專(zhuān)利名稱(chēng)：集成加料池于內(nèi)部的分層導(dǎo)熱干燥架構(gòu)的水解制氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制氫設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種水解制氫裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)能源使用和環(huán)境保護(hù)的兼顧，引發(fā)了人們對(duì)氫能的關(guān)注。目前對(duì)氫能的研究主要分為制氫、儲(chǔ)氫和氫應(yīng)用三個(gè)方面，其中制氫一般分為電解制氫、生物制氫、水煤氣制氫、天然氣制氫和化學(xué)制氫等，而電解制氫消耗大量電能，能源轉(zhuǎn)化效率低，生物制氫時(shí)間長(zhǎng)，水煤氣和天然氣制氫需要消耗化石燃料，并且制氫裝備笨重，價(jià)格昂貴。隨著相關(guān)研究深入，化學(xué)制氫日益受到重視，特別是隨著較多價(jià)格低廉的水解材料的出現(xiàn)，使得水解制氫實(shí)用化成為可能。對(duì)于化學(xué)水解制氫而言，除了水解制氫材料本身以及制氫裝置外，如何控制制氫速率也是影響其特性的關(guān)鍵因素之一。如中國(guó)專(zhuān)利ZL201210287133.2，其裝置包括粉末原料溶液罐、反應(yīng)罐、水濾降溫罐、干燥過(guò)濾器以及管路組成，該專(zhuān)利的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然可以解決裝置可靠性以及保證生成的氫氣的干燥度和純度問(wèn)題，但是還存在裝置復(fù)雜化，難以方便攜帶，并且難以有效地控制產(chǎn)氫速率以及廢熱回收利用等問(wèn)題。中國(guó)專(zhuān)利ZL201110049658.8，其裝置包括儲(chǔ)存固體反應(yīng)物料的反應(yīng)器、儲(chǔ)水罐和管路，并且連接有微型泵、壓力傳感器和冷·凝干燥器等裝置，雖然其制氫速率可控，響應(yīng)時(shí)間短，固體反應(yīng)利用率高，但是其結(jié)構(gòu)不具備一體化特征，難以實(shí)現(xiàn)方便攜帶，并且該專(zhuān)利分散的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳輸和廢熱的回收利用，降低了能源利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有一體化高效的用于粉體材料水解制氫、可以控制制氫速率的、同時(shí)可循環(huán)利用燃料電池產(chǎn)生的廢熱的水解制氫裝置。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取一種集成加料池于內(nèi)部的分層導(dǎo)熱干燥構(gòu)架的水解制氫裝置，由罐體外圍放氫的氣路系統(tǒng)、夕卜殼、置于外殼里的內(nèi)膽、夕卜殼和內(nèi)膽之間的循環(huán)水系統(tǒng)、加料導(dǎo)熱干燥架構(gòu)、置于分層空間內(nèi)導(dǎo)熱干燥托盤(pán)上的干燥劑、出氣閥以及電控單向閥門(mén)構(gòu)成。內(nèi)部的加料導(dǎo)熱干燥構(gòu)架包括焊接有導(dǎo)熱干燥托盤(pán)和頂部密封蓋的圓柱形套筒以及圓柱形套筒內(nèi)部的加料池。導(dǎo)熱干燥托盤(pán)采用高導(dǎo)熱的金屬片分層焊接在圓柱形套筒外中側(cè)，頂部密封蓋采用低導(dǎo)熱的金屬制作并焊接在圓柱形套筒的外上側(cè)。而內(nèi)部加料池采用低導(dǎo)熱金屬制作并且則接于圓柱形套筒的內(nèi)側(cè)，加料池的上側(cè)與圓柱形套筒上側(cè)完全焊接。