本實(shí)用新型涉及一種氣體發(fā)生裝置，特別涉及一種基于硼氫化物水解體系的簡(jiǎn)單可控氫氣發(fā)生器。
背景技術(shù)：
氫能作為一種新能源，因?yàn)榫哂辛阄廴尽⒏咝阅艿奶刭|(zhì)，受到廣泛關(guān)注。其中，氫氣可以作為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEM-FC)的重要原料來(lái)提供能量。傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫方法為物理儲(chǔ)氫方法，利用高壓液態(tài)儲(chǔ)氫或低溫液態(tài)儲(chǔ)氫，然而，物理儲(chǔ)氫系統(tǒng)復(fù)雜，壓力太高，安全問(wèn)題令人擔(dān)憂。
因此利用化學(xué)物質(zhì)儲(chǔ)氫受到廣泛關(guān)注，其中，硼氫化物水解制氫被認(rèn)為是安全、高效和實(shí)用性強(qiáng)的制氫技術(shù)。硼氫化物水解制氫，以硼氫化鈉為例主要是利用以下原理：
NaBH4+2H2O＝4H2+NaBO2；ΔH＝-210kJ/mol (1)
從以上反應(yīng)可以看出，硼氫化物水解制氫是放熱反應(yīng)，因此制得的氫氣會(huì)過(guò)熱，如何處理這些熱量是很大的問(wèn)題。
另外，現(xiàn)有的硼氫化物水解制氫裝置系統(tǒng)復(fù)雜，控制因素過(guò)多，并需要精確控制反應(yīng)系統(tǒng)。過(guò)熱的氫氣也會(huì)夾帶水蒸氣排出，有時(shí)也會(huì)夾帶飛沫排出。因此制得的氫氣會(huì)有固體雜質(zhì)，夾帶的水蒸氣也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際用水過(guò)多而使得實(shí)際儲(chǔ)氫質(zhì)量百分比(wt％)較低。更加重要的是，夾帶固體雜質(zhì)的熱氫氣，也會(huì)損壞燃料電池；同時(shí)，雖然燃料電池需要有一定濕度的氫氣源，但是氫氣中夾帶過(guò)多的水蒸氣，也會(huì)損壞燃料電池。
因此，現(xiàn)有基于硼氫化物水解產(chǎn)氫的體系需用附加設(shè)備去除氫氣中夾帶的飛沫，冷卻氫氣并回收其中的水蒸氣，系統(tǒng)非常復(fù)雜，造成系統(tǒng)成本和重量大大增加，同時(shí)控制也非常復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種基于硼氫化物水解體系的簡(jiǎn)單可控氫氣發(fā)生裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
為實(shí)現(xiàn)前述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案包括：
本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種基于硼氫化物水解體系的簡(jiǎn)單可控氫氣發(fā)生裝置，其包括：
儲(chǔ)液室，預(yù)儲(chǔ)有第一反應(yīng)物；
產(chǎn)氣室，預(yù)儲(chǔ)有第二反應(yīng)物，并且所述產(chǎn)氣室與儲(chǔ)液室相互隔離；
單向流體輸送管路，至少用以將所述儲(chǔ)液室內(nèi)的第一反應(yīng)物單向輸入產(chǎn)氣室并與第二反應(yīng)物接觸反應(yīng)而產(chǎn)生氣體；
單向氣體輸送管路，至少用以將產(chǎn)氣室內(nèi)產(chǎn)生的氣體單向輸入儲(chǔ)液室并與第一反應(yīng)物充分接觸。
進(jìn)一步的，所述單向氣體輸送管路的進(jìn)氣端與所述產(chǎn)氣室連通，出氣端穿入所述儲(chǔ)液室并位于所述儲(chǔ)液室內(nèi)的液面下方。
進(jìn)一步的，所述單向氣體輸送管路的出氣端分布有一個(gè)或兩個(gè)以上的氣體出口。
進(jìn)一步的，所述單向氣體輸送管路包括氣體輸送管道，且所述氣體輸送管道上設(shè)有單向閥。
