專利名稱：熱虹吸管反應(yīng)器及具有該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱虹吸管反應(yīng)器(熱虹吸反應(yīng)器，thermal siphon reactor)以及包4舌該熱虹吸管反應(yīng)器的氬氣發(fā)生器，并且更 特別地，涉及一種具有自動操作能力(自操作能力)的熱虹吸管反 應(yīng)器以及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器。
背景技術(shù)：
工藝上重要的氣體，如氫氣和氧氣，由于在能源、化學(xué)和生物 技術(shù)領(lǐng)域中的巨大應(yīng)用而已獲得許多關(guān)注。雖然很好地建立了它們 大量生產(chǎn)和分離的傳統(tǒng)工藝，但它們小規(guī)才莫的工藝在成本效益和高 效率方面仍然保持為 一個挑戰(zhàn)性的問題。
通常，可以通過各種方法將氫氣提供給燃料電池或使用氫氣的 裝置。例如，可以在高壓下以氣體形式貯藏(存儲)氫氣以供使用， 可以以液體形式^藏氫氣然后汽化以供^f吏用，可以重整烴(石友氫化 合物)以產(chǎn)生氫氣并且供給氫氣，或者可以將氫氣吸附到氫氣貯藏 合金(貯氫合金，氬貝i藏合金，hydrogen storing alloy )中，然后脫 附(解p及)以供4吏用。
直才妄的氫氣貯藏方法通常用于以氣體或液體形式貯藏純氫氣。 這些方法需要能夠承受非常高壓力和/或極其低溫度的專門的和耐 久的容器。
氫氣產(chǎn)生的另 一種通常的方法是使用催化蒸汽重整器
(catalytic steam reformer )，其3尋烴壽爭變?yōu)闅鍤夂投U匕碳。這種方 法的主要缺點(diǎn)是由于重整工藝而引起的開始時間滯后和有害副產(chǎn) 物如一氧化石友和二氧化一碳。用于H2貯藏的吸附方法還具有"i午多問 題，包括每單位體積的低氫氣密度、氫氣吸附材料的劣化、以及由
于用于H2產(chǎn)生的'f曼的脫附動力學(xué)而引起的開始時間滯后等。最近，
使用催化劑的來自硼氫化鈉水溶液的氫氣產(chǎn)生已經(jīng)在科學(xué)界激起 許多興趣，因為它不僅在正常操作條件下是穩(wěn)定的，而且以安全和 可控制的方式釋》欠氫氣。不管使用硼氫化鈉用于氫氣產(chǎn)生的幾個優(yōu) 點(diǎn)，使用該技術(shù)的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)需要在高效率、減小的安裝空間、 以及便利方面進(jìn)一步發(fā)展。
傳統(tǒng)的氣體產(chǎn)生裝置通常具有輔助設(shè)備如泵和加熱器，其分別 用于反應(yīng)物輸送(遞送)和加熱源。這些輔助設(shè)備總體上降低了能 量利用的效率
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明提供了 一種具有自動操作能力的熱虹吸管反應(yīng)器以及 包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氬氣發(fā)生器。
本發(fā)明還提供了一種具有低操作成本的熱虹吸管反應(yīng)器以及 包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氬氣發(fā)生器。本發(fā)明還提供了 一種需要小的安裝空間的熱虹吸管反應(yīng)器以 及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種熱虹吸管反應(yīng)器，包括 反應(yīng)管，其中發(fā)生反應(yīng)源的催化反應(yīng)；以及催化劑層，該催化劑層 是多孔的，通過與反應(yīng)源接觸而促進(jìn)氣體產(chǎn)生，并且被設(shè)置在反應(yīng) 管中，其中在反應(yīng)管中，穿過反應(yīng)管的對流通道(對流槽，convection出。
反應(yīng)源可以是硼氫化鈉溶液。 在反應(yīng)管中產(chǎn)生的氣體可以是氫氣。 在反應(yīng)管中發(fā)生的反應(yīng)可以是》文熱反應(yīng)。
反應(yīng)管可以具有圓柱體(圓筒)的形狀，所述圓柱體具有空心 (空心部，空月空，hollow )。
催化劑層可以具有多孔基體的形狀。
催4匕劑層可以具有形成對流通道的至少 一個空心。
4崔^b劑層可以是圓^主形或立方形的沖菱4主(prism),并具有比反 應(yīng)管更小的寬度，并且在反應(yīng)管與催化劑層之間的空間形成對流通道。
熱虹吸管反應(yīng)器進(jìn)一 步包括覆蓋反應(yīng)管外表面的絕纟彖層。