當(dāng)裝置進(jìn)行水解制氫的時(shí)候，水解材料從加料池下端的電控單向閥門(mén)定量地注入下方水中，并進(jìn)行反應(yīng)制氫，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)過(guò)氣體緩沖室緩沖之后穿過(guò)圓柱形套筒進(jìn)入干燥室進(jìn)行干燥，而反應(yīng)產(chǎn)生的熱量通過(guò)圓柱形套筒和導(dǎo)熱托盤(pán)傳遞至內(nèi)膽，內(nèi)膽再傳導(dǎo)至外部循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行熱量散發(fā)，保證系統(tǒng)內(nèi)部的溫度，維持放氫速度的穩(wěn)定；放氫時(shí)，燃料電池工作產(chǎn)生的廢熱可通過(guò)外殼和內(nèi)膽之間的外部循環(huán)水系統(tǒng)反饋給制氫裝置，通過(guò)裝置內(nèi)膽經(jīng)過(guò)內(nèi)部導(dǎo)熱干燥構(gòu)架傳遞至裝置內(nèi)部，從而完成裝置內(nèi)部高效傳熱，并影響水解材料的產(chǎn)氫速率。出氣口位于頂部密封蓋內(nèi)，它將導(dǎo)熱干燥托盤(pán)上的通氣孔以及圓柱形套管上的通氣孔和各腔室連接起來(lái)，從而加強(qiáng)各腔室和進(jìn)出氣口的連接通道，增加進(jìn)出氣口處的氣流通路，提升氣體通過(guò)效率。該內(nèi)部構(gòu)架實(shí)現(xiàn)的分層功效可充分傳熱并使制備出的氫氣通過(guò)導(dǎo)熱干燥托盤(pán)上的通氣孔傳進(jìn)行有效的干燥，從而提高氫氣干燥度，解決了氫氣水分過(guò)多影響外接負(fù)載工作的問(wèn)題。干燥劑放置于加料導(dǎo)熱干燥托盤(pán)的容器，其中容器內(nèi)的干燥劑可放入多種，進(jìn)行合理搭配。加料池位于圓柱形套筒內(nèi)部，其下端小口是按照300目顆粒的大小設(shè)計(jì)的，所以如果水解材料不是粉體材料，則要機(jī)械粉碎至300目后才能使用，如果是粉體材料并且顆粒度在300目左右則可以直接使用。本發(fā)明的有益效果:
1、由于該裝置內(nèi)部的加料池里可放入一種或者多種均勻混合的粉體水解材料，實(shí)現(xiàn)了配比多樣化，可以降低水解材料的成本。并且位于加料管下端的電控單向閥門(mén)，可以通過(guò)預(yù)先編寫(xiě)好的電腦程序自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，定時(shí)定量地進(jìn)行投料，這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)制氫速率的有效控制，保證水解反應(yīng)的穩(wěn)定持續(xù)進(jìn)行。2、加料導(dǎo)熱干燥構(gòu)架可將罐體內(nèi)部空間和裝置外部熱交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連為一體，從而實(shí)現(xiàn)提高裝置內(nèi)部熱傳質(zhì)的功效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢熱的充分利用，極大地提高了能源的利用
效率。 3、加料導(dǎo)熱干燥構(gòu)架上的雙層干燥室可在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的快速干燥，從而輸出負(fù)載可用的純凈干燥氣體。4、本裝置具有高度一體化特性，所有的反應(yīng)進(jìn)程均在一個(gè)密封的罐體之中進(jìn)行，不但降低了危險(xiǎn)系數(shù)，而且裝置極易方便攜帶，特別適合作為野外快速供氫來(lái)源。


圖1是本發(fā)明的總體剖面 圖2是本發(fā)明外圍放氫氣路系統(tǒng) 圖3是本發(fā)明頂部密封蓋的俯視 圖4是本發(fā)明內(nèi)部分層導(dǎo)熱干燥托盤(pán)俯視 圖5是本發(fā)明集成加料池于內(nèi)部的分層導(dǎo)熱干燥構(gòu)架一體圖； 圖6是本發(fā)明和其他裝置連接的總示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施方案做進(jìn)一步說(shuō)明 實(shí)施例1
