微型簡易氫氣發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種微型簡易氫氣發(fā)生裝置，包括用于盛裝反應(yīng)液的反應(yīng)器、用于盛放催化劑的催化劑擔載管，所述催化劑擔載管端部插入反應(yīng)器內(nèi)部后與反應(yīng)器開口處密封連接；還包括用于調(diào)節(jié)催化劑擔載管插入深度的調(diào)節(jié)裝置；所述調(diào)節(jié)裝置包括橡膠墊片、剛性壓片、緊固螺栓，所述反應(yīng)器的開口處設(shè)置有實心加固部分，緊固螺栓依次穿過剛性壓片、橡膠墊片、加固部分后使調(diào)節(jié)裝置與反應(yīng)器密封連接；調(diào)節(jié)裝置的內(nèi)部設(shè)有一通孔，該通孔的孔壁上設(shè)有內(nèi)螺紋，催化劑擔載管的管壁上設(shè)置有外螺紋，催化劑擔載管通過內(nèi)螺紋與外螺紋的相互配合來調(diào)節(jié)其端部在反應(yīng)器內(nèi)部的插入深度。本實用新型提供的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、便于攜帶、制氫高效的優(yōu)點。
【專利說明】微型簡易氫氣發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種氫氣發(fā)生裝置，尤其涉及一種微型簡易氫氣發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣作為一種公認的清潔能源，是質(zhì)子交換膜燃料電池的理想燃料。在傳統(tǒng)能源日益枯竭和環(huán)保要求不斷提高的背景下，世界各國都不斷加大氫能產(chǎn)品的開發(fā)力度，特別是微型、便攜式燃料電池，近幾年來備受關(guān)注。但在氫氧燃料電池的開發(fā)過程中，缺乏結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高的氫氣供應(yīng)裝置。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶的微型簡易氫氣發(fā)生裝置。
[0004]一種微型簡易氫氣發(fā)生裝置，包括用于盛裝反應(yīng)液的反應(yīng)器、用于盛放催化劑的催化劑擔載管，所述催化劑擔載管端部插入反應(yīng)器內(nèi)部后與反應(yīng)器開口處密封連接；還包括用于調(diào)節(jié)催化劑擔載管插入深度的調(diào)節(jié)裝置。
[0005]進一步地，所述催化劑擔載管包括多層用于放置催化劑的擔載隔網(wǎng)，該擔載隔網(wǎng)為不銹鋼席型網(wǎng)，過濾精度小于I μ m。
[0006]進一步地，所述調(diào)節(jié)裝置包括橡膠墊片、剛性壓片、緊固螺栓，所述反應(yīng)器的開口處設(shè)置有實心加固部分，緊固螺栓依次穿過剛性壓片、橡膠墊片、加固部分后使調(diào)節(jié)裝置與反應(yīng)器密封連接；調(diào)節(jié)裝置的內(nèi)部設(shè)有一通孔，該通孔的孔壁上設(shè)有內(nèi)螺紋，催化劑擔載管的管壁上設(shè)置有外螺紋，催化劑擔載管通過內(nèi)螺紋與外螺紋的相互配合來調(diào)節(jié)其端部在反應(yīng)器內(nèi)部的插入深度。
[0007]進一步地，所述橡膠墊片上用于穿過催化劑擔載管的孔的孔徑小于催化劑擔載管
的管壁直徑。
[0008]進一步地，每層擔載隔網(wǎng)分別固定在一個卡套上，每個卡套的一端設(shè)有內(nèi)層凸起、另一端設(shè)有外層凹陷，卡套之間通過所述內(nèi)層凸起與外層凹陷固定連接。
[0009]進一步地，所述催化劑擔載管的下端部固定連接有漏斗狀的氫氣收集保護片，該保護片為橡膠薄片。
[0010]進一步地，所述催化劑擔載管包括上半部分外管壁設(shè)置有外螺紋的螺紋區(qū)、下半部分外管壁為光滑面的催化劑擔載區(qū)。
[0011]進一步地，催化劑擔載管的外管壁上半部分的長度與剛性壓片的厚度一致，剛性壓片的厚度為反應(yīng)器高度的2/3
