JP2023092441A

JP2023092441A - ピストン式連続水素製造反応設備

Info

Publication number: JP2023092441A
Application number: JP2022129764A
Authority: JP
Inventors: 寰張; Huan Zhang; 志萍張; Zhiping Zhang; 涛劉; To Ryu; 兵胡; Bing Hu; 洋張; Yang Zhang; 全国張; Quanguo Zhang; 冠寧向; Guanning Xiang; ▲かい▼▲しん▼ 王; Kaixin Wang
Original assignee: Henan Agricultural University
Current assignee: Henan Agricultural University
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2023-07-03
Anticipated expiration: 2042-08-16
Also published as: CN114251254A; JP7407470B2; CN114251254B

Abstract

【課題】継続的に水素を発生し、かつ、水素の無駄を回避する【解決手段】一実施例によるピストン式連続水素製造反応設備は、第一箱体、抜取アセンブリ、動力構造、第二箱体、摺動板、制御アセンブリ及び連通管を含み、第二箱体と第一箱体とが互いに連通され、摺動部材によって制御アセンブリが移動される時、反応液を第二箱体に流入させるか又はそれを遮断すること可能で、反応液は第二箱体に流入した後に被反応物と反応して水素を生成することができ、抜取アセンブリは、水素を抜き取るためのものである。本実施例の設備によれば、摺動板と制御アセンブリとの協働により、第一箱体及び第二箱体内でも一定の水素が定量的に発生されるため、第一箱体内の安定した气圧が保証されるとともに、ピストンを含む抜取アセンブリにより水素を毎回定量的に抜き取ってから水素収容器内に注入するので、水素の無駄が回避される。【選択図】図１

Description

本発明は、液圧技術の分野に関し、具体的に、ピストン式連続水素製造反応設備に関する。

水素エネルギーは、クリーンなエネルギー及び高密度のエネルギーキャリアとして大いに注目され、将来の理想的な移動エネルギーであると考えられている。高圧ガスボンベ、金属合金水素貯蔵、ナノカーボン材料等の現在の水素貯蔵技術では、常温常圧で燃料電池に十分な水素を供給することが困難である。したがって、水素貯蔵密度が高く、安全で効率的な水素貯蔵技術及び水素製造方法を見出すことは、水素エネルギーの利用にとって重要な意義がある。

従来の水素製造装置は、反応液と被反応物とを反応容器内に直接入れて反応させてから、発生された水素を回収するのが一般的である。このような水素製造装置によって発生された水素が多い場合、過剰な水素はそのまま無駄にされ、発生された水素が少ない場合、水素の量が増やされるように反応物又は被反応物を再び追加すると、過剰な水素も発生され易くなり、水素の無駄に繋がる。

本発明は、上記の問題を改善するためのピストン式連続水素製造反応設備を提供している。

本発明は、上記課題を解決するために採用した技術案が、以下の通りである。
上記の目的に基づいて、本発明は、ピストン式連続水素製造反応設備であって、第一箱体、抜取アセンブリ、動力構造、第二箱体、摺動板、制御アセンブリ及び連通管を含み、
前記第一箱体には、液体入口、気体出口及び液体出口が設けられており、前記液体出口は、前記第一箱体の底部に位置しており、
前記抜取アセンブリは、抜取箱及びピストンを含み、前記抜取箱が前記気体出口に連通され、前記ピストンが前記抜取箱に摺接され、前記抜取箱に開口が設けられ、前記開口には、気体が前記開口に沿って前記抜取箱から排出できるようにする第一逆止弁が設けられており、前記気体出口には、気体が前記第一箱体に沿って前記抜取箱内に進入できるようにする第二逆止弁が設けられており、
前記動力構造は、ピストンロッドを介して前記ピストンに接続され、
前記第二箱体は、前記液体出口に連通され、
前記摺動板は、前記第一箱体に摺接され、且つ前記摺動板の周囲が前記第一箱体と密封接続され、
前記制御アセンブリは、第一端が前記摺動板に接続された制御ロッドと、前記制御ロッドの第二端に接続され、前記液体出口を開閉させるために摺動される制御ブロックとを含み、
前記連通管は、一端が前記第一箱体に連通され、他端が前記第二箱体に連通されている、ピストン式連続水素製造反応設備を開示している。

