简易气体发生装置的制作方法

本实用新型涉及一种简易气体发生装置，属于机械领域。

背景技术：

气体可以作为洁净能源，例如气体可以在燃料电池中可控的与氧气反应，产生电能和水，燃料电池能量转换率高达到60-80％，大大高于现在最好的内燃机，气体作为一种新型能源受到很大关注。但气体临界温度低，很难液化，而且液化气体的密度也很低，所以气体难以储存和运输，需要用各种储氢材料储存它。

常用的储氢方法有金属储氢和化合物储氢，其储氢能力强。例如氢化鎂可以储存7.8％质量的气体，并且释放后能够重新吸收气体，可重复使用。然而金属储氢放氢很困难，需要几百度温度，造成实际使用很难。另外也有用吸附材料储氢，例如碳纳米材料，但他们需要的吸附温度低。

因此，如何提供一种便捷的气体发生器，特别是结构简单紧凑，使用安全方便的氢气发生装置已经成为发展气体燃料电池亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种简易气体发生装置，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种简易气体发生装置，其包括：

第一工作部，至少用以使第一反应物进入第二腔室；

第二工作部，包含所述第二腔室，所述第二腔室内容置有第二反应物，进入第二腔室的第一反应物能与第二腔室内的部分第二反应物反应，并生成足以使第二腔室内的其余第二反应物进入第三腔室的气体；

第三工作部，包含所述第三腔室，进入第三腔室的第二反应物能与容置于第三腔室内的第三反应物反应，并生成目标气体。

在一些实施方案中，所述第一工作部包含可向所述第二腔室释放出第一反应物的第一腔室。

在一些较为优选的具体实施方案中，所述第一工作部包含第一腔室，至少所述第一腔室的部分室壁具有第一可破碎结构，所述第一可破碎结构能在物理和/或化学作用下破碎，从而至少在所述第一腔室的室壁上形成可供第一反应物进入所述第二腔室的通道。

进一步的，所述第一可破碎结构包括至少用以形成所述第一腔室的部分室壁的隔膜，所述隔膜包括能在设定外力作用下破碎的有机隔膜或无机隔膜。

在一些实施方案中，所述第一工作部上设有至少一可供第一反应物通过并进入第二腔室的通道。

在一些实施方案中，至少所述第二腔室的部分室壁具有第二可破碎结构，所述第二可破碎结构能在设定外力作用下破碎，从而至少在所述第二腔室的室壁上形成可供第二反应物进入所述第三腔室的通道。

进一步的，所述第二可破碎结构包括分布于所述第二腔室室壁上的至少一破裂纹。

在一些较为优选的具体实施方案中，所述第二工作部采用可胀破部件，所述第二腔室为形成于所述可胀破部件内的密封腔室，并且至少在所述可胀破部件上设有至少一破裂纹，用以使所述第二工作部在所述第二腔室内的气压超过设定值时破碎。

进一步的，所述第二工作部能够与第一工作部密封结合从而形成密封的所述第二腔室。

进一步的，所述第一工作部、第二工作部和第三工作部相互密封结合而形成具有密封内腔的所述简易气体发生装置，且所述简易气体发生装置上还分布有气体出口，所述气体出口与所述密封内腔连通。

在一些较为优选的具体实施方案中，进入第二腔室的第一反应物仅仅能够与第二腔室内的少量第二反应物反应，并生成能使第二腔室内的绝大部分第二反应物进入第三腔室的气体，所述第三腔室内的第三反应物足以与进入第三腔室的第二反应物充分反应。

进一步的，所述第一反应物、第二反应物和第三反应物为粉体状、颗粒状、液体状或块状，且所述第一反应物、第二反应物和第三反应物中的至少一者为流体状。

籍由前述设计，本实用新型提供的简易气体发生装置结构简单紧凑，使用方便，其在工作时是基于类似链式反应的原理，即，通过以少量的第一反应物与第二反应物进行初始的小型反应，继而引发大量的第二反应物与第三反应物反应，实现大量目标气体的发生，因此非常安全，利于运输，利于现代化工业生产。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型结构特征和技术要点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