[0012]本實用新型提供的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、便于攜帶、制氫高效的優(yōu)點。另外，本實用新型是為解決應(yīng)急情況下小型氫氧燃料電池設(shè)備氫氣的即時供應(yīng)問題而開發(fā)的一種在不攜帶氫氣的情況下，僅通過攜帶少量固體藥品、催化劑，通過簡單操作便可即時、高效、穩(wěn)定可控的獲得純凈氫氣的便攜式簡易小型設(shè)備，屬于小型燃料電池的附屬設(shè)備，可用于探險、軍工及實驗教學等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型微型簡易氫氣發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本實用新型催化劑擔載管局部放大圖一；
[0015]圖3A為含有第I層催化劑擔載網(wǎng)的卡套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3B為含有第2層催化劑擔載網(wǎng)的卡套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3C為含有第3層催化劑擔載網(wǎng)的卡套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3D為層催化劑擔載管7上半部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本實用新型操作狀態(tài)圖；
[0020]圖5A為本實用新型處于不同狀態(tài)時的產(chǎn)氫動力學曲線圖；
[0021]圖5B為不同狀態(tài)的產(chǎn)氫速率曲線。
【具體實施方式】
[0022]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0023]本實用新型提供的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，包括用于盛裝反應(yīng)液的反應(yīng)器、用于盛放催化劑的催化劑擔載管，所述催化劑擔載管端部插入反應(yīng)器內(nèi)部后與反應(yīng)器開口處密封連接；還包括用于調(diào)節(jié)催化劑擔載管插入深度的調(diào)節(jié)裝置。其中，所述催化劑擔載管包括多層用于放置催化劑的擔載隔網(wǎng)，該擔載隔網(wǎng)為不銹鋼席型網(wǎng)，過濾精度小于I μ m。
[0024]所述調(diào)節(jié)裝置包括橡膠墊片、剛性壓片、緊固螺栓，所述反應(yīng)器的開口處設(shè)置有實心加固部分，緊固螺栓依次穿過剛性壓片、橡膠墊片、加固部分后使調(diào)節(jié)裝置與反應(yīng)器密封連接；調(diào)節(jié)裝置的內(nèi)部設(shè)有一通孔，該通孔的孔壁上設(shè)有內(nèi)螺紋，催化劑擔載管的管壁上設(shè)置有外螺紋，催化劑擔載管通過內(nèi)螺紋與外螺紋的相互配合來調(diào)節(jié)其端部在反應(yīng)器內(nèi)部的插入深度。每層擔載隔網(wǎng)分別固定在一個卡套上，每個卡套的一端設(shè)有內(nèi)層凸起、另一端設(shè)有外層凹陷，卡套之間通過所述內(nèi)層凸起與外層凹陷固定連接。
[0025]下面結(jié)合具體實施例來對本實用新型做詳細說明:
[0026]圖1為本實用新型微型簡易氫氣發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，其中，該裝置包括用于盛裝反應(yīng)液的反應(yīng)器3、反應(yīng)器3內(nèi)部盛放有反應(yīng)液4，用于盛放催化劑的催化劑擔載管7、橡膠墊片1、實心加固部分2、剛性壓片6、緊固螺栓5 (4個)。