熱虹吸管反應(yīng)器進(jìn)一步包4舌液4本吸收墊(liquid absorption pad),其可分離地附著于(連接于，attachto)反應(yīng)管的下端，并且 吸收液體反應(yīng)源并將液體反應(yīng)源轉(zhuǎn)移到催化劑層。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氫氣發(fā)生器，包括外殼 (殼體，housing);設(shè)置在外殼中的反應(yīng)源容器；連接至反應(yīng)源容 器的反應(yīng)管，其中發(fā)生從反應(yīng)源容器供給的反應(yīng)源的催化反應(yīng)；催 化劑層，該催化劑層是多孔的，通過與反應(yīng)源接觸而促進(jìn)氣體產(chǎn)生， 并且被設(shè)置在反應(yīng)管中；以及產(chǎn)物容器，該產(chǎn)物容器連接至反應(yīng)管 并且收集在反應(yīng)管中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物，其中在反應(yīng)管中，穿過反應(yīng) 管的對流通道形成在反應(yīng)管的縱向方向并且反應(yīng)產(chǎn)物通過對流通 道排出。
氫氣發(fā)生器進(jìn)一步包括控制單元(控制裝置)，該控制單元將 從反應(yīng)源容器供給的反應(yīng)源再提供(反復(fù)提供，re-provide)到反應(yīng) 管，并且可分離地附著于在反應(yīng)源容器與反應(yīng)管之間的反應(yīng)管的下端。
控制單元包括波紋管(bellows )，該波紋管將從反應(yīng)源容器 供纟合的反應(yīng)源轉(zhuǎn)移到反應(yīng)管；以及液體p及收墊，其可分離地附著于
催化劑層，其中波紋管根據(jù)反應(yīng)管的壓力膨脹或收縮使得液體吸收 墊附著于反應(yīng)管的下端或與反應(yīng)管的下端分離。
氫氣發(fā)生器進(jìn)一步包括反應(yīng)源導(dǎo)管(管道)，其設(shè)置在反應(yīng)源 容器與反應(yīng)管之間，并且包括開/關(guān)閥和回流防止閥(防回流閥，回 ;危截至閥，止回閥，back flow preventing valve )，其中開/關(guān)閥定^f立 于比回流防止閥更接近于(更靠近于)反應(yīng)源容器。
氫氣發(fā)生器進(jìn)一步包括氣體排出導(dǎo)管(排氣導(dǎo)管，gas discharge conduit),該氣體排出導(dǎo)管連接于產(chǎn)物容器以便排出產(chǎn)物 容器中的氣體；以及氣-液分離膜，該氣-液分離膜設(shè)置在產(chǎn)物容器 與氣體排出導(dǎo)管之間。
反應(yīng)源容器可以是外殼的內(nèi)部空間。
反應(yīng)源容器可以由壽欠質(zhì)薄膜(柔性薄膜，flexible film)形成并 且可分離地內(nèi)裝(安裝，嵌入)于外殼中。
產(chǎn)物容器可以由軟質(zhì)薄膜形成并且可分離地內(nèi)裝于外殼中。


通過參照附圖詳細(xì)地描述其示例性具體實(shí)施方式
將會〗吏本發(fā) 明的上述和其他的特征以及優(yōu)點(diǎn)變得更加顯而易見，在附圖中
圖1A至圖1C是4艮據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的熱虹吸管反應(yīng)器 的剖浮見圖2是才艮才居本發(fā)明 一種具體實(shí)施方式
的包4舌熱虹吸管反應(yīng)器的 氪氣發(fā)生器的^L圖3A和圖3B是示出了圖2的控制單元的結(jié)構(gòu)和才乘作的一見圖4是使用根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的熱虹吸管反應(yīng)器測 量的氫氣產(chǎn)生率相對于時間的曲線圖；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明另 一種具體實(shí)施方式
的包括熱虹吸管反應(yīng)器 的氫氣發(fā)生器的視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明 的示例性具體實(shí)施方式
。
圖1A至圖1C是根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的熱虹吸管反應(yīng)器 的剖視圖。更具體地，各個附圖是熱虹吸管反應(yīng)器的橫截面視圖和 纟從截面浮見圖。
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的熱虹吸管反應(yīng)器6 包4舌反應(yīng)管1、 4崔4匕劑層3、只于流通道4、'液體p及收墊5、以及絕續(xù)_ 層2。
