一种简单高效的可持续供氢设备

1.本发明涉及间歇性大流量供氢技术领域，特别是涉及一种简单高效的可持续供氢设备。


背景技术：

2.氢能作为清洁能源，具有热值高、来源广泛、环境友好等优势，在冶金、航天、电子、玻璃、精细化工、能源等领域应用广泛，是近年来备受推崇的高效能源，当前主要是氢气供给的不便限制了其发展。目前大量研究机构研究燃料电池、储氢合金等，以期更高效的利用氢能。
3.然而在含有氢气的科研实验中，科研机构主要以高压氢气瓶来提供氢源，一方面高压氢气瓶放置在实验室中，安全隐患大；另一方面长时间使用氢气，氢气瓶内压力会逐渐减小无法满足实验需求，容易导致实验中断，拖慢实验进度。另外，单独采用电解水制氢的方式替代气瓶来供氢，需要根据实验最大供氢速度进行匹配，导致价格昂贵，同时实验间歇进行使得设备利用率不高，经济效果不好。此外，对于部分需要高压氢的实验还需要配备额外的增压设备。
4.因此，亟需一种简单高效的可持续供氢设备来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种简单高效的可持续供氢设备，以解决现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种简单高效的可持续供氢设备，包括箱体和设置在所述箱体内的供氢设备，所述供氢设备包括依次连通的供水系统、电解制氢系统、过滤系统和储氢系统，所述电解制氢系统、过滤系统和储氢系统电性连接有控制系统；
7.所述供水系统包括水箱，所述水箱内设置有电解液；所述水箱与所述电解制氢系统连通；
8.所述电解制氢系统包括电解槽，所述电解槽分别与水箱和过滤系统连通；
9.所述过滤系统包括气水分离装置，所述气水分离装置上设置有进口端、出气端和排水端，所述进口端、出气端和排水端分别连通有第一三通接头的一端、所述电解槽和排水装置，所述第一三通接头的另外两端分别连通有干燥组件和所述控制系统，所述干燥组件连通有第二三通接头的一端，所述第二三通接头的另外两端分别连通有排氢装置和所述储氢系统；
10.所述储氢系统包括温控装置，所述温控装置内设置有储气罐，所述储气罐与所述第一三通接头连通；
11.所述控制系统包括智能压力开关，所述智能压力开关与所述第一三通接头连通，所述智能压力开关电性连接有控制组件，所述控制组件分别与所述电解制氢系统、过滤系
统和储氢系统电性连接。
12.优选的，所述气水分离装置的出气端连通有出气管的一端，所述出气管另一端与所述干燥组件连通，所述出气管上设置有所述第一三通接头。
13.优选的，所述干燥组件包括若干个干燥管，若干所述干燥管串联设置，位于末端的所述干燥管连通有单向管的一端，所述单向管的另一端与所述第二三通接头的一端连通，所输送单向管上设置有单向阀。
14.优选的，所述排氢装置包括放氢管，所述放氢管的一端与所述第二三通接头连通，所述放氢管的另一端外接设备，所述放氢管上设置有减压阀和第一球阀。
15.优选的，所述温控装置包括温控壳体，所述储气罐设置在所述温控壳体内，所述温控壳体内壁上设置有电热丝，所述温控壳体侧面固接有风机，所述电热丝与所述风机均外接有电源。
16.优选的，所述储气罐连通有储气管，所述储气管与所述第二三通接头连通，所述储气管上设置有第二球阀。
17.优选的，所述控制组件包括继电器，所述继电器控制端与所述智能压力开关电性连接，所述继电器负载端电性连接有ac/dc电源转化模块，所述ac/dc电源转化模块与所述电解槽电性连接，所述储气罐上设置温度传感器，所述温度传感器与所述电热丝和所述风机电性连接。
18.优选的，所述排水装置包括排水管，所述排水管的一端与所述排水端连通，所述排水管的另一端与外界连通，所述排水管上设置有电磁阀。
19.优选的，所述电解槽分别连通有回气管、送气管和进水管，所述回气管与所述水箱侧面顶部连通，所述进水管与所述水箱侧面底部连通，所述送气管与所述进口端连通。
20.优选的，所述水箱底部高于所述电解槽的进水端。
