微型简易氢气发生装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种微型简易氢气发生装置，包括用于盛装反应液的反应器、用于盛放催化剂的催化剂担载管，所述催化剂担载管端部插入反应器内部后与反应器开口处密封连接；还包括用于调节催化剂担载管插入深度的调节装置；所述调节装置包括橡胶垫片、刚性压片、紧固螺栓，所述反应器的开口处设置有实心加固部分，紧固螺栓依次穿过刚性压片、橡胶垫片、加固部分后使调节装置与反应器密封连接；调节装置的内部设有一通孔，该通孔的孔壁上设有内螺纹，催化剂担载管的管壁上设置有外螺纹，催化剂担载管通过内螺纹与外螺纹的相互配合来调节其端部在反应器内部的插入深度。本实用新型提供的微型简易氢气发生装置，具有结构简单、体积较小、便于携带、制氢高效的优点。
【专利说明】微型简易氢气发生装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种氢气发生装置，尤其涉及一种微型简易氢气发生装置。
【背景技术】
[0002]氢气作为一种公认的清洁能源，是质子交换膜燃料电池的理想燃料。在传统能源日益枯竭和环保要求不断提高的背景下，世界各国都不断加大氢能产品的开发力度，特别是微型、便携式燃料电池，近几年来备受关注。但在氢氧燃料电池的开发过程中，缺乏结构简单、体积小、效率高的氢气供应装置。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、便于携带的微型简易氢气发生装置。
[0004]一种微型简易氢气发生装置，包括用于盛装反应液的反应器、用于盛放催化剂的催化剂担载管，所述催化剂担载管端部插入反应器内部后与反应器开口处密封连接；还包括用于调节催化剂担载管插入深度的调节装置。
[0005]进一步地，所述催化剂担载管包括多层用于放置催化剂的担载隔网，该担载隔网为不锈钢席型网，过滤精度小于I μ m。
[0006]进一步地，所述调节装置包括橡胶垫片、刚性压片、紧固螺栓，所述反应器的开口处设置有实心加固部分，紧固螺栓依次穿过刚性压片、橡胶垫片、加固部分后使调节装置与反应器密封连接；调节装置的内部设有一通孔，该通孔的孔壁上设有内螺纹，催化剂担载管的管壁上设置有外螺纹，催化剂担载管通过内螺纹与外螺纹的相互配合来调节其端部在反应器内部的插入深度。
[0007]进一步地，所述橡胶垫片上用于穿过催化剂担载管的孔的孔径小于催化剂担载管
的管壁直径。
[0008]进一步地，每层担载隔网分别固定在一个卡套上，每个卡套的一端设有内层凸起、另一端设有外层凹陷，卡套之间通过所述内层凸起与外层凹陷固定连接。
[0009]进一步地，所述催化剂担载管的下端部固定连接有漏斗状的氢气收集保护片，该保护片为橡胶薄片。
[0010]进一步地，所述催化剂担载管包括上半部分外管壁设置有外螺纹的螺纹区、下半部分外管壁为光滑面的催化剂担载区。
[0011]进一步地，催化剂担载管的外管壁上半部分的长度与刚性压片的厚度一致，刚性压片的厚度为反应器高度的2/3
[0012]本实用新型提供的微型简易氢气发生装置，具有结构简单、体积较小、便于携带、制氢高效的优点。另外，本实用新型是为解决应急情况下小型氢氧燃料电池设备氢气的即时供应问题而开发的一种在不携带氢气的情况下，仅通过携带少量固体药品、催化剂，通过简单操作便可即时、高效、稳定可控的获得纯净氢气的便携式简易小型设备，属于小型燃料电池的附属设备，可用于探险、军工及实验教学等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型微型简易氢气发生装置结构示意图；
[0014]图2是本实用新型催化剂担载管局部放大图一；
[0015]图3A为含有第I层催化剂担载网的卡套结构示意图；
[0016]图3B为含有第2层催化剂担载网的卡套结构示意图；