熱蟲工吸管反應(yīng)器6是〗吏用熱虹吸-文應(yīng)的反應(yīng)器。熱虹p及歲文應(yīng)祐L 稱為由于由熱傳遞產(chǎn)生的自然對流過禾呈可1起流體流動的 一種現(xiàn)象。 熱虹7及歲文應(yīng)的大多凄t應(yīng)用已經(jīng)在太陽能電;也和水循環(huán)裝置的4貞i或 中被發(fā)現(xiàn)。這種熱虹吸效應(yīng)和催化反應(yīng)過程的結(jié)合可以產(chǎn)生無泵 (pumpless)的4崔4b反應(yīng)器。以我們最好的知識，它的化學(xué)反應(yīng)器 的直接應(yīng)用還沒有在任何論文或文獻(xiàn)中被報導(dǎo)或發(fā)現(xiàn)。在這點(diǎn)上， 本發(fā)明涉及一種具有高轉(zhuǎn)化率無需外部功率源(電源)的熱虹吸管 反應(yīng)器以及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器。
將反應(yīng)源供給反應(yīng)管1并且在其中發(fā)生催化劑反應(yīng)(催化反 應(yīng))。反應(yīng)管1可以由本領(lǐng)域已知的材料如不銹鋼形成。在本具體 實(shí)施方式中，反應(yīng)管1是圓柱形的并且具有空心。然而，反應(yīng)管1 的形狀不限于此。例如，反應(yīng)管l可以具有長方形(矩形)或五邊 形的形狀。在本具體實(shí)施方式
中，反應(yīng)源是硼氫化鈉溶液，其用于 產(chǎn)生氣態(tài)氫(氣體氫氣)。然而，反應(yīng)源可以是產(chǎn)生氣態(tài)氫的任何 材料(物質(zhì))。催化劑反應(yīng)是指通過催化劑的作用而發(fā)生的反應(yīng)。 催化劑是促使化學(xué)反應(yīng)更快或更慢地發(fā)生但自身不受影響的物質(zhì)。
接觸反應(yīng)源以產(chǎn)生氣體的催化劑層3設(shè)置在反應(yīng)管1中。催化 劑層3可以具有多孔基體的形狀，但不限于此。即，催化劑層3可 以由多孔金屬、多孔金屬氧化物、多孔金屬硼化物、在多孔介質(zhì)中 的浸漬均相催化劑、陶瓷材料、無機(jī)酸、有機(jī)酸、硅石、礬土、沸 石、JE皮璃、織物、紡織物、無紡織物、水泥、以及它們的混合物形 成。如圖1A和圖1B所示，催化劑層3可以具有至少一個空心，其 形成對流通道4，通過該對流通道4排出反應(yīng)產(chǎn)物。在圖1A中， 催化劑層3具有一個空心，因此具有一個對流通道4。在圖1B中， 催化劑層3具有三個空心，因此具有三個對流通道4。即，在圖1A 和圖1B中，對流通道4i殳置在催化劑層3內(nèi)。參照圖1C,催化劑 層3是圓柱形的并具有比反應(yīng)管1更小的直徑，并且對流通道4是 在反應(yīng)管l與催化劑層3之間的空間。即，具有比反應(yīng)管l更小寬 度(即，更小直徑)的催化劑層3設(shè)置在反應(yīng)管1內(nèi)使得催化劑層 3和反應(yīng)管1形成同心圓。因此，在催化劑層3與反應(yīng)管1之間存 在空間，并且該空間是對流通道4。對流通道4的凄t量和尺寸可以 才艮據(jù)氣體的流量(流速，flow rate)以及氣體和副產(chǎn)物的種類進(jìn)行 變化。如圖1A至圖1C所示，在反應(yīng)管1的縱向方向穿過反應(yīng)管1 而形成只于;充通道4。
液體吸收墊5可分離地附著于反應(yīng)管1的下端la。即，當(dāng)反應(yīng) 管1內(nèi)的壓力^氐于預(yù)定的水平時，液體吸收墊5附著于反應(yīng)管1， 另一方面，當(dāng)反應(yīng)管1內(nèi)的壓力高于預(yù)定的水平時，液體吸收墊5 與反應(yīng)管1分離。液體吸收墊5與反應(yīng)管1的附著或者液體吸收墊 5與反應(yīng)管1的分離將在后面詳細(xì)地描述。液體吸收墊5吸收以液 相的反應(yīng)源并且將吸收的液體反應(yīng)源轉(zhuǎn)移到催化劑層3。此外，液 體吸收墊5防止來自反應(yīng)管1的氣體和副產(chǎn)物的反向釋放(back release )。液體吸收墊5可以由任何合成或非合成的纖維或織物、海 綿、多孔陶資、多孔金屬、多孔聚合物或它們的混合物形成。絕緣層2圍繞反應(yīng)管1的外表面。絕緣層2阻礙從反應(yīng)管1到 外部氣體的熱傳遞，因此不會耗散反應(yīng)管1內(nèi)的熱。絕緣層2可以 由本領(lǐng)域已知的具有優(yōu)異絕熱性能的4壬何材沖牛形成。
現(xiàn)在將詳細(xì)地描述熱虹吸管反應(yīng)器6的工作原理。
首先，將反應(yīng)源關(guān)閉(sock in )在液體吸收墊5中。
然后，通過毛細(xì)管和潤濕力將反應(yīng)源轉(zhuǎn)移到與液體吸收墊5接 觸的催化劑層3。
通過與催化劑層3接觸而使反應(yīng)源發(fā)生反應(yīng)，由于放熱反應(yīng)這 會引起反應(yīng)管1的溫度升高。在反應(yīng)管1中產(chǎn)生的熱引起在反應(yīng)管 1與液體吸收墊5之間的溫度梯度，因此促進(jìn)了反應(yīng)源轉(zhuǎn)移到反應(yīng) 管1中。如果來自催化反應(yīng)的熱不能足夠充分用于熱虹吸管反應(yīng)器 6的自動才喿作，則熱蟲工吸管反應(yīng)器6可以通過外部加熱源(未示出) 來加熱。在本i兌明書中，自動纟喿作是指通過熱虹吸效應(yīng)反應(yīng)源自動 轉(zhuǎn)移到反應(yīng)管1中而無需泵。反應(yīng)管1內(nèi)的溫度可以由覆蓋反應(yīng)管 1外部的絕纟彖層2 ^f呆持恒定。