图1是本实用新型一典型实施例中一种简易气体发生装置的结构示意图；

图2是本实用新型一典型实施例中一种简易气体发生装置的分解结构示意图；

图3是本实用新型另一典型实施例中一种简易气体发生装置的结构示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将结合附图及若干实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例的一个方面提供了一种简易气体发生装置，其包括：

第一工作部，至少用以使第一反应物进入第二腔室；

第二工作部，包含所述第二腔室，所述第二腔室内容置有第二反应物，进入第二腔室的第一反应物能与第二腔室内的部分第二反应物反应，并生成足以使第二腔室内的其余第二反应物进入第三腔室的气体；

第三工作部，包含所述第三腔室，进入第三腔室的第二反应物能与容置于第三腔室内的第三反应物反应，并生成目标气体。

进一步的，所述第一工作部包含可向所述第二腔室释放出第一反应物的第一腔室。其中“释放”的方式可以是使固态或液体的第一反应物在外加的推力或者自身的重力作用下以一定的速度进入第二腔室，或者可以是使液态的第一反应物自然流入第二腔室。

在一些实施方案中，所述第一工作部包含第一腔室，至少所述第一腔室的部分室壁具有第一可破碎结构，所述第一可破碎结构能在物理和/或化学作用下破碎，从而至少在所述第一腔室的室壁上形成可供第一反应物进入所述第二腔室的通道。

其中，所述的“物理和/或化学作用”可以是例如以特定的液体(例如液态的第一反应物)溶解或浸渍至第一可破碎结构破碎，或者以特定的力作用(例如击破、刺破、捅破、气压或液压压破等)使第一可破碎结构破碎，或者以激光照射或者发热元件加热使第一可破碎结构燃烧或熔融而破碎，且不局限于此。

进一步的，所述第一可破碎结构包括至少用以形成所述第一腔室的部分室壁的弹性隔膜，所述隔膜包括能在设定外力作用(例如击破、刺破、捅破、气压或液压压破等)下破碎的有机隔膜或无机隔膜，例如薄的硬质或柔性塑料膜、橡胶膜、金属膜、纸膜等等，但不限于此。

在一些实施方案中，所述第一工作部上也可设有至少一可供第一反应物通过并进入第二腔室的通道。

例如，所述通道可以为形成于所述第一工作部上的通孔，所述通孔一端与第二腔室配合，另一端可以与第一工作部内腔连通或者设于第一工作部表面。其中，所述通孔上可设有可拆卸的密封盖体等，籍以防止反应产生的气体逸出。或者，所述通孔可与容置有第一反应物的容器配合，该容器一端为可供第一反应物通过的开口端，并可伸入所述通孔，该容器另一端可以与所述通孔另一端密封配合。其中，该容器可以通过螺纹连接、机械压合等方式与所述通孔结合。

进一步的，在一些实施方案中，分布于所述第一工作部上的所述通道还可以作为所述简易气体发生装置的气体输出通道，用以将产生的目标气体向外界输出。

在一些实施方案中，至少所述第二腔室的部分室壁具有第二可破碎结构，所述第二可破碎结构能在设定外力作用下破碎(优选的，例如气压或液压挤破等)，从而至少在所述第二腔室的室壁上形成可供第二反应物进入所述第三腔室的通道。

在一些较为优选的实施方案中，所述第二可破碎结构包括分布于所述第二腔室室壁上的至少一破裂纹。所述破裂纹可以是在所述第二工作部上，特别是第二腔室室壁上形成的线状、片状区域等，且这些区域的结构强度应弱于第二工作部的其余部分。

在一些较为优选的具体实施方案中，所述第二工作部采用可胀破部件，所述第二腔室为形成于所述可胀破部件内的密封腔室，并且至少在所述可胀破部件上设有至少一破裂纹，用以使所述第二工作部在所述第二腔室内的气压超过设定值时破碎。此时，第二腔室与第三腔室可相互连通而形成一整体的腔室。