[0017]图3C为含有第3层催化剂担载网的卡套结构示意图；
[0018]图3D为层催化剂担载管7上半部分结构示意图；
[0019]图4为本实用新型操作状态图；
[0020]图5A为本实用新型处于不同状态时的产氢动力学曲线图；
[0021]图5B为不同状态的产氢速率曲线。
【具体实施方式】
[0022]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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做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。
[0023]本实用新型提供的微型简易氢气发生装置，包括用于盛装反应液的反应器、用于盛放催化剂的催化剂担载管，所述催化剂担载管端部插入反应器内部后与反应器开口处密封连接；还包括用于调节催化剂担载管插入深度的调节装置。其中，所述催化剂担载管包括多层用于放置催化剂的担载隔网，该担载隔网为不锈钢席型网，过滤精度小于I μ m。
[0024]所述调节装置包括橡胶垫片、刚性压片、紧固螺栓，所述反应器的开口处设置有实心加固部分，紧固螺栓依次穿过刚性压片、橡胶垫片、加固部分后使调节装置与反应器密封连接；调节装置的内部设有一通孔，该通孔的孔壁上设有内螺纹，催化剂担载管的管壁上设置有外螺纹，催化剂担载管通过内螺纹与外螺纹的相互配合来调节其端部在反应器内部的插入深度。每层担载隔网分别固定在一个卡套上，每个卡套的一端设有内层凸起、另一端设有外层凹陷，卡套之间通过所述内层凸起与外层凹陷固定连接。
[0025]下面结合具体实施例来对本实用新型做详细说明:
[0026]图1为本实用新型微型简易氢气发生装置结构示意图，如图1所示，其中，该装置包括用于盛装反应液的反应器3、反应器3内部盛放有反应液4，用于盛放催化剂的催化剂担载管7、橡胶垫片1、实心加固部分2、刚性压片6、紧固螺栓5 (4个)。
[0027]图2是本实用新型催化剂担载管局部放大图一，如图2所示，催化剂担载管的一端设置有中空旋钮12、中空旋钮12上设置有氢气出口 10、氢气出口 10上设置有氢气出口控制阀11 ;催化剂担载管的上半部分为螺纹区13 ;下半部分为催化剂担载区14 ;催化剂担载区14的端部为氢气收集保护片15 ;催化剂担载管的下半部分由三段卡套组成，每段卡套通过卡套套接处16相互连接。图3A为含有第I层催化剂担载网的卡套结构示意图；图38为含有第2层催化剂担载网的卡套结构示意图；图3C为含有第3层催化剂担载网的卡套结构示意图；如图3A、图3B、图3C所示，卡套套接处16包括卡套一端设置的内层凸起17、另一端设置的外层凹陷20，卡套套接处16通过内层凸起17与外层凹陷20固定连接。催化剂担载管7下半部分由三段卡套组成，每段卡套上固有担载隔网，担载隔网上放置有催化剂8，18为第I层催化剂担载网；19为第2层催化剂担载网；20为卡套；21为第3层催化剂担载网。
[0028]具体的，本实用新型提供的装置包括多层催化剂担载管7、反应器3、调节装置；多层催化剂担载管7为一独立部件，多层催化剂担载管7分为上、下两半部分，图3D为层催化剂担载管7上半部分结构示意图，如图3D所示，其上端部设置有中空旋钮12，中空旋钮12上设置氢气出口 10、氢气出口 10上设置有氢气出口控制阀11 ;上半部分为外管壁带有螺纹的螺纹区13、下部为外壁光滑的催化剂担载区，上、下两部分焊接为一体；催化剂担载区14该由3个焊接有金属隔网的光滑筒体A、B、C连接而成；螺纹区13与催化剂担载区14之间、以及A、B、C之间均通过卡套连接，卡套分内外两层，内层凸起17和外层凹陷20相互匹配成固定连接；反应器3为圆柱形筒体，开口直径略大于多层催化剂担载管7的下半部分管壁外径，反应器3的开口部位固定有实心加固部分2 ;调节装置包括橡胶垫片1、带有内螺纹的刚性压片6、4个紧固螺栓5 ;橡胶垫片I中心开孔直径略小于多层催化剂担载管下半部分的管壁外径；刚性压片6的内螺纹与多层催化剂担载管上半部分的外螺纹匹配；橡胶垫片I和刚性压片6周围均匀分布有供四个紧固螺栓5能够穿过的开孔；反应器3垂直放置，橡胶垫片1、刚性压片6依次置于反应器3之上并由紧固螺栓连接紧固；多层催化剂担载管7可依次通过刚性垫6片开孔、橡胶垫片I开孔和反应器3开口后插入反应器内部，多层催化剂担载管7的螺纹区与刚性压片6采用螺纹连接；反应液为一定浓度的碱性NaBH4溶液；催化剂为可循环粉末状催化剂。多层催化剂担载管7可通过螺纹的旋转控制催化剂填装部位在反应器中的相对位置，进而控制和反应液接触的催化剂的量以控制产氢速度。
[0029]本实用新型的催化剂担载管下半部分通过卡套连接，无需外加连接设备，方便拆卸填装催化剂。
[0030]本实用新型催化剂担载管螺纹区13长度等于刚性压片6的厚度，刚性压片6的厚度约为反应器3部分高度的2 / 3(其目的在于保证在催化剂担载管螺纹区完全从压片中拧出时，最底层催化剂能离开反应液面)，在催化剂担载管高度调节最大允许范围内，橡胶垫片I中心孔口始终和催化剂担载管7下半部分接触，保证氢气收集过程中的气密性。
[0031]本实用新型橡胶垫片I中心孔口直径略小于催化剂担载管7光滑部分外径，而反应器3开口直径略大于多层催化剂担载管下半部分管壁外径，保证催化剂担载管能顺利插入反应器并保证氢气收集过程中气密性。
[0032]催化剂担载下端部设有氢气收集保护片15，该氢气收集保护片15为连接在催化剂担载管圆柱底面管壁上的漏斗状橡胶薄片，用于防止少量氢气气泡从低端溢出至反应器。
[0033]反应器3的开口部位有实心加固2 ;调节装置包括橡胶垫片1、带有内螺纹的刚性压片6、4个紧固螺栓5 ;橡胶垫片I中心开孔直径略小于反应器3开口直径；刚性压片6内螺纹与催化剂担载管上半部分外螺纹匹配；橡胶垫片I和刚性压片6周围均匀分布有四个供紧固螺栓4能够穿过的开孔；反应器垂直放置，橡胶垫片1、刚性压片6依次置于反应器之上并由螺栓5连接紧固；催化剂担载管7可依次通过刚性垫片6、橡胶垫片I开孔插入反应器3的反应液4内，催化剂担载管通过其管壁上设置的外螺纹旋转以调节其端部插入反应器内部的深度。
[0034]本实用新型提供的微型简易氢气发生装置，氢气从催化剂担载管上端部顶端收集。
[0035]本实用新型使用时将适量NaBH4固体、NaOH固体配制成一定浓度的碱性NaBH4溶液即反应液，通过反应器口将反应液注入反应器3，然后依次将橡胶垫片1、刚性压片6置于反应器加固部分2之上，使三者开孔圆心在同一直线上，然后将4个螺栓5依次穿过刚性压片6、橡胶垫片I周围分布的孔道，拧入反应器加固部分2内部，4个螺栓需均匀紧固以保证密封性。将适量催化剂8分别填装入担载隔网，担载隔网与卡套焊接为一体，三个卡套通过卡套套接处16相互连接在一起。将填装完毕的催化剂担载管依次通过刚性压片6、橡胶垫片I的开孔后插入反应器3的内部，转动催化剂担载管7上部的中空旋钮12，使螺纹区13进入刚性压片6，并随催化剂担载管拧入深度的增加，催化剂开始与反应液接触反应。图4为本实用新型操作状态图，如图4所示，具体操作如下:
[0036]催化剂担载管螺纹拧入刚性压片6后，顺时针旋转中空旋钮12，催化剂担载管7缓慢下降，第一个催化剂担载隔网进入反应液(图4状态B)，进而反应产生氢气，实验实施过程中氢气通过湿式气体流量9计测量体积，如需增加氢气产生速率，继续顺时针旋转旋钮，使第2、3个催化剂担载隔网分别进入溶液(图4状态C、D)，如需终止反应，逆时针旋转中空旋钮12使催化剂担载管上升，不同层次的催化剂相继与反应液分离，氢气产生终止，其中
