一种缓释型制氢的氢气发生器的制作方法

本发明涉及一种缓释型氢气发生器装置，适用于氢氧燃料电池动力装置中氢气的制备与供应。

背景技术：

氢氧燃料电池是一种以氢气氧气为能源，采用高效氢氧燃料电池将其携带的化学能转化为电能，经电力变换器转换后驱动推进器工作的新型动力型式，可为陆上动力装置如汽车，水下航行器uuv、空中飞行器等提供动力，是未来重要的能源动力形式，其中氢气的制备、储存与供应技术是氢氧燃料电池动力的重要研究内容之一。

当前氢氧燃料电池的氢源主要是高压氢气瓶，该方式储氢密度低、安全性不足等缺点严重制约了氢氧燃料电池的发展；另外当前已有一种用于户外充电的小型燃料电池系统，该系统采用固态析氢剂与水反应制氢，其中的固态析氢剂与水一次置入反应器内，中间不对反应过程进行干预，直至反应完全，该方式不能有效的控制反应速度，同时也无法中止及重复启动反应过程，该方式的应用十分有限，并且燃料电池系统中还必须配备锂电池等将产生的电能存储起来，而不能通过燃料电池直接向外供电。因此氢氧燃料电池的后续发展迫切要求开发一种储氢密度高、安全可控的实时制备供应系统。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：为解决现有技术的不足，本发明设计了一种“适用于缓释型制氢的氢气发生器”，该氢气发生器的析氢原理是固态析氢剂与液态水反应产生氢气。

本发明的技术方案是：一种缓释型制氢的氢气发生器，包括外壳体、外部接头、若干隔筛和若干包裹药丸；所述外壳体内部为空腔体，底部开有通孔作为进水通道，顶部开有若干通孔和外部若干接头连接；外壳体内部靠近进水通道的一端布置有若干层隔筛，且隔筛与底部均不接触，隔筛与隔筛之间不接触；隔筛上放有若干包裹药丸，所述包裹药丸为固态析氢剂药丸，采用高分子透水膜包裹固态析氢剂；底部进水后，液态水接触固态析氢剂药丸发生析氢反应；底部放出水后，液态水与固态析氢剂药丸不再接触，固态析氢剂药丸的“自干”效应使得其表面吸附的剩余液态水会由于析氢反应放热而快速蒸干，从而停止析氢反应。

本发明的进一步技术方案是：所述外壳体包括反应器壳体和反应器法兰盖，反应器壳体和反应器法兰盖相互固连，反应器壳体底部开有通孔，反应器法兰盖上开有若干通孔。

本发明的进一步技术方案是：所述外部接头包括进水接头、压力传感器接头、出气接头和温度传感器接头；进水接头焊接在反应器壳体底部通孔处，压力传感器接头、出气接头和温度传感器接头分别焊接在反应器法兰盖上的若干通孔处。

本发明的进一步技术方案是：所述压力传感器接头用于连接压力传感器，监测反应器内压力，掌握反应器实时工作状态，同时为反应的过程控制提供压力参数信息；温度传感器接头用于连接外部温度传感器，温度传感器用于掌握反应器内温度变化，评估反应器的工作状态，该信号也作为安全控制的参数，在反应器超温时进行反应器保护。

本发明的进一步技术方案是：所述隔筛整体为板状，板面上开有若干通孔；若干隔筛之间平行放置，通过隔筛支架位于反应器壳体内腔中；隔筛支架与反应器壳体腔体内壁隔筛支架可贴近壁面放入反应器内，支架的底部为支撑腿，可将支架直接放置在反应器底部，为保证反应过程中药丸的整体工作稳定，隔筛支架与反应器壳体之间相互贴紧。隔筛两端与隔筛支架隔筛为圆盘状，放置在各层隔筛支架上，不需要在轴向上对隔筛进行固定。

发明效果

采用本发明提出的氢气发生器结构，可实现氢气的稳定供应及反应器工作状态的调节控制。缓释型氢气发生器结构经试验验证，可稳定、安全的为氢氧燃料电池供应氢气；同时可对反应器工作状态进行调节控制，实现产氢流量控制、析氢反应中止、重复启动等功能。