其中，所述可胀破部件可以采用塑料膜、橡胶膜制品或者与其它材料形成的复合制品。

进一步的，为将第二腔室内的气压等控制于更为合理的范围内，以达成控制气体产生反应速度及保证安全等目的，还可将第二腔室通过诸如单向阀或自动或手动气压阀等与外界连接。当第二腔室内的气压超过设定阈值时，可以通过所述单向阀或手动气压阀等将第二腔室内的一部分气体向外释放。

进一步的，所述第二工作部能够与第一工作部和/或第三工作部密封结合从而形成密封的所述第二腔室。

进一步的，所述第一工作部、第二工作部和第三工作部相互密封结合而形成具有密封内腔的所述简易气体发生装置，且所述简易气体发生装置上还分布有气体出口，所述气体出口与所述密封内腔连通。

在一些实施方案中，在所述简易气体发生装置工作时，第二腔室、第三腔室之间相互连通而形成前述的密闭内腔，此时还可以采用设于所述第一工作部上的第一反应物的通道作为所述气体出口。当然，也可以在所述简易气体发生装置另行增设所述气体出口，例如可以在简易气体发生装置的两端部或者侧壁上形成所述气体出口。

在前述的各实施方案中，为实现各组件之间的密封，还可在各组件的连接部分设置密封圈等。或者，也可在各组件之间或各组件内部设置其它有助于形成密封状态的结构、元件等。这都是本领域技术人员可以结合本说明书及其常识而知悉的，此处不再赘述。

例如，所述简易气体发生装置还可包括第四工作部，用以将所述第一工作部、第二工作部和第三工作部密封连接。所述第四工作部可具有两端开口的筒状主体，所述筒状主体由其内壁向轴线方向延伸出的支撑块而划分为第一连接区和第二连接区。当所述第一工作部、第二工作部和第三工作部通过所述第四工作部密封连接时，所述第二连接区可套设于所述第三工作部的开口端，所述第二工作部的开口端的周缘部可搭接于所述第一连接区内，且其第二腔室可与所述第三腔室邻接，所述第一工作部可容纳于所述第一连接区内。

其中，所述第一工作部、第二工作部和第三工作部可以是各种合适形态的，例如管状、壳状、筒状、罐状、袋状，等等，且不限于此。

在一些实施方案中，所述第一工作部、第二工作部、第三工作部也可一体设置，例如通过3D打印等方式一体成型。

在一些较为优选的具体实施方案中，进入第二腔室的第一反应物仅仅能够与第二腔室内的少量第二反应物反应，并生成能使第二腔室内的绝大部分第二反应物进入第三腔室的气体，所述第三腔室内的第三反应物足以与进入第三腔室的第二反应物充分反应。

其中，第二反应物和第三反应物可以选自业界已知的合适化学物质，例如，当目标气体是氢气时，典型的第一反应物、第二反应物和第三反应物可以选自但不限于下列组合：金属(例如Zn)与酸(例如硫酸)，碱金属或碱土金属与水，铝、锌、铍与NaOH、KOH、NaSiH₄与H₂O，铜与氰化钠水溶液，等等。其中，第一反应物、第二反应物和第三反应物可以为粉体状、颗粒状、液体状以及块状中的任意一种。较为优选的，第一反应物、第二反应物和第三反应物中的至少一种为流体状。

通过选用此简易气体发生装置作为气体供应源，仅需占用极小的空间，并可持续产生大量气体，较之传统的采用气体钢瓶等作为气体源的方式，气体供应更为安全、稳定、持久。

以下结合附图以及一些典型实施例更为具体的介绍本实用新型的技术方案，以使本领域内的技术人员能够更清楚地理解本实用新型的内容。

请参阅图1-2所示，在本实用新型的一典型实施例中提供的一种简易气体发生装置包括第一工作部1、第二工作部2和第三工作部3，该第一工作部1、第二工作部2和第三工作部3可彼此密封结合形成一整体。其中，第一工作部1内可设置一第一腔室11，该第一腔室内可用以容置第一反应物R1，该第二工作部2可包含一第二腔室21，该第二腔室21内可容置有第二反应物R2，该第三工作部3可包含一第三腔室31，该第三腔室31内可容置有第三反应物R3。