在反應(yīng)管1中的催化反應(yīng)過程中，大量的反應(yīng)源被轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w 和副產(chǎn)物。
然后，產(chǎn)生的氣體、副產(chǎn)物、以及未反應(yīng)的反應(yīng)源通過對流通 道4被排出到熱虹吸管反應(yīng)器6的外部。
圖2是才艮據(jù)本發(fā)明 一種具體實(shí)施方式
的包4舌熱虹吸管反應(yīng)器的 氫氣發(fā)生器的一見圖，而圖3A和圖3B是示出了圖2的控制單元的結(jié) 構(gòu)和才乘作的一見圖。在圖1A至圖1C、圖2、以及圖3A和圖3B中， 相同的參考標(biāo)號表示相同的構(gòu)件。
參照圖2、圖3A、和圖3B,根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的 氫氣發(fā)生器包括外殼7、反應(yīng)源容器16、控制單元ll、熱虹吸管 反應(yīng)器6、產(chǎn)物容器12、以及氣-液分離膜15。
外殼7貯藏反應(yīng)源和反應(yīng)產(chǎn)物，并且可以由金屬或非金屬形成。
反應(yīng)源容器16貯藏反應(yīng)源，并且^皮安裝在外殼7內(nèi)。反應(yīng)源 容器16可以由專欠質(zhì)薄膜形成，4吏得在反應(yīng)過程期間，當(dāng)反應(yīng)源容 器16的體積隨著反應(yīng)源消耗而被降低時，外殼7具有更多的空間。 反應(yīng)源導(dǎo)管10連4妻至反應(yīng)源容器16的一側(cè)并且反應(yīng)源通過閥9而 注入。
控制單元11通過反應(yīng)源導(dǎo)管13連4妄至反應(yīng)源容器16，并且將 從反應(yīng)源容器16供給的反應(yīng)源再提供到熱虹吸管反應(yīng)器6?？刂茊?元11包括波纟丈管17和液體吸收墊5。波紋管17根據(jù)熱虹吸管反應(yīng) 器6內(nèi)的壓力而膨"長或收縮4吏得液體吸收墊5附著于熱虹p及管反應(yīng) 器6的下端6a或與熱虹吸管反應(yīng)器6的下端6a分離。波紋管17 可以由本領(lǐng)域已知的材料如硅或橡膠形成。在圖3A中，控制單元 11,更具體i也i兌，液體^及收墊5附著于熱虹^及管反應(yīng)器6的下端6a 使得反應(yīng)源連續(xù)地提供至熱虹吸管反應(yīng)器6。在圖3B中，控制單 元5與熱虹吸管反應(yīng)器6的下端6a分離使得反應(yīng)源的供給停止。
圖3B示出了其中熱虹吸管反應(yīng)器6內(nèi)的壓力高于預(yù)定水平的情況。
熱虹吸管反應(yīng)器6由反應(yīng)管、催化劑層、以及對流通道組成， 如圖1A至圖1C所示。上面已經(jīng)描述了反應(yīng)管、催化劑層、以及對
流通道。
產(chǎn)物容器12貯藏,人熱虹吸管反應(yīng)器6產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物并且一皮 內(nèi)裝于外殼7中。產(chǎn)物容器12通過產(chǎn)物導(dǎo)管14連接至熱虹吸管反應(yīng)器6，更具體地i兌，連4妄至反應(yīng)管1佳:得/人反應(yīng)管1產(chǎn)生的反應(yīng) 產(chǎn)物被提供至產(chǎn)物容器12。產(chǎn)物容器12可以由軟質(zhì)薄膜形成，使 得在反應(yīng)過程期間，隨著反應(yīng)產(chǎn)物的量增加，容器12的體積增加， 而外殼7內(nèi)的空間減少。
氣-液分離膜15設(shè)置在產(chǎn)物容器12的 一側(cè)上并且從反應(yīng)產(chǎn)物中 單獨(dú)分離出氣體。包括在產(chǎn)物容器12中的氣體如氫氣經(jīng)過(穿過， 通過)氣-液分離膜15，然后通過氣體排出導(dǎo)管8排出。
現(xiàn)在將詳細(xì)地描述氫氣發(fā)生器的工作原理。
首先，通過反應(yīng)源導(dǎo)管13將反應(yīng)源從反應(yīng)源容器16提供至控 制單元11。
然后，供給控制單元11的反應(yīng)源在順序經(jīng)過波紋管13和液體 吸收墊5之后被提供至熱虹吸管反應(yīng)器6。在控制單元ll中，通過 催化反應(yīng)使反應(yīng)源轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w和副產(chǎn)物。
包括氣體、副產(chǎn)物、以及未反應(yīng)的反應(yīng)源的反應(yīng)產(chǎn)物從熱虹吸 管反應(yīng)器6中排出，然后通過產(chǎn)物導(dǎo)管14流向產(chǎn)物容器12?；亓?防止閥(未示出)可以內(nèi)裝于產(chǎn)物導(dǎo)管14中。