進(jìn)一步的，所述氣體輸送管道上還設(shè)有氣體流量調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)節(jié)由產(chǎn)氣室輸往儲(chǔ)液室的氣體流量。
進(jìn)一步的，所述單向流體輸送管路包括流體輸送管道，且所述流體輸送管道上設(shè)有單向閥。
進(jìn)一步的，所述流體輸送管道上還設(shè)有流體流量調(diào)節(jié)裝置和/或泵，所述泵用以將儲(chǔ)液室內(nèi)的第一反應(yīng)物輸往產(chǎn)氣室，所述流體流量調(diào)節(jié)裝置用以調(diào)節(jié)由儲(chǔ)液室輸往產(chǎn)氣室的第一反應(yīng)物流量。
進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)液室和/或產(chǎn)氣室上還設(shè)置有泄壓閥，用以將所述儲(chǔ)液室和/或產(chǎn)氣室內(nèi)的氣壓控制在安全閥值以下。
進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)液室上設(shè)有出氣口，所述出氣口分布于所述儲(chǔ)液室內(nèi)的液面上方，所述儲(chǔ)液室通過(guò)出氣口與負(fù)載設(shè)備連通。
進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)液室和產(chǎn)氣室均為封閉腔室。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)包括：
(1)本實(shí)用新型氫氣發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需控制氣體流量，只需按照需求控制第一反應(yīng)物的流量即可，因此系統(tǒng)不需要精確控制；
(2)本實(shí)用新型氫氣發(fā)生裝置在工作時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)熱氫氣會(huì)被儲(chǔ)液室內(nèi)的液體降溫冷卻，有效的利用系統(tǒng)本身處理了反應(yīng)的熱量；
(3)本實(shí)用新型氫氣發(fā)生裝置在工作時(shí)，氫氣夾帶的水蒸氣會(huì)冷卻并回收利用，提高了反應(yīng)的wt％，氫氣中夾帶的飛沫會(huì)被過(guò)濾，提高了氫氣的純度；
(4)本實(shí)用新型氫氣發(fā)生裝置具有儲(chǔ)液室和產(chǎn)氣室兩個(gè)氫氣緩存腔室，有效的利用本身的空間儲(chǔ)存產(chǎn)生的氫氣，不需另外的設(shè)備來(lái)儲(chǔ)存氫氣，減少成本和復(fù)雜性；
(5)本實(shí)用新型氫氣發(fā)生裝置在工作時(shí)，可以利用自身的反應(yīng)物冷卻氫氣，除去飛沫并回收水蒸氣，簡(jiǎn)化了設(shè)備，降低了設(shè)備的體積和重量，同時(shí)也降低了體系復(fù)雜性，使得整個(gè)產(chǎn)氫系統(tǒng)成本降低，易于控制。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型一典型實(shí)施例中基于硼氫化物水解體系的簡(jiǎn)單可控氫氣發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-儲(chǔ)液室，2-產(chǎn)氣室，3-第一反應(yīng)物，4-第二反應(yīng)物，5-單向流體輸送管路，6-單向氣體輸送管路，7-泵，8-單向閥，9-單向閥，10-出氣口，11-泄壓閥，12-泄壓閥。
具體實(shí)施方式
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，得以提出本實(shí)用新型的技術(shù)方案。如下將對(duì)該技術(shù)方案、其實(shí)施過(guò)程及原理等作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于硼氫化物水解體系的簡(jiǎn)單可控氫氣發(fā)生裝置包括：