21.本发明公开了以下技术效果：设置的水箱为本设备提供电解液并对电解制氢系统中电解产生的氧气进行排放；电解制氢系统对内部电解液进行电解制氢；过滤系统对制得的氢气进行干燥纯化处理；储氢系统对氢气进行储存并对外部设备提供可靠稳定的氢气；控制系统控制整套设备的稳定运行以及调控储氢系统吸放氢过程中的温度效应。本发明所提供的供氢设备可以间歇性、大流量、可增压式供氢，此外整体结构合理、输氢稳定、供氢压力可调、可靠性强、适用范围广、便携性高等特点。本设备设置为箱体结构体积小重量轻，方便运输携带，可根据设定压力对制氢装置进行自动启停。设备采用电解水的方式工作，制得的氢气纯度高。设备自带储气罐和减压阀，可以保证出氢压力稳定且可调。储气罐中装填有金属氢化物储氢材料，可以将电解产生的多余的氢气储存在储气罐内，并在需要时释放。储气罐配置温控装置，可通过加热实现氢气的高压供给。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明一种简单高效的可持续供氢设备的结构示意图；
24.其中，1、水箱；2、电解槽；3、气水分离装置；4、第一三通接头；5、第二三通接头；6、储气罐；7、智能压力开关；8、出气管；9、干燥管；10、单向管；11、端盖；12、放氢管；13、减压阀；14、第一球阀；15、温控壳体；16、电热丝；17、风机；18、储气管；19、第二球阀；20、排水管；21、电磁阀；22、回气管；23、送气管；24、进水管。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.参照图1，本发明提供一种简单高效的可持续供氢设备，包括箱体和设置在箱体内的供氢设备，供氢设备包括依次连通的供水系统、电解制氢系统、过滤系统和储氢系统，电解制氢系统、过滤系统和储氢系统电性连接有控制系统；
28.供水系统包括水箱1，水箱1内设置有电解液；水箱1与电解制氢系统连通；
29.电解制氢系统包括电解槽2，电解槽2分别与水箱1和过滤系统连通；
30.过滤系统包括气水分离装置3，气水分离装置3上设置有进口端、出气端和排水端，进口端、出气端和排水端分别连通有第一三通接头4的一端、电解槽2和排水装置，第一三通接头4的另外两端分别连通有干燥组件和控制系统，干燥组件连通有第二三通接头5的一端，第二三通接头5的另外两端分别连通有排氢装置和储氢系统；
31.储氢系统包括温控装置，温控装置内设置有储气罐6，储气罐6与第一三通接头4连通；
32.控制系统包括智能压力开关7，智能压力开关7与第一三通接头4连通，智能压力开关7电性连接有控制组件，控制组件分别与电解制氢系统、过滤系统和储氢系统电性连接。
33.设置的水箱1为本设备提供电解液并对电解制氢系统中电解产生的氧气进行排放；电解制氢系统对内部电解液进行电解制氢；过滤系统对制得的氢气进行干燥纯化处理；储氢系统对氢气进行储存并对外部设备提供可靠稳定的氢气；控制系统控制整套设备的稳定运行以及调控储氢系统吸放氢过程中的温度效应。本发明所提供的供氢设备可以间歇性、大流量、可增压式供氢，此外整体结构合理、输氢稳定、供氢压力可调、可靠性强、适用范围广、便携性高等特点。
34.本设备设置为箱体结构体积小重量轻，方便运输携带，可根据设定压力对制氢装置进行自动启停。设备采用电解水的方式工作，制得的氢气纯度高。储气罐6中装填有金属氢化物储氢材料，可以将电解产生的多余的氢气储存在储气罐6内，并在需要时释放。储气罐6配置温控装置，可通过加热实现氢气的高压供给。
35.储气罐6中放置金属氢化物储氢材料粉末，其储氢材料为稀土系ab5储氢合金或钛系ab2储氢合金或mg基合金；电解液设置为去离子水或纯净水或自来水；干燥管9内部材料可以是氧化铝凝胶、分子筛、活性炭等材料。
36.设置的电解槽2为现有技术，通过氢氧分离器实现氢气和氧气的分路运输。
37.进一步优化方案，气水分离装置3的出气端连通有出气管8的一端，出气管8另一端与干燥组件连通，出气管8上设置有第一三通接头4。
38.设置的气水分离装置3用以初步干燥纯化氢气，使其脱去水分，可以使带有水分的氢气先初步脱水
39.进一步优化方案，干燥组件包括若干个干燥管9，若干干燥管9串联设置，位于末端的干燥管9连通有单向管10的一端，单向管10的另一端与第二三通接头5的一端连通，所输送单向管10上设置有单向阀。