従来技術に比べて、本発明が奏する有益な効果は、以下の通りである。
本発明が開示したピストン式連続水素製造反応設備は、継続的に水素を発生することができ、抜取アセンブリにピストンが含まれ、このような抜取方式によれば、水素を毎回定量的に抜き取ってから、水素収容器内に注入することを実現できる。一方で、摺動板と制御アセンブリとの協働により、第一箱体及び第二箱体内でも一定の水素が定量的に発生されるため、第一箱体内の安定した气圧が保証されるとともに、水素の無駄が回避される。

本発明の一実施例が開示したピストン式連続水素製造反応設備を示した模式図の一例である。本発明の一実施例が開示した第一箱体及び第二箱体の接続を示した模式図の一例である。本発明の一実施例が開示した抜取アセンブリを示した模式図の一例である。本発明の一実施例が開示した制御アセンブリを示した模式図の一例である。本発明の一実施例が開示した材料交換アセンブリを示した模式図の一例である。本発明の一実施例が開示した図５の部分拡大図を示したものである。本発明の一実施例が開示した複数の材料収容プレートを示した平面図の一例である。本発明の一実施例が開示した材料受けプレートを示した平面図の一例である。本発明の一実施例が開示した材料貯蔵箱の第一視点からの断面図の一例を示したものである。本発明の一実施例が開示した材料貯蔵箱の第二視点からの断面図の一例を示したものである。

実施例：
図１を参照し、本発明の実施例は、ピストン１２４式連続水素製造反応設備を開示しており、当該設備は、第一箱体１１０、抜取アセンブリ１２０、動力構造１３０、第二箱体１４０、摺動板１５０、制御アセンブリ１６０及び連通管１７０を含む。第一箱体１１０は、反応液を収容するためのものであり、第二箱体１４０は、被反応物を収容するためのものであり、且つ第二箱体１４０と第一箱体１１０とが互いに連通される。摺動部材によって制御アセンブリ１６０が移動される時、反応液を第二箱体１４０に流入させるか、又はそれを遮断することが可能で、反応液は、第二箱体１４０に流入した後に被反応物と反応して水素を生成することが可能である。抜取アセンブリ１２０は、水素を抜き取るためのものであり、抜取アセンブリ１２０によって水素が抜き取られると、第一箱体１１０内の气圧が低下し、この時、摺動板１５０によって制御アセンブリ１６０が下へ移動され、その後、反応液は、第二箱体１４０内に進入可能となり、反応液と被反応物とが反応すると、水素が発生されて第一箱体１１０内の气圧が再び増大し、すると、摺動板１５０によって制御アセンブリ１６０が上へ移動され、反応液は、第二箱体１４０へ流れなくなる。

本実施例が開示したピストン１２４式連続水素製造反応設備は、継続的に水素を発生することができ、抜取アセンブリ１２０にピストン１２４が含まれ、このような抜取方式によれば、水素を毎回定量的に抜き取ってから、水素収容器内に注入することが実現できる。一方で、摺動板１５０と制御アセンブリ１６０との協働により、第一箱体１１０及び第二箱体１４０内でも一定の水素が定量的に発生されるため、第一箱体１１０内の安定した气圧が保証されるとともに、水素の無駄が回避される。

図２を参照し、第一箱体１１０には、第一空洞体１１４、液体入口１１１、気体出口１１２及び液体出口１１３が設けられており、液体入口１１１、気体出口１１２及び液体出口１１３は、何れも第一空洞体１１４に連通され、液体入口１１１及び気体出口１１２は、第一箱体１１０の頂部に位置し、液体出口１１３は、第一箱体１１０の底部に位置している。

図３を参照し、抜取アセンブリ１２０は、抜取箱１２３及びピストン１２４を含む。抜取箱１２３は、第一箱体１１０の頂部に取り付けられ、且つ抜取箱１２３は、気体出口１１２を介して第一空洞体１１４に連通される。抜取箱１２３に開口１２５が設けられ、開口１２５は、ピストン１２４が内方に摺動して抜き取りを行う時に当該開口１２５を閉塞してしまうことが回避されるように、抜取箱１２３における第一箱体１１０に近い位置にある。当該開口１２５内には、気体が抜取箱１２３に沿って外方に流動することのみできるようにする第一逆止弁１２１が設けられている。気体出口１１２には、気体が第一空洞体１１４に沿って抜取箱１２３内に進入することのみできるようにする第二逆止弁１２２が設けられている。