进一步的，该第一腔室11的局部室壁可以具有由可破碎材料形成的可破碎结构(可以命名为“第一可破碎结构”)，例如可以由薄膜12(例如隔膜)等形成，该薄膜12可分布于第一腔室和第二腔室的界面处，用以将两者阻隔。当以具有一定强度的插入物13向该薄膜12施加一定的力时，可以将该薄膜12击破，从而形成可供固态、液态或其混合形态的第一反应物R1进入第二腔室的通道。其中，该插入物13可以是插针等，其可包含或不包含气体通道。在一些实施方案中，该插入物13可以是一管状件，当将该插入物13插入该第一工作部时，其外壁可以与第一工作部形成密封配合。或者，该薄膜12也可以采用诸如纸或其它易崩解的材料形成，当将液态的第一反应物R1注入第一腔室时，因第一反应物的浸渍，可以使该薄膜12破碎，从而形成可供第一反应物R1进入第二腔室的通道。

进一步的，该第二腔室21的局部室壁也可具有可破碎结构(可以命名为“第二可破碎结构”)，例如可以具有由在一定气压下会产生形变直至破碎的材料(例如塑料、橡胶、金属、纸或其它材料)形成。该可破碎结构可分布于第二腔室21和第三腔室31的界面处，用以将两者阻隔。当使该可破碎结构破碎时，则可以形成可供第二反应物R2进入第三腔室的通道。较为优选的，该可破碎结构可包含形成于第二腔室室壁上的一道以上破裂纹(图中未示出)。所述破裂纹可以是在第二腔室室壁上形成的线状、片状区域等，且这些区域的结构强度应弱于第二工作部的其余部分。当第二腔室内的介质压力，例如气体压力或液体压力超过一定值时，则第二腔室将首先在这些破裂纹处发生损坏，即使得该可破碎结构破碎，从而形成可供第二反应物R2进入第三腔室的通道，以及，同时可消除第二、第三腔室之间的阻隔状态。其中，通过调整诸如破裂纹的数量、分布形态等，还可形成能对应于不同大小的气体压力或液体压力而产生不同破碎程度的第二可破碎结构，从而调控进入第二反应物进入第三腔室的数量、速度等，进而调控目标气体的产生速度。

较为优选的，所述第二工作部采用可胀破部件，例如塑料、橡胶制可胀破的壳型构件，该可胀破部件上还可设有至少一破裂纹，同时该可胀破部件内可设有用以形成有所述第二腔室的空腔。当将第一工作部、第二工作部、第三工作部密封连接时，可使该可胀破部件内的空腔被密封而形成所述第二腔室。

较为优选的，所述第二腔室还可通过带有单向阀或自动或手动气压阀等的管路与外界连接(图中未示出)。

其中，请再次参阅图1，该第二工作部2可局部或整体设于第三工作部3的第三腔室31内，如此可利于减小该简易气体发生装置的体积。

其中，为保障该简易气体发生装置的各主要部件，例如第一、第二、第三工作部之间的密封结合，还可在这些组件之间设置密封圈等。或者，也可在这些组件之间设置其它辅助元件等。例如，请再次参阅图1和图2，该第二工作部2和第三工作部3通过第四工作部4连接。该第四工作部4包括一两端开口的的筒状主体41，筒状主体41由其内壁向轴线方向延伸出的支撑块42而划分为连接区K1和连接区K2。当第二工作部2和第三工作部3通过第四工作部4连接时，连接区K2套设于第三工作部3的一端部，且支撑块42的一端面搭设于第三工作部3的一端面上，第二工作部11的开口端面向外突出的边缘搭设于支撑块42的一端面上，与此同时，当第一工作部1盖设于第二工作部2的开口端面上时，第一工作部1同时容纳于上连接区K1内，从而，使得第二工作部2、第三工作部3以及第一工作部1三者形成密封状态。当然，在一些情况下，诸如该第四工作部4等辅助元件可以是被省略的。