附图说明

图1是缓释型氢气发生器结构图

图中，反应器壳体1、包裹药丸2、进水接头3、隔筛4、隔筛支架5、压力传感器接头6、出气接头7、温度传感器接头8、反应器法兰盖9、○型圈10、螺母11、螺栓12。

具体实施方式

本发明设计主要有2个技术难点：1)固态析氢剂为粉末状态，该状态无法实现通过反应物之间量化的接触来控制产氢速率的目的；2)采用粉末状析氢剂与液态水组织反应，通常采用粉末状药与液态水全接触的组织方法，采用该组织方法析氢过程无法较快中止，也无法满足再次启动要求。

针对上述技术难题，本发明采用了如下设计，参见图1，

(1)针对收到基粉末状的药型状态不能组织合理可控析氢反应的问题，利用高分子透水膜包裹析氢剂，使析氢剂定量的与液态水接触发生反应；高分子透水膜可使液态水浸入包裹药丸内部与析氢剂反应，同时可阻止析氢反应的固态产物由包裹药丸内部向外溢出，为有效控制析氢反应奠定基础。

(2)针对反应中止及再次启动的问题，本设计结合上述包裹药丸的型药结构，采用下进水的供水方案，使定量的液态水与定量的析氢药剂接触反应；在需要控制产氢速率时，通过调节供水液位的高低及供水速率控制析氢剂与液态水的接触面积进而控制析氢产率；如需中止反应，可放出反应器中的液态水，当液位降低至不与任何析氢剂接触时，反应器内可参与反应的液态水就只是包裹析氢剂内遗留的液态水，微量的液态水会由于析氢剂与水的继续反应放热而很快蒸发，即分离后药丸具有快速“自干”的特性，后续产氢延迟较小。反应器内布置多层隔筛，在隔筛上放置析氢剂药丸，通过各层隔筛上布放不同数量的药丸，补充调节氢气发生器的工作状态及产氢速率输出。

本发明设计了一种“适用于缓释型制氢的氢气发生器”，该氢气发生器的析氢原理是固态析氢剂与液态水反应产生氢气。反应器采用釜式下壳体加上部法兰盖的总体结构，釜式壳体内部为析氢反应组织结构，通过隔筛将反应器内部空间分为多层，在隔筛上放置包裹后的固态析氢剂药丸。氢气发生器启动时由底部进水，液态反应水逐层与隔筛上的固态析氢剂接触发生析氢反应；如需中止反应则由底部放出反应器内的液态水，由于包裹后的析氢剂药丸具有“自干”效应，药丸吸附的剩余液态水会由于析氢反应放热而快速蒸干，进而使析氢反应较快停止。如需再次启动反应，只需从底部再次进水。

本方案设计的缓释型氢气发生器结构由反应器壳体1、包裹药丸2、进水接头3、隔筛4、隔筛支架5、压力传感器接头6、出气接头7、温度传感器接头8、反应器法兰盖9、○型圈10、螺母11、螺栓12构成，缓释型氢气发生器为上下法兰两体釜式反应器结构，反应器壳体1为圆柱筒带法兰盘结构，壳体下部焊接进水接头3，液态水由底部进入反应器内，反应器壳体内为析氢剂容放及组织空间，装配时首先在壳体内加装隔筛支架5，然后在隔筛支架上放置多层隔筛4，在每层隔筛上放一定数量的包裹药丸2。反应器的上部结构为法兰盘结构，在反应器法兰盘9上焊有压力传感器接6头、出气接头7、温度传感器接头8，在反应器法兰盖9和反应器壳体1之间加装○型圈10进行密封，同时用螺母11和螺栓12固紧反应器法兰盖9和反应器壳体1。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种缓释型氢气发生器装置，用于解决氢氧燃料电池动力装置中氢气的制备与供应的技术问题。基于固态析氢剂与液态水析氢反应原理设计了由反应器壳体、包裹药丸、进水接头、隔筛、隔筛支架、反应器法兰盖等构成的氢气发生器，氢气发生器器内部通过隔筛分出多层互通的析氢反应空间，在隔筛上放置固态析氢剂药丸，通过反应器底部进水组织实现氢气输出及反应器工作状态的调节控制。本发明设计的缓释型氢气发生器结构经试验验证，可稳定、安全的为氢氧燃料电池供应氢气；同时可对反应器工作状态进行调节控制，实现产氢流量控制、析氢反应中止、重复启动等功能。

技术研发人员：高育科;李洪伟;胡巍;张漫路;马晓励
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0五研究所
技术研发日：2018.10.15
技术公布日：2018.12.25