ピストン１２４は、抜取箱１２３に摺接され、ピストン１２４が抜取箱１２３に対して摺動する時、第一空洞体１１４内の水素を抜き出して水素収容器内に送り込むことが可能である。図３を参照し、ピストン１２４が上へ移動する時、第一空洞体１１４内の水素は、気体出口１１２に沿って抜取箱１２３内に抜き出されることが可能で、ピストン１２４が下へ移動する時、抜取箱１２３内の気体は、開口１２５に沿って水素収容器内に押し込まれる。

ピストン１２４は、動力構造１３０によって駆動され、動力構造１３０は、ピストンロッド１３１を介してピストン１２４との接続が形成される。本実施例において、動力構造１３０は、シリンダ、オイルシリンダ又はカム構造等であってもよいが、動力構造１３０は、ピストン１２４を抜取箱１２３内で往復移動可能にすればよい。

第一箱体１１０の頂部に突出部１１５が設けられ、突出部１１５には、摺動空洞１１６及び貫通孔１１７が設けられている。摺動空洞１１６は、第一空洞体１１４に連通され、貫通孔１１７は、摺動空洞１１６に連通され、当該貫通孔１１７は、摺動空洞１１６において第一空洞体１１４と離反する端に位置する。摺動板１５０は、摺動空洞１１６内に位置し、摺動板１５０は、突出部１１５の内壁に摺接され、且つ摺動板１５０は、突出部１１５の内壁に密封接続される。図１を参照し、第一空洞体１１４内の气圧が増大すると、摺動板１５０は、突出部１１５に沿って上へ移動し、第一空洞体１１４内の气圧が低下すると、摺動板１５０は、突出部１１５に沿って下へ移動する。

図２を参照して、第二箱体１４０は、第一箱体１１０の底部に位置し、第二箱体１４０は、液体出口１１３を介して第一空洞体１１４に連通される第二空洞体１４３を含む。第二箱体１４０には、材料投入口１４１及び材料排出口１４２が設けられており、材料投入口１４１及び材料排出口１４２は、何れも第二空洞体１４３に連通され、材料投入口１４１及び材料排出口１４２は、何れも第二箱体１４０の側壁に位置し、且つ材料投入口１４１は、材料排出口１４２の上方に位置している。第二箱体１４０と第一箱体１１０との間には、一端が第一箱体１１０に連通されて他端が第二箱体１４０に連通される連通管１７０が更に設けられている。連通管１７０により、第二空洞体１４３で発生された水素が第一空洞体１１４内に流入可能となるため、第一空洞体１１４と第二空洞体１４３との气圧が一致するように保たれる。

図４を参照して、制御アセンブリ１６０は、制御ブロック１６２及び制御ロッド１６１を含み、制御ブロック１６２は、第二箱体１４０と滑合するものであり、制御ブロック１６２は、第一箱体１１０と第二箱体１４０との接続方向に沿って摺動する時、液体出口１１３を開閉させることが可能である。制御ブロック１６２にガイド溝１６３が設けられており、制御ブロック１６２が第二箱体１４０の底部に向かって摺動する時、第一空洞体１１４と第二空洞体１４３とは、当該ガイド溝１６３を介して連通されるとともに、ガイド溝１６３は、反応液が第二箱体１４０内の被反応物に接触可能になるように、反応液の流動方向を案内可能である。制御ロッド１６１は、第一端が摺動板１５０に接続され、第二端が制御ブロック１６２に接続され、摺動板１５０は、第一空洞体１１４内の气圧の変化に起因して摺動する時、制御ブロック１６２をそれとともに摺動させることが可能である。