包括在產(chǎn)物容器12中的反應(yīng)產(chǎn)物中的氣體如氫氣經(jīng)過(通過) 氣-液分離膜15,然后通過氣體排出導(dǎo)管8排出。另一方面，液體 和固體沒有通過氣-液分離膜15并且保持在產(chǎn)物容器12中。
同時，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)源被消耗，因此反應(yīng)源容器16的 體積降〗氐，而產(chǎn)物容器12的體積由于反應(yīng)產(chǎn)物的量的增加而增加。 即，當(dāng)反應(yīng)源容器16的體積降低時，產(chǎn)物容器12的體積增加，使
得可以防止外殼7內(nèi)整個空間的基本降低，因此氫氣發(fā)生器占用更 小的空間。
同時，當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物的量隨著反應(yīng)增加時，熱虹吸管反應(yīng)器6的 壓力增加。當(dāng)熱虹吸管反應(yīng)器6的壓力高于預(yù)定水平時，控制單元 11內(nèi)的波鄉(xiāng)丈管17收縮并且連接至波紋管17的液體吸收墊5與熱虹 吸管反應(yīng)器6分離，使得反應(yīng)源到熱虹吸管反應(yīng)器6的供給停止， 并且反應(yīng)不會發(fā)生。當(dāng)液體吸收墊5與熱虹吸管反應(yīng)器6分離時， 熱虹吸管反應(yīng)器6的壓力快速降低至大氣壓力，使得收縮的波紋管 17膨脹至它的原始形狀，并且液體吸收墊5再次附著于熱虹吸管反 應(yīng)器6。因此，反應(yīng)源被再次供給到熱虹吸管反應(yīng)器6并且反應(yīng)發(fā) 生。
將參照下列實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明。這些實(shí)施例4又用 于i兌明目的，而并不用于限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)—驗性實(shí)施例
(熱虹吸管反應(yīng)器的制備)
通過將鈷4失混合物金屬催化劑層3填充在由不4秀鋼形成的反 應(yīng)管1中并且進(jìn)行金屬催化劑層3的熱氧化而制備熱虹吸管反應(yīng)器 6。反應(yīng)管1具有6 cm的長度和1/2英寸的寬度。如圖1A所示， 催化劑層3具有一個空心并且是圓柱形的?？招牡闹睆?，即，對流 通道4的直徑為0.5 cm。在600。C、在空氣中將填充有催化劑層3 的反應(yīng)管1加熱2小時?？商鎿Q地，通過丁烷焰(丁烷焊炬，butane torch )將填充有催化劑層3的反應(yīng)管1加熱10至20分鐘。(氫氣產(chǎn)生實(shí)驗) 實(shí)施氫氣產(chǎn)生試驗以測量氫氣的流量。首先，將包括混合的
Co/Fe氧化物金屬層3的熱虹吸管反應(yīng)器6內(nèi)裝于反應(yīng)容器中，然 后，將50 ml的包含20 wt% NaBH4、 5 wt% NaOH、以及75 wt。/o蒸 鎦水的硼氫化鈉溶液加入到反應(yīng)容器中。 一旦反應(yīng)開始，硼氫化鈉 ;容、液自動；也供應(yīng)主合熱蟲工吸管反應(yīng)器6的一側(cè)而無需外部泵吸 (external pumping )。氫氣、水以及固體廢物乂人熱虹吸管反應(yīng)器6 的另 一側(cè)產(chǎn)生。使用與個人計算機(jī)(PC )連接的質(zhì)量流量控制器(質(zhì) 流控制器，mass flow controller )測量氫氣流量。圖4是在當(dāng)前實(shí)驗 中產(chǎn)生的氫氣的氫氣產(chǎn)生率相對于時間的曲線圖。參照圖4，當(dāng)反 應(yīng)開始時，氫氣產(chǎn)生率'決速增力口至l，OOO ml/min,然后在約400秒、 之后，氫氣產(chǎn)生率保持在約200ml/min。
圖5是才艮據(jù)本發(fā)明另 一種具體實(shí)施方式
的包括熱虹吸管反應(yīng)器 的氫氣發(fā)生器的視圖。
氫氣發(fā)生器包括外殼107、反應(yīng)源容器116、開/關(guān)閥111、回流 防止閥118、熱虹吸管反應(yīng)器106、產(chǎn)物容器112、以及氣-液分離 膜115。
反應(yīng)源導(dǎo)管110連4妄至外殼107的一側(cè)。
反應(yīng)源容器116是被外殼107覆蓋的內(nèi)部空間。即，在本具體 實(shí)施方式中，反應(yīng)源容器116是外殼107本身的內(nèi)部空間，不是可 分離地內(nèi)裝于外殼107中的結(jié)構(gòu)。
開/關(guān)閥lll和回流防止閥118設(shè)置在將反應(yīng)源容器116連接至 熱虹吸管反應(yīng)器106的反應(yīng)源導(dǎo)管113中，并且將反應(yīng)源l是供至熱
虹吸管反應(yīng)器106?；亓Τ浞乐归y118防止在熱蟲工吸管反應(yīng)器106中 產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物回流至反應(yīng)源容器116。