附圖1是本實(shí)施例固態(tài)儲(chǔ)氫裝置的總體剖面圖，包括外圍放氫的氣路系統(tǒng)1、頂部密封蓋2、氣體干燥室3、外殼4、至于外殼4里面的內(nèi)膽5、外殼4和內(nèi)膽5之間的外部循環(huán)水系統(tǒng)6、加料池8上的密封塞7、加料池8、出氣閥9、密封墊圈的凹槽10、氣體緩沖室11、合理布置于內(nèi)膽5中導(dǎo)熱干燥架構(gòu)12、圓柱形套筒13、電控單向閥門(mén)14、圓柱形套筒13上的通孔15。其中內(nèi)部構(gòu)架如附圖5所示。包括圓柱形套筒、導(dǎo)熱干燥托盤(pán)、頂部密封蓋以及內(nèi)部加料池，其中導(dǎo)熱干燥托盤(pán)和頂部密封蓋均直接焊接于圓柱形套筒的外側(cè)，而加料池則置于圓柱形套筒的內(nèi)側(cè)并且而且頂部完全焊接。水解放氫時(shí)，如果要控制產(chǎn)氫速率，可以控制電控單向閥門(mén)14，減少水解原料的投入，同時(shí)接通外部水循環(huán)系統(tǒng)6并且切斷外部負(fù)載的廢熱反饋，此時(shí)內(nèi)部空間的熱量通過(guò)圓柱形套筒和導(dǎo)熱干燥托盤(pán)傳遞至內(nèi)膽5，內(nèi)膽5再將熱量傳導(dǎo)至外部循環(huán)水系統(tǒng)6進(jìn)行熱量散發(fā)；如果要加快產(chǎn)氫速率，可以控制電控單向閥門(mén)14，增加水解原料的投入，同時(shí)把外部負(fù)載工作產(chǎn)生的廢熱可通過(guò)外部循環(huán)水系統(tǒng)6反饋給內(nèi)膽5，并經(jīng)過(guò)內(nèi)部導(dǎo)熱干燥構(gòu)架傳遞至裝置內(nèi)部，從而完成裝置內(nèi)部高效傳熱，促進(jìn)水解反應(yīng)速率加快進(jìn)行。頂部密封蓋設(shè)計(jì)如圖3所示，其與罐體通過(guò)4個(gè)螺紋加螺栓密封，至于密封墊圈凹槽10的氣體密封墊圈保證裝置的氣密性。裝置內(nèi)部主要分為3層，最底下第I層主要是制氫室，向上第2層和第3層依次為一級(jí)和二級(jí)干燥室，其中制氫室內(nèi)加入一定量的水，加料池內(nèi)可填充一種或者按比例填充多種粉體水解材料，并且粒度要控制在300目左右，一級(jí)和二級(jí)干燥室內(nèi)放入裝有不同干燥劑的容器，注意干燥劑并未填充過(guò)滿，以應(yīng)對(duì)其吸水時(shí)候體積膨脹，以支架輔以過(guò)濾網(wǎng)為載體，置于導(dǎo)熱干燥托盤(pán)上，過(guò)濾網(wǎng)隔離干燥劑和氣路通道。圖2是本發(fā)明外圍放氫氣路系統(tǒng)圖。將圖1和圖2連接起來(lái)裝置按附圖6連接到制氫-燃料電池系統(tǒng)上。該系統(tǒng)工作時(shí)，制備出的氫氣通過(guò)外部放氫管路供給燃料電池，通過(guò)調(diào)節(jié)放氫支路上集成的閥門(mén)1-2、流量控制器1-3、減壓閥1-4、壓力表1-5來(lái)得到燃料電池需要的氫源，燃料電池進(jìn)行工作產(chǎn)生電能供給負(fù)載，如果需降低當(dāng)前輸氫速率，則要通過(guò)電控單向閥門(mén)減少投料量，并且打開(kāi)時(shí)冷卻水系統(tǒng)，關(guān)閉廢熱傳輸系統(tǒng)，進(jìn)而通過(guò)裝置內(nèi)、外熱傳質(zhì)機(jī)構(gòu)給裝置散熱，控制制氫室內(nèi)的溫度，進(jìn)而降低產(chǎn)氫速率；如果需要加快輸氫速度，則通過(guò)電控單向閥門(mén)增加投料量， 同時(shí)將廢熱收集系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)連接，此時(shí)燃料電池產(chǎn)生的廢熱通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入裝置內(nèi)，提高制氫室內(nèi)的溫度，促進(jìn)產(chǎn)氫速率。實(shí)施例2
本實(shí)施例總體連接和實(shí)施例1相同，不同之處在于水解粉體材料含有多種不同成分，進(jìn)而可以影響制氫速率和產(chǎn)氫量。實(shí)施例3
本實(shí)施例總體鏈接和實(shí)施例1相同，不同之處在于該制氫裝置增加多條放氫支路，可同時(shí)提供給多個(gè)燃料電池使用。實(shí)施例4
本實(shí)施例總體鏈接和實(shí)施例1相同，不同之處在于該氫裝置的一二級(jí)干燥室內(nèi)的干燥劑的不同，進(jìn)而可以制備不同純度要求的氫氣，適應(yīng)不同型號(hào)的燃料電池工作。實(shí)施例5
本實(shí)施例總體鏈接和實(shí)施例1相同，不同之處在于該氫裝置的起始加入的水量的多少，進(jìn)而控制反應(yīng)時(shí)間和產(chǎn)氫量。