1、2、3均为氢气气泡。图5为本实用新型处于不同状态时的产氢效果图；图5A为本实用新型处于不同状态时的产氢动力学曲线图；图5B为不同状态的产氢速率曲线，如图5A、5B所示，反应状态分别如图3中B、C、D所示时，装置产氢效果明显不同，随着催化剂担载管的下降，与反应体系接触的催化剂量变大时，产氢速率明显增大。
[0037]本实用新型的优点:
[0038]1、根据相关文献及专利报道，目前尚无此类独立的便携式简易氢气发生装置的公开报道，仅有部分专利公开了一些新型的氢气制备方法和需要借助微泵等动力装置才能发挥作用的氢气制备装置，因此，本实用新型具有一定的创造性。
[0039]2、本实用新型直接针对燃料电池设备小型化过程中的遇到的瓶颈问题开发，具有很强的针对性。
[0040]3、本实用新型的应用定位于探险、军工、实验教学等特殊领域，和传统的氢气供应方法相比，省去了氢气运输、存储等难度较大的环节，能够做到氢气的随用随产，更突出其安全性、便携性、可控性和应急性。
[0041]3、本实用新型构造简单，每一部分均可拆卸携带，整个装置的进料、连接、操作、密封均不需要复杂的外加设备和动力设备，仅通过旋转催化剂担载管上端旋钮便可以控制氢气产生状况，操作简便。
[0042]4、本实用新型所选用的反应体系(碱性NaBH4溶液)储氢密度高，装置制备的氢气纯度高，能够达到燃料电池使用氢气标准，不需要任何纯化，可供燃料电池直接使用，制备的氢气中伴有微量水蒸气，也可以起到给燃料电池交换膜增湿的作用。
[0043]5、本实用新型所选用的催化剂为自制可循环催化剂，并且催化剂的使用对氢气的产生具有决定性作用，通过控制催化剂与反应体系的接触情况可控制氢气产生和终止，控制催化剂的用量可以改变产氢速率。
[0044]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种微型简易氢气发生装置，其特征在于，包括用于盛装反应液的反应器、用于盛放催化剂的催化剂担载管，所述催化剂担载管端部插入反应器内部后与反应器开口处密封连接；还包括用于调节催化剂担载管插入深度的调节装置； 所述调节装置包括橡胶垫片、刚性压片、紧固螺栓，所述反应器的开口处设置有实心加固部分，紧固螺栓依次穿过刚性压片、橡胶垫片、加固部分后使调节装置与反应器密封连接；调节装置的内部设有一通孔，该通孔的孔壁上设有内螺纹，催化剂担载管的管壁上设置有外螺纹，催化剂担载管通过内螺纹与外螺纹的相互配合来调节其端部在反应器内部的插入深度。
2.根据权利要求1所述的微型简易氢气发生装置，其特征在于，所述催化剂担载管包括多层用于放置催化剂的担载隔网，该担载隔网为不锈钢席型网，过滤精度小于I μ m。
3.根据权利要求2所述的微型简易氢气发生装置，其特征在于，所述橡胶垫片上用于穿过催化剂担载管的孔的孔径小于催化剂担载管的管壁直径。
4.根据权利要求3所述的微型简易氢气发生装置，其特征在于，每层担载隔网分别固定在一个卡套上，每个卡套的一端设有内层凸起、另一端设有外层凹陷，卡套之间通过所述内层凸起与外层凹陷固定连接。
5.根据权利要求3所述的微型简易氢气发生装置，其特征在于，所述催化剂担载管的下端部固定连接有漏斗状的氢气收集保护片，该保护片为橡胶薄片。
6.根据权利要求5所述的微型简易氢气发生装置，其特征在于，所述催化剂担载管包括上半部分外管壁设置有外螺纹的螺纹区、下半部分外管壁为光滑面的催化剂担载区。
7.根据权利要求6所述的微型简易氢气发生装置，其特征在于，催化剂担载管的外管壁上半部分的长度与刚性压片的厚度一致，刚性压片的厚度为反应器高度的2 / 3。
【文档编号】C01B3/02GK203529923SQ201320356335
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】吴乐乐, 邓文安, 李传 申请人:中国石油大学(华东)