第一空洞体１１４内の水素が抜取アセンブリ１２０によって抜き出されると、第一空洞体１１４内の气圧が低下し、この時、摺動板１５０によって制御ブロック１６２が下へ移動され、すると、液体出口１１３が開かれ、反応液は、ガイド溝１６３に沿って第二空洞体１４３内に流入し、第二空洞体１４３内の被反応物と反応して水素を生成することが可能となり、生成された水素は、連通管１７０を介して第一空洞体１１４内に流入することで、第一空洞体１１４内の气圧が増大し、摺動板１５０は、圧力の作用で上へ移動され、その後、制御ブロック１６２によって液体出口１１３が再び閉塞され、すると、反応液は、第二空洞体１４３内に流入しなくなり、第二空洞体１４３内では、水素の発生もなくなる。抜取アセンブリ１２０が第一空洞体１１４内の水素を抜き取っていくにつれて、摺動板１５０及び制御ブロック１６２は、上記の挙動を繰り返していく。

図５、図７及び図８を参照して、材料交換アセンブリ１８０は、材料受けプレート１８１、材料貯蔵箱１８３、接続スリーブ１８４、接続ロッド１８５、ギアスリーブ１８８、伝動ギア１８９、及び、被反応物を収容するため複数の材料収容プレート１８２を含む。材料受けプレート１８１は第二箱体１４０の底部に取り付けられ、且つ材料受けプレート１８１は材料排出口１４２に連通される。材料受けプレート１８１の頂部に材料受け口１８１１が設けられており、本実施例において、材料受けプレート１８１の横断面は円形をなし、材料受け口１８１１は、扇形をなすように設けられている。

複数の材料収容プレート１８２は、環状をなすように配されており、複数の材料収容プレート１８２は、何れも材料受けプレート１８１の上方に位置しており、且つ複数の材料収容プレート１８２は、何れも材料受けプレート１８１と滑合するものであり、材料収容プレート１８２は、材料受けプレート１８１の軸線に対する材料収容プレート１８２の回動が可能になるように、材料受けプレート１８１に対して摺動可能である。本実施例において、材料受けプレート１８１は、底壁１８２１及び周壁１８２２を含み、底壁１８２１は、扇形をなすように設けられ、周壁１８２２は、底壁１８２１の周方向に沿って設けられ、且つ底壁１８２１の前端が周壁１８２２に回動接続されており、底壁１８２１は、材料受けプレート１８１の径方向に沿って周壁１８２２に対して回動する。複数の材料収容プレート１８２が同時に回動する時、材料受け口１８１１の上方まで回動した材料収容プレート１８２の底壁１８２１は、その自重と反応後の残渣の重力との作用で下へ回動して傾斜することで、残渣が材料受けプレート１８１内に注がれる。その後、材料収容プレート１８２が回動を続けると、底壁１８２１は、材料受け口１８１１の側縁に接触した後、再び上へ回動して、周壁１８２２との間で、被反応物及び反応液を収容可能な空洞体を形成する。

図１、図９及び図１０を参照し、材料貯蔵箱１８３は、第二箱体１４０内に取り付けられ、材料貯蔵箱１８３の頂部が材料投入口１４１に連通され、被反応物は、当該材料投入口１４１を介して材料貯蔵箱１８３内に予め貯められることが可能である。材料貯蔵箱１８３の底部に材料分配ローラ１８３１が設けられており、材料分配ローラ１８３１は、材料貯蔵箱１８３に回動接続され、且つ材料分配ローラ１８３１の回動軸線が接続スリーブ１８４の回動軸線に対して垂直である。材料分配ローラ１８３１には、複数の材料分配溝１８３２が設けられており、材料分配溝１８３２は、材料分配ローラ１８３１の軸線に沿って延在し、複数の材料分配溝１８３２は、材料分配ローラ１８３１の周方向に沿って間隔を空けて設けられており、材料分配ローラ１８３１の回動により、材料分配溝１８３２は、材料貯蔵箱１８３に進入するか、又は材料貯蔵箱１８３から退出する。材料分配ローラ１８３１が材料貯蔵箱１８３に対して回動すると、材料分配溝１８３２内に位置する被反応物は、材料貯蔵箱１８３の下方に位置する材料収容プレート１８２内に落下可能となる。材料分配溝１８３２が材料貯蔵箱１８３に進入すると、材料貯蔵箱１８３内の被反応物は、当該材料分配溝１８３２内に充填されることが可能となり、材料分配溝１８３２が材料貯蔵箱１８３から退出すると、材料分配溝１８３２上の被反応物は、その自重の作用で、下方の材料収容プレート１８２内に落下する。