熱虹吸管反應(yīng)器106包括反應(yīng)管、催化劑層103、以及對流通 道，如圖1A至圖1C所示，并且對這些構(gòu)件的描述已經(jīng)祐j兌明。
產(chǎn)物容器112貯藏/人熱虹吸管反應(yīng)器106產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物并且 被內(nèi)裝于外殼107中。產(chǎn)物容器112順序地通過副產(chǎn)物導(dǎo)管119和 產(chǎn)物導(dǎo)管114連接至熱虹吸管反應(yīng)器106,并且被提供有反應(yīng)產(chǎn)物。 產(chǎn)物容器112可以由軟質(zhì)薄膜形成，使得隨著反應(yīng)容器112內(nèi)的反 應(yīng)產(chǎn)物增加，反應(yīng)容器112的體積增加，而外殼107內(nèi)的空間降低。 副產(chǎn)物導(dǎo)管119從產(chǎn)物導(dǎo)管114分出(分流，branch )。
氣-液分離膜115i殳置在產(chǎn)物導(dǎo)管114的后端(latterend)中， 即，設(shè)置在從中分出副產(chǎn)物導(dǎo)管119的產(chǎn)物導(dǎo)管114的一部分之后， 并且從反應(yīng)產(chǎn)物中單獨(dú)地分離出氣體。包括在反應(yīng)產(chǎn)物中的氣體如 氬氣經(jīng)過氣-液分離膜115，然后通過氣體排出導(dǎo)管108排出。
現(xiàn)在將詳細(xì)地描述氫氣發(fā)生器的工作原理。
首先，反應(yīng)源從反應(yīng)源容器116流向反應(yīng)源導(dǎo)管113。
流向反應(yīng)源導(dǎo)管113的反應(yīng)源在順序通過開/關(guān)閥111和回流防 止閥118之后移動至熱蟲工吸管反應(yīng)器106。在熱蟲工吸管反應(yīng)器106 中，通過催化反應(yīng)4吏反應(yīng)源轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w和副產(chǎn)物。
包括氣體、副產(chǎn)物、以及未反應(yīng)的反應(yīng)源的反應(yīng)產(chǎn)物從熱虹吸 管反應(yīng)器106中排出，并且順序地通過產(chǎn)物導(dǎo)管114和副產(chǎn)物導(dǎo)管 119流向產(chǎn)物容器112。包括在產(chǎn)物容器112內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物中的氣體如氬氣經(jīng)過(通過) 氣-液分離膜115,并且通過氣體排出導(dǎo)管108排出。另一方面，液 體和固體沒有通過氣-液分離膜115并且保持在產(chǎn)物容器112中。
同時，隨著反應(yīng)進(jìn)4亍，反應(yīng)源;故消壽毛，因此反應(yīng)源容器116的 體積降低，而產(chǎn)物容器112的體積由于反應(yīng)產(chǎn)物的量的增加而增加。 即，當(dāng)反應(yīng)源容器116的體積降低時，產(chǎn)物容器112的體積增加， 使得可以防止外殼107內(nèi)整個空間的基本降低，因此氫氣發(fā)生器占 用更小的空間。
此外，隨著反應(yīng)進(jìn)4亍，當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物的量增加時，熱虹吸管反應(yīng) 器106的壓力增加。當(dāng)熱虹吸管反應(yīng)器106的壓力高于預(yù)定水平并 由it匕影響回;危防止閥118的一側(cè)(即，面^j"熱蟲工p及管反應(yīng)器106的 回流防止閥118的一側(cè))時，回流防止閥118關(guān)閉。在這種情況下， 反應(yīng)源到熱虹吸管反應(yīng)器106的供給停止，并且反應(yīng)停止。同時， 包括在/人熱虹吸管反應(yīng)器106排出的反應(yīng)產(chǎn)物中的氣體如氫氣通過 氣-液分離膜115排出，由此熱虹吸管反應(yīng)器106中的壓力隨著時間 而降^f氐。因此，影響回流防止閥118的 一側(cè)(即，面對熱虹吸管反 應(yīng)器106的回流防止閥118的一側(cè))的壓力隨著時間而降^f氐，因此 回流防止閥118再次打開。結(jié)果，反應(yīng)源再次供給到熱虹吸管反應(yīng) 器106并且反應(yīng)發(fā)生。
應(yīng)器以及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器可在沒有泵的情況 下自動操作，并且可自動地控制氫氣產(chǎn)生。因此，熱虹吸管反應(yīng)器 以及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器可以以低成本操作。
