一种可控制的硼氢化钠制氢的反应装置的制作方法

本实用新型涉及一种应用于制氢的低压反应装置，属于氢能制备领域，尤其涉及一种可控制的硼氢化钠制氢的反应装置。

背景技术：

当前氢氧燃料电池的利用开发，特别是质子交换膜燃料电池的开发，已成为新世纪国际上攻克能源危机和环境污染的前沿技术领域。性能优异且技术相对成熟的侄子江湖按摩燃料电池系统的应用领域广阔且需求量大，一直受到人们广泛的关注。但是，燃料电池大规模应用亟需解决的一个重要问题就是如何为燃料电池高效安全地提供氢源。

质子交换膜（PEM）燃料电池以其结构简单、高校清洁，启动温度低，安静无噪音等优点，成为极具前景的新一代发电技术，经过多年的基础研究与应用开发，质子交换膜燃料电池各方面的研究已取得实质性进展，电池的体积和重量比功率得到了显著提高，但昂贵的制氢、加氢设施基础仍严重阻碍了燃料电池汽车的商业化进程。

氢气作为一种新兴的高能清洁能源载体，可通过多种方式制备。硼氢化钠水解或醇解制氢是目前比较热门的现场制氢技术，具有很多优点，如：原料产物环境友好，不排放有害气体；储氢量高；储存、使用安全，运载方便；制备的氢气纯度高，不会造成燃料电池电极催化剂的毒化；能量利用率高，不需要外加能量就可以把NaBH4及一部分水中的氢气释放出来。通过对已公开的水解或者醇解制氢反应器的研究，我们发现目前装置都存在反应装置气压偏高、催化剂回收率低和反应控制效果较差等问题，阻碍了硼氢化物现场制氢技术在便携式燃料电池电源设备和燃料电池汽车的应用。

有鉴于此，我们设计了一种新型氢气发生器，以便克服现有制氢设备的上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作方便、反应器内压力低下且使用安全，使用过程不排放含碳、氮的有害气体，产生的氢气纯度较高，能有效的进行手动、自动控制反应速率，可以高效回收催化剂，并且不会造成燃料电池电极催化剂的毒化的可控制的硼氢化钠制氢的反应装置。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：一种可控制的硼氢化钠制氢的反应装置，包括制氢反应室、手动控制系统、催化剂放置元件、气体过滤机构；制氢反应室设置有氢气输出端口，手动控制系统连接制氢反应室，并通过控制催化剂没入溶液高度控制反应速率；制氢反应室底部设有废液排出端口，防止氢气与溶液泄露；端口采用螺纹方式密封连接，防止氢气与溶液泄露；催化剂放置元件由筛网构成；催化剂放置元件上端通过一硬质杆与控制系统连结，可通过与其连结的齿轮调节氢气输出端口内的硬质长杆，由此调节催化剂的高度；控制系统位于制氢反应室上的氢气输出端口上，手动控制系统由催化剂放置元件的调控装置、气流速度显示元件构成，可根据瞬时气流速度调节控制系统上的旋钮改变催化剂没入高度，从而调节反应速率。

进一步的，催化剂放置元件内放置固体催化剂。

进一步的，催化剂放置元件由固定形状的聚四氟乙烯材料的圆桶装筛网构成，用于盛放固体催化剂。

进一步的，所述气体过滤机构由过水装置与分子筛构成，氢气先通过变色硅胶除去氢气中夹杂的大部分水分，再通过分子筛以除去其中夹带的硼氢化钠、片硼酸钠等杂质。

一种可控制的硼氢化钠制氢的反应装置，包括制氢反应室、自动控制系统、催化剂放置元件、气体过滤机构；制氢反应室设置有氢气输出端口，自动控制系统连接制氢反应室，并通过控制催化剂没入溶液高度控制反应速率；制氢反应室底部设有废液排出端口，防止氢气与溶液泄露；端口采用螺纹方式密封连接，防止氢气与溶液泄露；催化剂放置元件由筛网构成；催化剂放置元件上端通过一硬质杆与控制系统连结，可通过与其连结的齿轮调节氢气输出端口内的硬质长杆，由此调节催化剂的高度；控制系统位于制氢反应室上的氢气输出端口上，自动控制系统为置于氢气输出端口的浮力片，由上升气流产生的浮力使氢气输出端口内的浮力片受力浮起，通过一硬质杆连结浮力片与催化剂放置元件，从而调节催化剂没入溶液高度，可通过更换相应重量的浮力片以达到稳定于相应反应速率的效果。