図５及び図６を参照して、接続スリーブ１８４及び接続ロッド１８５は、制御ロッド１６１と複数の材料収容プレート１８２との伝動用の伝動構造を構成し、ギアスリーブ１８８及び伝動ギア１８９は、接続スリーブ１８４と材料分配ローラ１８３１との伝動用である。複数の材料分配プレートは、接続スリーブ１８４の周方向に沿って順次に設けられ、且つ複数の材料分配プレートは、何れも接続スリーブ１８４とともに回動可能である。接続スリーブ１８４の内円周には、第一螺旋溝が設けられ、接続ロッド１８５の外円周には、当該第一螺旋溝と協働するための第二螺旋溝が設けられており、接続ロッド１８５が接続スリーブ１８４に挿入された後、接続ロッド１８５が下へ移動を続けると、第一螺旋溝と第二螺旋溝との協働により、接続スリーブ１８４は、第一方向に沿って回動可能となる。接続スリーブ１８４における接続ロッド１８５と離反する端は、第一ラチェット及びポール構造１８６を介して第二箱体１４０の底部に接続され、第一ラチェット及びポール構造１８６は、接続スリーブ１８４が第一方向に沿って第二箱体１４０に対して回動することのみできるように規制するものである。接続ロッド１８５における接続スリーブ１８４と離反する端は、制御ロッド１６１の第二端に回動接続され、且つ接続ロッド１８５と制御ロッド１６１との間には、第二ラチェット及びポール構造１８７が設けられており、第二ラチェット及びポール構造１８７は、接続ロッド１８５が第一方向に沿って制御ロッド１６１に対して回動することのみできるように規制するものである。

制御ロッド１６１によって接続ロッド１８５が下へ移動される時、接続ロッド１８５は、第二ラチェット及びポール構造１８７の規制により、第二方向に沿って移動できないため、この時、接続スリーブ１８４は、複数の材料収容プレート１８２を第一方向に沿って回動させることが可能であり、制御ロッド１６１によって接続ロッド１８５が上へ移動される時、接続スリーブ１８４は、第一ラチェット及びポールの規制により、第二方向に沿って回動できないため、この時、接続ロッド１８５は、第一方向に沿って回動する。

図８を参照し、説明すべきなのは、本実施例において、図８における反時計回りを第一方向とし、図８におけるの時計回りを第二方向とする。

ギアスリーブ１８８は、接続スリーブ１８４に接続され、ギアスリーブ１８８は、接続スリーブ１８４と同軸に設けられ、且つギアスリーブ１８８は、接続スリーブ１８４に伴って同期回動する。伝動ギア１８９は、材料分配ローラ１８３１の回動軸に取り付けられ、材料分配ローラ１８３１は、伝動ギア１８９に伴って同期回動可能であり、且つ伝動ギア１８９とギアスリーブ１８８とが噛み合う。伝動ギア１８９とギアスリーブ１８８とは、ギアスリーブ１８８が接続ロッド１８５の軸線方向に沿って回動する時に伝動ギア１８９及び材料分配ローラ１８３１を接続ロッド１８５の軸線に対して垂直な方向に沿って回動させることができるように、ベベルギヤの形で噛み合う。

伝動ギア１８９とギアスリーブ１８８との噛み合い比を調整することにより、材料分配ローラ１８３１の回動角度を制御できるため、制御ロッド１６１を上下に１回摺動すると、ちょうど１つだけの、又はいくつかの材料分配溝１８３２は、材料貯蔵箱１８３から退出した範囲にまで完全に回動される。

１１０－第一箱体、１１１－液体入口、１１２－気体出口、１１３－液体出口、１１４－第一空洞体、１１５－突出部、１１６－摺動空洞、１１７－貫通孔、１２０－抜取アセンブリ、１２１－第一逆止弁、１２２－第二逆止弁、１２３－抜取箱、１２４－ピストン、１２５－開口、１３０－動力構造、１３１－ピストンロッド、１４０－第二箱体、１４１－材料投入口、１４２－材料排出口、１４３－第二空洞体、１５０－摺動板、１６０－制御アセンブリ、１６１－制御ロッド、１６２－制御ブロック、１６３－ガイド溝、１７０－連通管、１８０－材料交換アセンブリ、１８１－材料受けプレート、１８１１－材料受け口、１８２－材料収容プレート、１８２１－底壁、１８２２－周壁、１８３－材料貯蔵箱、１８３１－材料分配ローラ、１８３２－材料分配溝、１８４－接続スリーブ、１８５－接続ロッド、１８６－第一ラチェット及びポール構造、１８７－第二ラチェット及びポール構造、１８８－ギアスリーブ、１８９－伝動ギア