本發(fā)明提供了 一種具有自動操作能力的熱虹吸管反應(yīng)器以及 包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氬氣發(fā)生器。
本發(fā)明還提供了 一種具有低操作成本的熱虹吸管反應(yīng)器以及 包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器。
本發(fā)明還提供了 一種需要小的安裝空間的熱虹吸管反應(yīng)器以 及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器。
雖然已經(jīng)參照其示例性具體實(shí)施方式
特別地示出和描述了本 發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離如由所附權(quán) 利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在本文中進(jìn)行 各種形式上和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種熱虹吸管反應(yīng)器，包括:反應(yīng)管，在所述反應(yīng)管中發(fā)生反應(yīng)源的催化反應(yīng)；以及催化劑層，所述催化劑層是多孔的，通過與所述反應(yīng)源接觸而促進(jìn)氣體產(chǎn)生，并且被設(shè)置在所述反應(yīng)管中，其中，在所述反應(yīng)管中，對流通道在所述反應(yīng)管的縱向方向上穿過所述反應(yīng)管，通過所述對流通道排出反應(yīng)產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)源是 硼氬〗t鈉卩容液。
3. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，其中，在所述反應(yīng)管 中產(chǎn)生的所述氣體是氫氣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，其中，在所述反應(yīng)管 中發(fā)生的所述反應(yīng)是力文熱反應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，其中，所述反應(yīng)管具 有圓柱體的形狀，所述圓柱體具有空心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，其中，所述催化劑層 具有多孔基體的形狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，其中，所述催化劑層 具有形成對流通道的至少 一個空心。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，其中，所述催化劑層 是圓柱形或立方形的棱柱，并具有比所述反應(yīng)管更小的寬度， 并且在所述反應(yīng)管與所述催化劑層之間的空間形成所述對流通道。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，進(jìn)一步包括覆蓋所述 反應(yīng)管的外表面的絕緣層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管反應(yīng)器，進(jìn)一步包括液體吸收 墊，所述液體吸收墊可分離地附著于所述反應(yīng)管的下端，并且 吸收液體反應(yīng)源并將所述液體反應(yīng)源轉(zhuǎn)移到所述催化劑層。
11. 一種氫氣發(fā)生器，包括外殼；反應(yīng)源容器，設(shè)置在所述外殼中；反應(yīng)管，連接至所述反應(yīng)源容器，其中，發(fā)生從所述反 應(yīng)源容器供給的反應(yīng)源的催化反應(yīng)；催化劑層，所述催化劑層是多孔的，通過與所述反應(yīng)源 接觸而促進(jìn)氣體產(chǎn)生，并且被設(shè)置在所述反應(yīng)管中；以及產(chǎn)物容器，所述產(chǎn)物容器連接至所述反應(yīng)管并且收集在 所述反應(yīng)管中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物，其中，在所述反應(yīng)管中，對流通道在所述反應(yīng)管的縱向方向上 穿過所述反應(yīng)管，通過所述對流通道排出所述反應(yīng)產(chǎn)物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述反應(yīng)源是硼 氪化鈉溶液。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，在所述反應(yīng)管中 發(fā)生的所述反應(yīng)是力t熱反應(yīng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述反應(yīng)管具有 圓柱體的形狀，所述圓柱體具有空心。