进一步的，催化剂放置元件内放置固体催化剂。

进一步的，催化剂放置元件由固定形状的聚四氟乙烯材料的圆桶装筛网构成，用于盛放固体催化剂。

进一步的，所述气体过滤机构由过水装置与分子筛构成，氢气先通过变色硅胶除去氢气中夹杂的大部分水分，再通过分子筛以除去其中夹带的硼氢化钠、片硼酸钠等杂质。

作为本发明的一种优选方案，选取以泡沫镍为载体电镀Co、Ru、Pt、Co等非贵金属作为制氢催化剂，该催化剂具有良好的机械强度、不吸附氢气、耐碱腐蚀、耐高温等良好特性；

本实用新型的工作原理为：根据情况选择控制模式并选用相应控制系统，催化剂先加入放置元件中并与控制系统连结，然后于制氢反应室中加入浓度为20-30%的NaBH4溶液，要求其温度在80℃左右，然后将控制系统固定于氢气输出端口上，并连结气体简易过滤机构，溶液与催化剂接触、反应，产生氢气，氢气经过过滤机构送入氢燃料电池中；

本实用新型具有以下优点：（1）装置结构简单，操作方便；（2）反应气压低，装置实用安全；（3）使用过程不排放含碳和含氮的有害气体，不存在污染；（4）产生的氢气纯度高，不会造成燃料电池点击催化剂的毒化；（5）反应速率控制效果良好，适用性强；（6）制氢催化剂的回收方便且回收效率高。

附图说明

图1 是本实用新型装置的制氢反应室与控制系统示意图。

图2是本实用新型中控制系统气体过滤系统的示意图。

图3是本实用新型中催化剂放置元件的结构示意图。

附图标记：1、制氢反应室，2、催化剂放置元件，3、控制旋钮，4、废液排出端口，5、浮力片，6、气体过滤机构，7、催化剂放置室，8、可开关盖帽。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型进一步详细的说明。

请参阅图1，本实用新型揭示了一种可控制的硼氢化钠制氢的反应装置，所述反应装置包括：制氢反应室1、控制系统3、催化剂放置元件2和气体过虑机构6。

首先准备两个气体过滤机构6，分别在过滤室内放置变色硅胶和分子筛，并且旋紧开关防止漏气，将放置变色硅胶的过滤室上端的导气口与放置分子筛过滤室下端的导气口相连，气体先后通过变色硅胶与分子筛，并从分子筛过滤室上端通出。

将电镀好的固体催化剂置于催化剂放置元件2内，将可开关盖帽8闭合，并将盖帽上方的硬质杆与控制系统连结。

将制氢反应室1下方废液排出端口4闭合，选取硼氢化钠为制氢反应物质，称取硼氢化钠固体300g，纯水700g，在温度80℃下配置为溶液，此时硼氢化钠溶液质量分数为30%，将溶液倒入制氢反应室1，并将催化剂放置元件2放入制氢反应室1内，将控制系统固定于制氢反应室1上方氢气输出端口，并通过导气管将氢气输出端口与内置变色硅胶的气体过滤机构6的下方的导气管连接。

实施例1：选取手动控制系统，完整连接氢气发生装置并正常产生氢气时，通过氢气输出端口外的旋钮将催化剂放置元件2上调至全部脱离液面，反应基本停止不再有氢气产生，此时反应料储存在制氢反应室1中；通过旋钮下调催化剂放置元件2再次慢慢没入液面时，产生氢气的速率随之慢慢提高。

实施例2：选取自动控制系统，完整连接氢气发生装置并开始正常产生氢气时，初始阶段反应速率较低，浮力片5位于氢气输出端口底端，催化剂放置元件2完全没入反应料中；反应中段氢气产生速率开始提升，浮力片受到上升气流作用漂浮于氢气输出端口内，并通过硬质杆带起催化剂放置元件2，反应稳定时浮力片将浮动于预期控制速率附近，此时可通过浮力片的改变预期控制速率。