[0027]圖2是本實用新型催化劑擔載管局部放大圖一，如圖2所示，催化劑擔載管的一端設(shè)置有中空旋鈕12、中空旋鈕12上設(shè)置有氫氣出口 10、氫氣出口 10上設(shè)置有氫氣出口控制閥11 ;催化劑擔載管的上半部分為螺紋區(qū)13 ;下半部分為催化劑擔載區(qū)14 ;催化劑擔載區(qū)14的端部為氫氣收集保護片15 ;催化劑擔載管的下半部分由三段卡套組成，每段卡套通過卡套套接處16相互連接。圖3A為含有第I層催化劑擔載網(wǎng)的卡套結(jié)構(gòu)示意圖；圖38為含有第2層催化劑擔載網(wǎng)的卡套結(jié)構(gòu)示意圖；圖3C為含有第3層催化劑擔載網(wǎng)的卡套結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3A、圖3B、圖3C所示，卡套套接處16包括卡套一端設(shè)置的內(nèi)層凸起17、另一端設(shè)置的外層凹陷20，卡套套接處16通過內(nèi)層凸起17與外層凹陷20固定連接。催化劑擔載管7下半部分由三段卡套組成，每段卡套上固有擔載隔網(wǎng)，擔載隔網(wǎng)上放置有催化劑8，18為第I層催化劑擔載網(wǎng)；19為第2層催化劑擔載網(wǎng)；20為卡套；21為第3層催化劑擔載網(wǎng)。
[0028]具體的，本實用新型提供的裝置包括多層催化劑擔載管7、反應(yīng)器3、調(diào)節(jié)裝置；多層催化劑擔載管7為一獨立部件，多層催化劑擔載管7分為上、下兩半部分，圖3D為層催化劑擔載管7上半部分結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3D所示，其上端部設(shè)置有中空旋鈕12，中空旋鈕12上設(shè)置氫氣出口 10、氫氣出口 10上設(shè)置有氫氣出口控制閥11 ;上半部分為外管壁帶有螺紋的螺紋區(qū)13、下部為外壁光滑的催化劑擔載區(qū)，上、下兩部分焊接為一體；催化劑擔載區(qū)14該由3個焊接有金屬隔網(wǎng)的光滑筒體A、B、C連接而成；螺紋區(qū)13與催化劑擔載區(qū)14之間、以及A、B、C之間均通過卡套連接，卡套分內(nèi)外兩層，內(nèi)層凸起17和外層凹陷20相互匹配成固定連接；反應(yīng)器3為圓柱形筒體，開口直徑略大于多層催化劑擔載管7的下半部分管壁外徑，反應(yīng)器3的開口部位固定有實心加固部分2 ;調(diào)節(jié)裝置包括橡膠墊片1、帶有內(nèi)螺紋的剛性壓片6、4個緊固螺栓5 ;橡膠墊片I中心開孔直徑略小于多層催化劑擔載管下半部分的管壁外徑；剛性壓片6的內(nèi)螺紋與多層催化劑擔載管上半部分的外螺紋匹配；橡膠墊片I和剛性壓片6周圍均勻分布有供四個緊固螺栓5能夠穿過的開孔；反應(yīng)器3垂直放置，橡膠墊片1、剛性壓片6依次置于反應(yīng)器3之上并由緊固螺栓連接緊固；多層催化劑擔載管7可依次通過剛性墊6片開孔、橡膠墊片I開孔和反應(yīng)器3開口后插入反應(yīng)器內(nèi)部，多層催化劑擔載管7的螺紋區(qū)與剛性壓片6采用螺紋連接；反應(yīng)液為一定濃度的堿性NaBH4溶液；催化劑為可循環(huán)粉末狀催化劑。多層催化劑擔載管7可通過螺紋的旋轉(zhuǎn)控制催化劑填裝部位在反應(yīng)器中的相對位置，進而控制和反應(yīng)液接觸的催化劑的量以控制產(chǎn)氫速度。
[0029]本實用新型的催化劑擔載管下半部分通過卡套連接，無需外加連接設(shè)備，方便拆卸填裝催化劑。
[0030]本實用新型催化劑擔載管螺紋區(qū)13長度等于剛性壓片6的厚度，剛性壓片6的厚度約為反應(yīng)器3部分高度的2 / 3(其目的在于保證在催化劑擔載管螺紋區(qū)完全從壓片中擰出時，最底層催化劑能離開反應(yīng)液面)，在催化劑擔載管高度調(diào)節(jié)最大允許范圍內(nèi)，橡膠墊片I中心孔口始終和催化劑擔載管7下半部分接觸，保證氫氣收集過程中的氣密性。
[0031]本實用新型橡膠墊片I中心孔口直徑略小于催化劑擔載管7光滑部分外徑，而反應(yīng)器3開口直徑略大于多層催化劑擔載管下半部分管壁外徑，保證催化劑擔載管能順利插入反應(yīng)器并保證氫氣收集過程中氣密性。