其中，第一反应物、第二反应物和第三反应物可以为粉体状、颗粒状、液体状以及块状中的任意一种或其组合形态。较为优选的，第一反应物、第二反应物和第三反应物中的至少一种为流体状。较为优选的，第一反应物和第二反应物可反应产生气体，而第二反应物和第三反应物之间会发生反应而生成目标气体。当然，在一些情况下，也可能是第一反应物与第二反应物反应后生成的某些反应产物与第三反应物反应而生成目标气体。

以图1-图2所示的该简易气体发生装置为例，在其工作时，可以将插入物13插入第一腔室11并直将薄膜12顶破，从而使得少量的第一反应物R1进入第二工作部2的第二腔室21内；该第一反应物R1与少量的第二反应物R2反应(可以视为链式反应的小型起始反应阶段)而产生气体(可以是或不是目标气体)，使第二腔室2内的气压逐渐升高，直至将第二工作部2胀破(在此过程中可以通过调整与第二腔室连通的管路上的单向阀、自动或手动气阀而调整第二腔室内的气压，使之被控制于合适范围内)，此时部分或全部的第二反应物R2进入第三工作部3的第三腔室31中并与第三反应物R3发生反应(可以视为链式反应的大型反应阶段)，产生大量的目标气体，目标气体通过该简易气体发生装置上的气体出口(例如呈管状的所述插入物13，当然也可以是设置在该简易气体发生装置上的合适位置的气体出口)输出至外界。

因此，参阅前文内容，可以看到，该简易气体发生装置在工作时，是通过多级反应而实现目标气体的生产，其反应进程安全可控，高效快速。同时该简易气体发生装置的结构简单紧凑，体积小，成本低，使用方便，且易于运输和携带。

请参阅图3所示，在本实用新型的另一典型实施例中提供的一种简易气体发生装置可具有与前述简易气体发生装置类似的结构，其亦可包括第一工作部1’、第二工作部2和第三工作部3等，该第一工作部1’、第二工作部2和第三工作部3可彼此密封结合形成一整体。其中，第二工作部2和第三工作部3可与前述简易气体发生装置基本相同。但该第一工作部1’上可不设置第一腔室，而替代以形成于所述第一工作部上的通孔11’，所述通孔一端与第二腔室配合，另一端可以设于第一工作部表面。

其中，所述通孔11’上可设有可拆卸的密封盖体等，籍以防止第一、第二反应物相互反应产生的气体逸出或者目标气体泄露。

其中，所述通孔11’一端与第二腔室之间也可设置隔膜(其材质可如前文所述)等，以杜绝灰尘、水汽等进入简易气体发生装置，或者阻止预存于所述通孔内的第一反应物进入第二腔室。

其中，所述通孔11’另一端也可设置螺纹结构、插接结构等，籍以与第一反应物的供给容器的供料口形成密封配合。

以图3所示的该简易气体发生装置为例，在其工作时，可以将少量的第一反应物R1自所述通孔11’加入第二工作部2的第二腔室21内(在有隔膜的情况下，需先使隔膜破碎)；该第一反应物R1与少量的第二反应物R2反应(可以视为链式反应的小型起始反应阶段)而产生气体(可以是或不是目标气体)，使第二腔室内的气压逐渐升高，直至将第二工作部2胀破(在此过程中可以通过调整与第二腔室连通的管路上的单向阀、自动或手动气阀而调整第二腔室内的气压，使之被控制于合适范围内)，此时部分或全部的第二反应物R2进入第三工作部3的第三腔室31中并与第三反应物R3发生反应(可以视为链式反应的大型反应阶段)，产生大量的目标气体，目标气体通过该简易气体发生装置上的气体出口(例如通孔11’，当然也可以是设置在该简易气体发生装置上两端、侧壁等合适位置处的气体出口，例如设置在第一工作部1’上的气体出口12’)输出至外界。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。