔板之间形成的密闭空间为溶液存储桶，所述隔板的中心设有螺纹孔，所述催化剂床体的下端设有外螺纹，所述催化剂床体的下端与螺纹孔螺纹连接，所述废液桶位于催化剂床体正下方；
所述隔板的底面固定有往下延伸的空心柱体，所述空心柱体与废液桶的桶口卡扣连接。
8.根据权利要求7所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述空心柱体内壁设有多个第一凸起，所述废液桶的桶口外侧壁设有与第一凸起位置对应的第二凸起，所述废液桶桶口的直径小于空心柱体的直径，废液桶的桶口插入空心柱体，致使第二凸起越过第一凸起，第二凸起的底面与第一凸起的顶面相抵。
9.根据权利要求7所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述废液桶的桶口与空心柱体之间设有密封圈。
10.根据权利要求7所述利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器，其特征在于：所述冷凝管的外壁间隔设有多个散热翘片，所述催化剂床体的外壁间隔设有多个散热翘片。
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| CN201921259428.2U CN210366975U (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 一种利用硼氢化钠催化制氢的氢气发生器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022124881A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | Nanomalaysia Berhad | A hydrogen generator for fuel cell application, a method and a system thereof |
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2019
- 2019-08-06 CN CN201921259428.2U patent/CN210366975U/zh active Active
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