[0032]催化劑擔載下端部設(shè)有氫氣收集保護片15，該氫氣收集保護片15為連接在催化劑擔載管圓柱底面管壁上的漏斗狀橡膠薄片，用于防止少量氫氣氣泡從低端溢出至反應(yīng)器。
[0033]反應(yīng)器3的開口部位有實心加固2 ;調(diào)節(jié)裝置包括橡膠墊片1、帶有內(nèi)螺紋的剛性壓片6、4個緊固螺栓5 ;橡膠墊片I中心開孔直徑略小于反應(yīng)器3開口直徑；剛性壓片6內(nèi)螺紋與催化劑擔載管上半部分外螺紋匹配；橡膠墊片I和剛性壓片6周圍均勻分布有四個供緊固螺栓4能夠穿過的開孔；反應(yīng)器垂直放置，橡膠墊片1、剛性壓片6依次置于反應(yīng)器之上并由螺栓5連接緊固；催化劑擔載管7可依次通過剛性墊片6、橡膠墊片I開孔插入反應(yīng)器3的反應(yīng)液4內(nèi)，催化劑擔載管通過其管壁上設(shè)置的外螺紋旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)其端部插入反應(yīng)器內(nèi)部的深度。
[0034]本實用新型提供的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，氫氣從催化劑擔載管上端部頂端收集。
[0035]本實用新型使用時將適量NaBH4固體、NaOH固體配制成一定濃度的堿性NaBH4溶液即反應(yīng)液，通過反應(yīng)器口將反應(yīng)液注入反應(yīng)器3，然后依次將橡膠墊片1、剛性壓片6置于反應(yīng)器加固部分2之上，使三者開孔圓心在同一直線上，然后將4個螺栓5依次穿過剛性壓片6、橡膠墊片I周圍分布的孔道，擰入反應(yīng)器加固部分2內(nèi)部，4個螺栓需均勻緊固以保證密封性。將適量催化劑8分別填裝入擔載隔網(wǎng)，擔載隔網(wǎng)與卡套焊接為一體，三個卡套通過卡套套接處16相互連接在一起。將填裝完畢的催化劑擔載管依次通過剛性壓片6、橡膠墊片I的開孔后插入反應(yīng)器3的內(nèi)部，轉(zhuǎn)動催化劑擔載管7上部的中空旋鈕12，使螺紋區(qū)13進入剛性壓片6，并隨催化劑擔載管擰入深度的增加，催化劑開始與反應(yīng)液接觸反應(yīng)。圖4為本實用新型操作狀態(tài)圖，如圖4所示，具體操作如下:
[0036]催化劑擔載管螺紋擰入剛性壓片6后，順時針旋轉(zhuǎn)中空旋鈕12，催化劑擔載管7緩慢下降，第一個催化劑擔載隔網(wǎng)進入反應(yīng)液(圖4狀態(tài)B)，進而反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，實驗實施過程中氫氣通過濕式氣體流量9計測量體積，如需增加氫氣產(chǎn)生速率，繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，使第2、3個催化劑擔載隔網(wǎng)分別進入溶液(圖4狀態(tài)C、D)，如需終止反應(yīng)，逆時針旋轉(zhuǎn)中空旋鈕12使催化劑擔載管上升，不同層次的催化劑相繼與反應(yīng)液分離，氫氣產(chǎn)生終止，其中
1、2、3均為氫氣氣泡。圖5為本實用新型處于不同狀態(tài)時的產(chǎn)氫效果圖；圖5A為本實用新型處于不同狀態(tài)時的產(chǎn)氫動力學曲線圖；圖5B為不同狀態(tài)的產(chǎn)氫速率曲線，如圖5A、5B所示，反應(yīng)狀態(tài)分別如圖3中B、C、D所示時，裝置產(chǎn)氫效果明顯不同，隨著催化劑擔載管的下降，與反應(yīng)體系接觸的催化劑量變大時，產(chǎn)氫速率明顯增大。
[0037]本實用新型的優(yōu)點:
[0038]1、根據(jù)相關(guān)文獻及專利報道，目前尚無此類獨立的便攜式簡易氫氣發(fā)生裝置的公開報道，僅有部分專利公開了一些新型的氫氣制備方法和需要借助微泵等動力裝置才能發(fā)揮作用的氫氣制備裝置，因此，本實用新型具有一定的創(chuàng)造性。
[0039]2、本實用新型直接針對燃料電池設(shè)備小型化過程中的遇到的瓶頸問題開發(fā)，具有很強的針對性。