40.利用多个干燥管9串联设置对氢气进行干燥，提高了干燥效果，单向阀用以防止储气罐6受热增压后，高压氢气倒灌损坏电解水装置。
41.进一步优化方案，排氢装置包括放氢管12，放氢管12的一端与第二三通接头5连通，放氢管12的另一端外接设备，放氢管12上设置有减压阀13和第一球阀14。
42.设备自带储气罐6和减压阀13，可以保证出氢压力稳定且可调。
43.进一步优化方案，温控装置包括温控壳体15，储气罐6设置在温控壳体15内，温控壳体15内壁上设置有电热丝16，温控壳体15侧面固接有风机17，电热丝16与风机17均外接有电源。
44.当第二球阀19打开时，可以通过控温装置来改变温度，使得储气罐6内部的储氢合金通过储气管18吸收或释放的氢气，并通过第二三通接头5、第一球阀14、减压阀13，从放氢管12向外输出稳定氢气。储气罐6可以通过多种方式固定在温控壳体15内部，如通过焊接支架固定在内壁，为本领域所熟知，这里不再次赘述。储气罐6用于减少电解槽2的尺寸规模，依靠储气罐6就可以实现大流量供氢，同时要给储气罐6配置温控装置，可以实现高压氢气的供给，进一步减小了箱体的体积，使其更加便于携带。
45.进一步优化方案，储气罐6连通有储气管18，储气管18与第二三通接头5连通，储气管18上设置有第二球阀19。
46.进一步优化方案，控制组件包括继电器，继电器控制端与智能压力开关7电性连接，继电器负载端电性连接有ac/dc电源转化模块，ac/dc电源转化模块与电解槽2电性连接，储气罐6上设置温度传感器，温度传感器与电热丝16和风机17电性连接。
47.ac/dc电源转化模块与电解制氢系统电路相连，智能压力开关7气路部分与第一三通接头4相连，通过检测管道内氢气压力，控制继电器的通断，从而控制ac/dc电源转化模块、电解制氢系统的运行。温控装置通过储气罐6上温度传感器进行判断，启停相应电热丝16或风机17，以此控温。
48.进一步优化方案，排水装置包括排水管20，排水管20的一端与排水端连通，排水管20的另一端与外界连通，排水管20上设置有电磁阀21。
49.进一步优化方案，电解槽2分别连通有回气管22、送气管23和进水管24，回气管22与水箱1侧面顶部连通，进水管24与水箱1侧面底部连通，送气管23与进口端连通。
50.设置的回气管22电解制氢系统中电解产生的氧气及未被电解的少部分纯净水通过回气管22进入到水箱1，水箱1顶面通过螺纹连接有端盖11，端顶面开设有若干微孔与大气相通。设置的进水管24可以将水箱1中电解液通入到电解槽2内，设置的送气管23用于运输氢气。
51.端盖11设置在水箱1顶部，设有一个或多个开孔与大气相通，可以平衡水箱1内部
压力，方便水源顺畅流动，且可以排出氧气，通过旋开端盖11还可以添加水源，以提供后续制氢使用；
52.进一步优化方案，水箱1底部高于电解槽2的进水端。
53.水箱1可以通过多种方式固定在箱体内部，如通过焊接支架固定在内壁，为本领域所熟知，这里不再赘述。水箱1底部高于电解制氢系统的进水端，便于加强水的流动性。
54.本技术方案中设置的球阀、电磁阀21可以是隔膜阀等其他阀门。
55.本发明操作步骤为：
56.步骤一，准备过程，首先关闭第二球阀19、将减压阀13调整至需求输出压力；智能压力开关7设定指定压力，该压力低于电解槽2和其他设备的承载压力；并向水箱1内装填水源，水位不能高于回气管22与水箱1连通端；
57.步骤二，低压小流量输出过程，步骤一完成后，若所需氢气压力较低且用量较小时，第二球阀19不打开，直接打开第一球阀14输出氢气；
58.步骤三，其余输出过程，如高压小流量输出过程、低压大流量输出过程或高压大流量输出过程，在步骤一完成后，首先打开第二球阀19，让储气罐6中储氢材料吸充分收低压氢气，然后给控温装置加热至合适温度，打开第一球阀14即可持续输出指定压力氢气。
59.步骤四，供氢结束，首先关闭第一球阀14，切断氢气输出，然后切断电解制氢系统和控温装置电源，停止氢气进一步生成，最后切断整个设备的总电源。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。