儲(chǔ)液室，預(yù)儲(chǔ)有第一反應(yīng)物；
產(chǎn)氣室，預(yù)儲(chǔ)有第二反應(yīng)物，并且所述產(chǎn)氣室與儲(chǔ)液室相互隔離；
單向流體輸送管路，至少用以將所述儲(chǔ)液室內(nèi)的第一反應(yīng)物單向輸入產(chǎn)氣室并與第二反應(yīng)物接觸反應(yīng)而產(chǎn)生氣體；
單向氣體輸送管路，至少用以將產(chǎn)氣室內(nèi)產(chǎn)生的氣體單向輸入儲(chǔ)液室并與第一反應(yīng)物充分接觸。
在一些較佳實(shí)施方案中，所述單向氣體輸送管路的進(jìn)氣端與所述產(chǎn)氣室連通，出氣端穿入所述儲(chǔ)液室并位于所述儲(chǔ)液室內(nèi)的液面下方。如此，可以利用儲(chǔ)液室內(nèi)的第一反應(yīng)物作為冷卻液和氣體凈化媒介，將反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣冷卻并過(guò)濾氫氣中夾帶的飛沫，同時(shí)回收水蒸氣，一方面有效的利用系統(tǒng)本身處理了反應(yīng)的熱量，另一方面還可以提高反應(yīng)的wt％和氫氣的純度，同時(shí)還可簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程，減小設(shè)備的體積和重量，降低體系復(fù)雜性，使得整個(gè)產(chǎn)氫系統(tǒng)成本降低，易于控制。
更進(jìn)一步的，所述單向氣體輸送管路的出氣端可分布有一個(gè)或兩個(gè)以上的氣體出口，以使產(chǎn)生氣體能更為充分的與第一反應(yīng)物接觸，已達(dá)到更快的冷卻氣體和過(guò)濾夾帶飛沫的目的。
進(jìn)一步的，所述單向氣體輸送管路包括氣體輸送管道，且所述氣體輸送管道上設(shè)有單向閥，用以使產(chǎn)氣室內(nèi)產(chǎn)生的氣體僅向儲(chǔ)液室單向輸送。
在一些實(shí)施方案中，所述氣體輸送管道上還可設(shè)有氣體流量調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)節(jié)由產(chǎn)氣室輸往儲(chǔ)液室的氣體流量件，以達(dá)成控制氣體運(yùn)輸速度的目的。
進(jìn)一步的，所述單向流體輸送管路包括流體輸送管道，且所述流體輸送管道上設(shè)有單向閥，以使第一反應(yīng)物由儲(chǔ)液室向產(chǎn)氣室單向流動(dòng)。
在一些實(shí)施方案中，所述流體輸送管道上還可設(shè)有流體流量調(diào)節(jié)裝置，所述流體流量調(diào)節(jié)裝置用以調(diào)節(jié)由儲(chǔ)液室輸往產(chǎn)氣室的第一反應(yīng)物流量。在所述簡(jiǎn)單可控氫氣發(fā)生裝置工作時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求，可以通過(guò)該有流體流量調(diào)節(jié)裝置使第一反應(yīng)物以恒定流量或變化的流量從儲(chǔ)液室單向進(jìn)入產(chǎn)氣室。
在一些實(shí)施方案中，所述流體輸送管道上還可設(shè)有泵，所述泵用以將儲(chǔ)液室內(nèi)的第一反應(yīng)物輸往產(chǎn)氣室。在一些更為具體的實(shí)施方案中，可以在當(dāng)所述儲(chǔ)液室和/或產(chǎn)氣室內(nèi)的氣壓低于設(shè)定值時(shí)，以泵驅(qū)使第一反應(yīng)物由儲(chǔ)液室單向進(jìn)入產(chǎn)氣室，而在當(dāng)儲(chǔ)液室和/或產(chǎn)氣室內(nèi)的氣壓高于設(shè)定值時(shí)，使泵停止運(yùn)行，而使第一反應(yīng)物不再向產(chǎn)氣室輸送。為達(dá)成此目的，可以在儲(chǔ)液室和/或產(chǎn)氣室內(nèi)設(shè)置氣壓監(jiān)測(cè)裝置，并將氣壓監(jiān)測(cè)裝置及泵與一控制模塊連接。該控制模塊可以是智能控制模塊，也可以是機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)，其可以依據(jù)氣壓監(jiān)測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果而調(diào)控泵的運(yùn)行狀態(tài)。