權(quán)利要求
1.集成加料池于內(nèi)部的分層導(dǎo)熱干燥構(gòu)架的制氫裝置，包括罐體外圍放氫的氣路系統(tǒng)(I)、頂部密封蓋(2)、氣體干燥室(3)、外殼(4)、置于外殼(4)里的內(nèi)膽(5)、外殼(4)和內(nèi)膽(5 )之間的外部循環(huán)水系統(tǒng)(6 )、加料池密封塞(J)、加料池(8 )、頂部密封蓋(2 )上的出氣閥(9)、位于外殼(4)上的氣體密封圈凹槽(10)、加料池(8)和圓柱形套筒(13)之間的氣體緩沖室(11)、位于圓柱形套筒(13)外側(cè)的導(dǎo)熱干燥托盤(pán)(12)、圓柱形套筒(13)、位于加料池(8)下端的電控單向閥門(mén)(14)、圓柱形套筒(13)上的通孔(15)，其特征在于所述的頂部密封蓋(2)、加料池(8)、導(dǎo)熱干燥托盤(pán)(12)以及圓柱形套筒(13)構(gòu)成集成加料池于內(nèi)部的分層導(dǎo)熱干燥構(gòu)架，頂部密封蓋(2)和導(dǎo)熱干燥托盤(pán)(12)都被焊接在圓柱形套筒(13)的外偵牝加料池(8)則被焊接在圓柱形套筒(13)的內(nèi)側(cè)，該結(jié)構(gòu)布置于裝置內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制氫裝置，其特征在于所述制氫裝置的結(jié)構(gòu)為密封的圓筒形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制氫裝置，其特征在于所述氣路系統(tǒng)(I)包括放氫支路，放氫支路上有壓力表(1-1)、集成閥門(mén)(1-2)、減壓閥(1-3)、流量控制器(1-4)和壓力表(1-5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制氫裝置，其特征在于所述內(nèi)膽(5)分為3層，最下層為制氫室；上面兩層為干燥室，放置裝有干燥劑的容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制氫裝置，其特征在于所述的導(dǎo)熱干燥托盤(pán)(12)，其外徑大小與內(nèi)膽(5)內(nèi)徑大小吻合，其上的通氣孔(12-1)為8個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制氫裝置，其特征在于所述加料池(9)位于圓柱形套筒(13)內(nèi)，電控單向閥門(mén)(14)位于加料池(9)的最下端端口。
全文摘要
本發(fā)明集成加料池于內(nèi)部的分層導(dǎo)熱干燥架構(gòu)的水解制氫裝置，該裝置由外殼、內(nèi)膽、集成于圓柱形套筒上的頂部密封蓋、加料池、分層導(dǎo)熱干燥構(gòu)架、氣體干燥室、出氣閥、循環(huán)水系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)構(gòu)成。其中，分層導(dǎo)熱干燥構(gòu)架可解決裝置內(nèi)部的傳熱以及氣體干燥問(wèn)題，導(dǎo)熱干燥托盤(pán)上的通氣孔可增加氣體和干燥劑的接觸；密封蓋和加料池以及分層導(dǎo)熱干燥構(gòu)架都集成于圓柱形套筒上，實(shí)現(xiàn)了一體化和快速裝配功能。通過(guò)電控單向閥門(mén)精確控制投料量進(jìn)而控制制氫速率。通過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)提高裝置內(nèi)部熱傳質(zhì)的功效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢熱的充分利用。本發(fā)明安全可靠，工作范圍寬，能適用不同的水解制氫材料，條件可調(diào)控，高度一體化，工作效率高，可配合不同需求的燃料電池使用。
文檔編號(hào)C01B3/06GK103253630SQ201310181430
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者王仲民, 呂朋, 張懷剛, 周錦陽(yáng), 王鳳, 鄧健秋, 周懷營(yíng) 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)