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述催化劑層具 有多孔基體的形狀。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述催化劑層具 有形成對流通道的至少 一個空心。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述催化劑層是 圓柱形的并具有比所述反應(yīng)管更小的寬度，并且在所述反應(yīng)管 與所述催化劑層之間的空間形成所述對流通道。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，進(jìn)一步包括覆蓋所述反 應(yīng)管的外表面的絕緣層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，進(jìn)一步包括控制單元，述反應(yīng)管，并且可分離地附著于在所述反應(yīng)源容器與所述反應(yīng) 管之間的所述反應(yīng)管的下端。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述控制單元包 括波紋管，所述波紋管將從所述反應(yīng)源容器供給的所述反 應(yīng)源轉(zhuǎn)移到所述反應(yīng)管；以及 液體吸收墊，所述液體吸收墊可分離地附著于所述反應(yīng) 管的下端，并且吸收液體反應(yīng)源并將吸收的所述液體反應(yīng)源壽爭 移到所述催化劑層，其中，所述波紋管根據(jù)所述反應(yīng)管的壓力膨脹或收縮使得所述 液體吸收墊附著于所述反應(yīng)管的所述下端或與所述反應(yīng)管的 所述下端分離。
21. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，進(jìn)一步包括反應(yīng)源導(dǎo)管， 所述反應(yīng)源導(dǎo)管設(shè)置在所述反應(yīng)源容器與所述反應(yīng)管之間，并 且包4舌開/關(guān)閥和回流防止閥，其中，所述開/關(guān)閥定<立于比所 述回流防止閥更接近于所述反應(yīng)源容器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，進(jìn)一步包括氣體排出導(dǎo) 管，所述氣體排出導(dǎo)管連接于所述產(chǎn)物容器以便排出所述產(chǎn)物 容器中的所述氣體；以及氣-液分離膜，所述氣-液分離膜i殳置 在所述產(chǎn)物容器與所述氣體排出導(dǎo)管之間。
23. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述反應(yīng)源容器 是所述外殼的內(nèi)部空間。
24. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述反應(yīng)源容器 由軟質(zhì)薄膜形成并且可分離地內(nèi)裝于所述外殼中。
25. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫氣發(fā)生器，其中，所述產(chǎn)物容器由 軟質(zhì)薄膜形成并且可分離地內(nèi)裝于所述外殼中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熱虹吸管反應(yīng)器以及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器。包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器包括外殼；設(shè)置在外殼中的反應(yīng)源容器；連接至反應(yīng)源容器的反應(yīng)管，其中發(fā)生從反應(yīng)源容器供給的反應(yīng)源的催化反應(yīng)；催化劑層，該催化劑層是多孔的，通過與反應(yīng)源接觸而促進(jìn)氣體產(chǎn)生，并且被設(shè)置在反應(yīng)管中；以及產(chǎn)物容器，該產(chǎn)物容器連接至反應(yīng)管并且收集在反應(yīng)管中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物，其中在反應(yīng)管中，對流通道在反應(yīng)管的縱向方向上穿過反應(yīng)管，通過該對流通道排出反應(yīng)產(chǎn)物。熱虹吸管反應(yīng)器以及包括該熱虹吸管反應(yīng)器的氫氣發(fā)生器具有自動操作能力、可以低成本操作、并且具有小的安裝體積。
文檔編號C01B3/38GK101374758SQ200780003317
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者具載會, 劉龍昊, 樸臺熙, 林明勛 申請人:三星工程株式會社