在一些實(shí)施方案中，所述儲(chǔ)液室和/或產(chǎn)氣室上還設(shè)置有泄壓閥，用以將所述儲(chǔ)液室和/或產(chǎn)氣室內(nèi)的氣壓控制在安全閥值以下。更為具體的講，為使所述產(chǎn)氣室和/或儲(chǔ)液室的氣壓控制于更合理的范圍內(nèi)，以達(dá)成安全等目的，還可以在所述產(chǎn)氣室和/或儲(chǔ)液室上連接自動(dòng)或手動(dòng)氣壓閥作為泄壓閥。當(dāng)所述產(chǎn)氣室和/或儲(chǔ)液室內(nèi)的氣壓超過(guò)設(shè)定的安全閾值時(shí)，可以通過(guò)所述自動(dòng)或手動(dòng)氣壓閥將當(dāng)所述產(chǎn)氣室和/或儲(chǔ)液室內(nèi)的氣體向外釋放。適用的自動(dòng)或手動(dòng)氣壓閥可以是業(yè)界習(xí)用的機(jī)械式單向閥，當(dāng)然也可以是其它類型的電子閥、電磁閥等，且不限于此。
進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)液室上設(shè)有出氣口，所述出氣口分布于所述儲(chǔ)液室內(nèi)的液面上方。例如，可以在所述儲(chǔ)液室的上部設(shè)置出氣口，并通過(guò)出氣口將產(chǎn)生的氫氣導(dǎo)出至負(fù)載設(shè)備，例如燃料電池。
進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)液室和產(chǎn)氣室均為封閉腔室，使儲(chǔ)液室和產(chǎn)氣室同時(shí)可作為兩個(gè)氫氣緩存腔室，從而使該氫氣發(fā)生裝置能有效利用自身空間儲(chǔ)存產(chǎn)生的氫氣，而不需另外的設(shè)備來(lái)儲(chǔ)存氫氣，減少成本和復(fù)雜性。
進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，前述第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物可以選自業(yè)界所知的各類能通過(guò)彼此接觸而產(chǎn)生氫氣或其它所需氣體的物質(zhì)。例如，在一些實(shí)施方案中，第一反應(yīng)物包括酸溶液、酸的水溶液、堿的水溶液、水或水溶液中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此；相應(yīng)的所述第二反應(yīng)物可以選用硼氫化物等。
進(jìn)一步的，在本發(fā)明的前述實(shí)施方案中，為保證各組件鏈接的密閉性，還可以在各組件連接部分設(shè)置密封圈等，或者其它有助于密封的結(jié)構(gòu)或元件等。
進(jìn)一步的，在本發(fā)明的前述實(shí)施方案中，所述儲(chǔ)液室，產(chǎn)氣室，流體輸送管道和氣體輸送管道可以是各種合適形態(tài)，例如桶狀、罐狀、管狀，但不限于此。
進(jìn)一步的，在本發(fā)明的前述實(shí)施方案中，所述儲(chǔ)液室，產(chǎn)氣室，流體輸送管道和氣體輸送管道也可以是一體設(shè)置的。