[0040]3、本實用新型的應(yīng)用定位于探險、軍工、實驗教學等特殊領(lǐng)域，和傳統(tǒng)的氫氣供應(yīng)方法相比，省去了氫氣運輸、存儲等難度較大的環(huán)節(jié)，能夠做到氫氣的隨用隨產(chǎn)，更突出其安全性、便攜性、可控性和應(yīng)急性。
[0041]3、本實用新型構(gòu)造簡單，每一部分均可拆卸攜帶，整個裝置的進料、連接、操作、密封均不需要復(fù)雜的外加設(shè)備和動力設(shè)備，僅通過旋轉(zhuǎn)催化劑擔載管上端旋鈕便可以控制氫氣產(chǎn)生狀況，操作簡便。
[0042]4、本實用新型所選用的反應(yīng)體系(堿性NaBH4溶液)儲氫密度高，裝置制備的氫氣純度高，能夠達到燃料電池使用氫氣標準，不需要任何純化，可供燃料電池直接使用，制備的氫氣中伴有微量水蒸氣，也可以起到給燃料電池交換膜增濕的作用。
[0043]5、本實用新型所選用的催化劑為自制可循環(huán)催化劑，并且催化劑的使用對氫氣的產(chǎn)生具有決定性作用，通過控制催化劑與反應(yīng)體系的接觸情況可控制氫氣產(chǎn)生和終止，控制催化劑的用量可以改變產(chǎn)氫速率。
[0044]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微型簡易氫氣發(fā)生裝置，其特征在于，包括用于盛裝反應(yīng)液的反應(yīng)器、用于盛放催化劑的催化劑擔載管，所述催化劑擔載管端部插入反應(yīng)器內(nèi)部后與反應(yīng)器開口處密封連接；還包括用于調(diào)節(jié)催化劑擔載管插入深度的調(diào)節(jié)裝置； 所述調(diào)節(jié)裝置包括橡膠墊片、剛性壓片、緊固螺栓，所述反應(yīng)器的開口處設(shè)置有實心加固部分，緊固螺栓依次穿過剛性壓片、橡膠墊片、加固部分后使調(diào)節(jié)裝置與反應(yīng)器密封連接；調(diào)節(jié)裝置的內(nèi)部設(shè)有一通孔，該通孔的孔壁上設(shè)有內(nèi)螺紋，催化劑擔載管的管壁上設(shè)置有外螺紋，催化劑擔載管通過內(nèi)螺紋與外螺紋的相互配合來調(diào)節(jié)其端部在反應(yīng)器內(nèi)部的插入深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，其特征在于，所述催化劑擔載管包括多層用于放置催化劑的擔載隔網(wǎng)，該擔載隔網(wǎng)為不銹鋼席型網(wǎng)，過濾精度小于I μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，其特征在于，所述橡膠墊片上用于穿過催化劑擔載管的孔的孔徑小于催化劑擔載管的管壁直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，其特征在于，每層擔載隔網(wǎng)分別固定在一個卡套上，每個卡套的一端設(shè)有內(nèi)層凸起、另一端設(shè)有外層凹陷，卡套之間通過所述內(nèi)層凸起與外層凹陷固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，其特征在于，所述催化劑擔載管的下端部固定連接有漏斗狀的氫氣收集保護片，該保護片為橡膠薄片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，其特征在于，所述催化劑擔載管包括上半部分外管壁設(shè)置有外螺紋的螺紋區(qū)、下半部分外管壁為光滑面的催化劑擔載區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型簡易氫氣發(fā)生裝置，其特征在于，催化劑擔載管的外管壁上半部分的長度與剛性壓片的厚度一致，剛性壓片的厚度為反應(yīng)器高度的2 / 3。
【文檔編號】C01B3/02GK203529923SQ201320356335
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】吳樂樂, 鄧文安, 李傳 申請人:中國石油大學(華東)