Claims

ピストン式連続水素製造反応設備であって、第一箱体、抜取アセンブリ、動力構造、第二箱体、摺動板、制御アセンブリ及び連通管を含み、
前記第一箱体には、液体入口、気体出口及び液体出口が設けられており、前記液体出口は、前記第一箱体の底部に位置しており、
前記抜取アセンブリは、抜取箱及びピストンを含み、前記抜取箱が前記気体出口に連通され、前記ピストンが前記抜取箱に摺接され、前記抜取箱に開口が設けられ、前記開口には、気体が前記開口に沿って前記抜取箱から排出できるようにする第一逆止弁が設けられており、前記気体出口には、気体が前記第一箱体に沿って前記抜取箱内に進入できるようにする第二逆止弁が設けられており、
前記動力構造は、ピストンロッドを介して前記ピストンに接続され、
前記第二箱体は、前記液体出口に連通され、
前記摺動板は、前記第一箱体に摺接され、且つ前記摺動板の周囲が前記第一箱体と密封接続され、
前記制御アセンブリは、第一端が前記摺動板に接続された制御ロッドと、前記制御ロッドの第二端に接続され、前記液体出口を開閉させるために摺動される制御ブロックとを含み、
前記連通管は、一端が前記第一箱体に連通され、他端が前記第二箱体に連通されている、ことを特徴とするピストン式連続水素製造反応設備。
材料交換アセンブリを更に含み、前記材料交換アセンブリは、
前記第二箱体の底部に取り付けられ、頂部に材料受け口が設けられた材料受けプレートと、
環状をなすように配列された複数の材料収容プレートであって、何れも前記材料受けプレートの上方に位置しており、且つ前記材料受け口に対応する前記材料収容プレートが前記材料受け口に連通可能な複数の材料収容プレートと、
前記第二箱体内に位置し、且つ底部には、前記材料収容プレートと連通するための材料出口が設けられた材料貯蔵箱とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のピストン式連続水素製造反応設備。
前記材料交換アセンブリは、接続スリーブ及び接続ロッドを更に含み、
前記接続スリーブは、複数の前記材料収容プレートの何れとも接続され、前記接続スリーブと前記第二箱体との間には、前記接続スリーブが第一方向に沿って前記第二箱体に対して回動できるように規制する第一ラチェット及びポール構造が設けられており、前記接続スリーブには、第一螺旋溝が設けられており、
前記接続ロッドの第一端は、前記制御ロッドの第二端に接続され、前記接続ロッドと前記制御ロッドとの間には、前記接続ロッドが前記第一方向に沿って前記制御ロッドに対して回動できるように規制する第二ラチェット及びポール構造が設けられており、前記接続ロッドの第二端には、前記接続ロッドが前記第二箱体の底部に向かって移動する時に前記接続スリーブが複数の前記材料収容プレートを第一方向に沿って回動させることが可能になるように、前記接続スリーブと協働するための第二螺旋溝が設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載のピストン式連続水素製造反応設備。
前記材料貯蔵箱内には、材料分配ローラが設けられており、前記材料分配ローラは、前記材料貯蔵箱に回動接続され、前記材料分配ローラの回動軸線は、前記接続スリーブの回動軸線に対して垂直であり、前記材料分配ローラには、前記材料分配ローラの軸線方向に沿って延在する材料分配溝が設けられており、材料分配ローラの回動により、前記材料分配溝が前記材料貯蔵箱に進入するか、又は前記材料貯蔵箱から退出し、
前記材料交換アセンブリは、ギアスリーブ及び伝動ギアを更に含み、前記ギアスリーブは、前記接続スリーブに接続され、且つ前記ギアスリーブは、前記接続スリーブに伴って同期回動し、前記伝動ギアは、前記材料分配ローラの回動軸に取り付けられ、且つ前記伝動ギアと前記ギアスリーブとが噛み合う、ことを特徴とする請求項３に記載のピストン式連続水素製造反応設備。