如下將結(jié)合附圖對(duì)該技術(shù)方案、其實(shí)施過(guò)程及原理等作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型的一典型實(shí)施例中提供的一種基于硼氫化物水解體系的簡(jiǎn)單可控氫氣發(fā)生器包括儲(chǔ)液室1和產(chǎn)氣室2，儲(chǔ)液室1內(nèi)預(yù)儲(chǔ)有第一反應(yīng)物3，例如水或水溶液；產(chǎn)氣室2內(nèi)預(yù)儲(chǔ)有第二反應(yīng)物4，例如固體的硼氫化物和催化劑；儲(chǔ)液室1和產(chǎn)氣室2由單向流體輸送管路5和單向氣體輸送管路6連接，其中單向流體輸送管路5上設(shè)有泵7和單向閥8，以保證第一反應(yīng)物3由儲(chǔ)液室1單向流入產(chǎn)氣室2；另外，單向氣體輸送管路6上設(shè)有有單向閥 9，至少使產(chǎn)生的氣體僅由產(chǎn)氣室2單向流入儲(chǔ)液室1，反之則不可；儲(chǔ)液室1上方有出氣口 10，可以使產(chǎn)生的氫氣經(jīng)出氣口導(dǎo)入負(fù)載。儲(chǔ)液室1和產(chǎn)氣室2上方均有泄壓閥11、12，可以保證裝置內(nèi)的壓力不會(huì)過(guò)大，確保裝置的安全。
該氣體發(fā)生裝置工作制備氫氣時(shí)，儲(chǔ)液室內(nèi)壓強(qiáng)為P1，產(chǎn)氣室內(nèi)壓強(qiáng)為P2。若產(chǎn)氣室內(nèi)的壓強(qiáng)P2小于設(shè)定值，所述儲(chǔ)液室內(nèi)的第一反應(yīng)物會(huì)由泵驅(qū)使輸入至產(chǎn)氣室，并與產(chǎn)氣室內(nèi)的第二反應(yīng)物接觸產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣沿單向氣體輸送管路自動(dòng)單向的向儲(chǔ)液室內(nèi)流動(dòng)。其中，由于硼氫化物水解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此產(chǎn)氣室內(nèi)溫度升高，大量水蒸氣隨產(chǎn)生的氫氣一同沿單向氣體輸送管路進(jìn)入儲(chǔ)液室，同時(shí)，氫氣也會(huì)夾雜飛沫由產(chǎn)氣室經(jīng)單向氣體輸送管路進(jìn)入儲(chǔ)液室，因此氫氣會(huì)夾帶水蒸氣和飛沫進(jìn)入儲(chǔ)液室與第一反應(yīng)物接觸。其中高溫的氫氣和第一反應(yīng)物接觸后冷卻，夾帶的水蒸氣冷凝成水回到儲(chǔ)液室內(nèi)，夾帶的飛沫會(huì)被第一反應(yīng)物過(guò)濾并留在儲(chǔ)液室內(nèi)。此時(shí)，在儲(chǔ)液室內(nèi)，氫氣會(huì)經(jīng)由出氣口導(dǎo)出至負(fù)載。然而，氫氣的導(dǎo)出速度此刻小于產(chǎn)生氫氣的速度，所以，P1和P2逐漸增大，直至P2大于設(shè)定值，泵即會(huì)控制第一反應(yīng)物停止由儲(chǔ)液室進(jìn)入產(chǎn)氣室，反應(yīng)終止。此刻氫氣會(huì)繼續(xù)經(jīng)由出氣口緩慢導(dǎo)入負(fù)載，使得產(chǎn)氣室和儲(chǔ)液室內(nèi)壓強(qiáng)降低，直至產(chǎn)氣室內(nèi)P2重新小于設(shè)定值，所述輸液室內(nèi)第一反應(yīng)物會(huì)重新由泵驅(qū)使向產(chǎn)氣室內(nèi)流動(dòng)。產(chǎn)氣室和儲(chǔ)液室內(nèi)均可設(shè)有氣壓閥，可以保證整個(gè)過(guò)程的安全性。
該基于硼氫化物水解體系的可控氫氣發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要精確控制，同時(shí)利用自身的設(shè)計(jì)冷卻過(guò)熱氫氣，回收蒸發(fā)的水，過(guò)濾夾帶飛沫，提高了氫氣純度和反應(yīng)的實(shí)際儲(chǔ)氫質(zhì)量百分比，同時(shí)有效利用體系空間儲(chǔ)存氫氣；而且整個(gè)體系安全節(jié)能環(huán)保，適用于中性或大型產(chǎn)氫裝置。
應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。