氫氣的裝置有了清楚的認識。
[0081]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換，例如:
[0082](I)本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應值；
[0083](2)實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍；
[0084](3)上述實施例可基于設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術特征可以自由組合形成更多的實施例。
[0085]綜上所述，本發(fā)明通過優(yōu)化制取氫氣裝置的結構，使得產(chǎn)氫和產(chǎn)氧(或二氧化碳)兩種反應交替進行，相比于傳統(tǒng)的單一熱化學循環(huán)，氣體反應物轉化率大大提高。此外，將質子導體反應腔和氧(碳酸根)離子導體反應腔連接成環(huán)形，并將抽氫真空管道和抽氧(二氧化碳)真空管道設置在環(huán)形的內側或外側，大大提高了集熱器反應室的空間利用率，減小了制氫裝置的體積，實用性較強，具有廣闊的應用前景。
[0086]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種交替式制取氫氣的裝置，其特征在于，包括:反應器； 該反應器包括: 交替設置并通過管道連接的若干個質子導體反應腔(3)和第二離子導體反應腔； 與多個質子導體反應腔(3)的氫氣出口相連通的抽氫真空管道(7);以及 與多個第二離子導體反應腔(4)的第二氣體出口相連通的抽第二氣體真空管道； 其中，質子導體反應腔(3)內部具有質子導體催化劑(5)，所述第二離子導體反應腔內具有能與第二氣體結合的第二離子導體催化劑;首個反應腔的一側設置反應氣入口；末個反應腔的一側設置反應氣出口。2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述交替設置并通過管道連接的若干個質子導體反應腔(3)和第二離子導體反應腔圍成第一環(huán)形； 所述抽氫真空管道(7)和抽第二氣體真空管道呈環(huán)形，設置于所述第一環(huán)形的外側或內側。3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 集熱器，其內部形成集熱器反應室(13); 其中，所述反應器被設置于該集熱器反應室(13)內，所述集熱器為所述反應器內的反應提供所需要的反應溫度； 其中，所述反應氣入口、反應氣出口通過管道穿過所述集熱器的外壁伸出至所述集熱器的外部;所述抽氫真空管道(7)和抽第二氣體真空管道穿過所述集熱器的外壁伸出至所述集熱器的外部，并連接至相應真空栗。4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述集熱器由太陽能、核能、化石能源或工業(yè)廢熱提供熱量，所述反應溫度介于800 0C?2000 0C之間。5.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述集熱器呈單側開口的筒狀，在集熱器開口( 11)處的內側設置有復合拋物面聚光器(12); 其中，太陽光通過集熱器開口(11)進入集熱器，經(jīng)過復合拋物面聚光器(12)聚光后進入集熱器反應室(13)并使該集熱器反應室(13)內溫度維持在反應溫度以上。6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述質子導體反應腔(3)內的氫分壓低于反應氣在工作溫度下發(fā)生反應達到熱平衡時的氫分壓； 所述第二離子導體反應腔內第二氣體的分壓低于反應氣在工作溫度下發(fā)生反應達到熱平衡時的第二氣體分壓； 其中，反應氣由反應氣入口進入，依次經(jīng)過質子導體反應腔(3)和第二離子導體反應腔(4);在質子導體反應腔(3)內，反應氣反應生成的氫氣被質子導體催化劑吸收，在第二離子導體反應腔，反應氣反應生成的第二產(chǎn)物被第二離子導體催化劑吸收;最后由反應氣出口排出。7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述質子導體反應腔(3)內的氫分壓低于0.1atm;所述第二離子導體反應腔內第二氣體的分壓低于0.latm。8.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于: 所述質子導體反應腔(3)通過以下方式中的一種或多種來獲得所需氫分壓:(a)所述質子導體反應腔內通入氧化性氣體；(b)所述質子導體反應腔放入能夠與氫氣結合、能夠吸附氫氣或能夠去除氫氣的物質；(C)連接真空栗抽真空；(d)通入惰性氣體;和/或 所述第二離子導體反應腔(4)通過以下方式中的一種或多種來獲得所需的第二氣體分壓:(a)所述第二離子導體反應腔內通入還原性氣體；(b)所述第二離子導體反應腔內放入能夠與第二氣體結合、能夠吸附第二氣體或能夠去除第二氣體的物質；(C)連接真空栗抽真空；(d)通入惰性氣體。9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的裝置，其特征在于: 所述反應氣為水蒸氣，所述第二離子導體反應腔為氧離子導體反應腔(4)，所述第二氣體為氧氣，所述第二離子導體催化劑為氧離子導體催化劑(6);或 所述反應氣為甲烷和水蒸氣的混合氣，所述第二離子導體反應腔為碳酸根離子導體反應腔，所述第二氣體為二氧化碳，所述第二離子導體催化劑為碳酸根離子導體催化劑。10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述反應氣為水蒸氣，所述第二離子導體反應腔為氧離子導體反應腔(4)，所述第二氣體為氧氣，所述第二離子導體催化劑為氧離子導體催化劑(6)，其中: 所述質子導體催化劑選自于以下材料中的一種:Bas-xKxHx (P04) 2，其中 O < X < 3;和SrZr0.95Y0.05O3—X，其中O < X < 3； 所述氧離子導體催化劑材料選自于以下材料中的一種: BaxSr1-xCoyFe1-y03-s，其中:0<x< l，0<y< 1，0<δ<3;CeO2; La1-xSrxCo1-yFey03-5，其中 0<χ<1，0<δ<3。11.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述反應氣為甲烷和水蒸氣的混合氣，所述第二離子導體反應腔為碳酸根離子導體反應腔，所述第二氣體為二氧化碳，所述第二離子導體催化劑為碳酸根離子導體催化劑，其中: 所述質子導體催化劑選自于以下材料中的一種:Bas-xKxHx (PO4) 2，其中 O < X < 3;和SrZr0.95Y0.05O3—X，其中O < X < 3； 所述碳酸根離子導體催化劑材料選自于以下材料中的一種: 摻雜恪融碳酸鹽(molten carbonate)的Lai—xSrxCoi—yFey03-s，其中O < x < I，0 < δ<3； 摻雜Y2O3和熔融碳酸鹽的ZrO2; 摻雜Gd2O3和熔融碳酸鹽的CeO2。12.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述質子導體反應腔(3)和第二離子導體反應腔的數(shù)目大于等于2個，兩者的剖面形狀為圓形、方形、三角形或梯形。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種交替式制取氫氣的裝置。該裝置包括：反應器。該反應器包括：交替設置并通過管道連接的若干個質子導體反應腔和第二離子導體反應腔；與多個質子導體反應腔的氫氣出口相連通的抽氫真空管道；以及與多個第二離子導體反應腔的第二氣體出口相連通的抽第二氣體真空管道。其中，質子導體反應腔內部具有質子導體催化劑，第二離子導體反應腔內具有能與第二氣體結合的第二離子導體催化劑；首個反應腔的一側設置反應氣入口；末個反應腔的一側設置反應氣出口。本發(fā)明中，若反應腔數(shù)量足夠多，反應物質可以完全反應；并且，高溫水蒸氣被不斷分解或甲烷濕重整不斷進行，減少了流出系統(tǒng)的高溫未反應原料氣的熱損耗，具有更高的熱效率。
【IPC分類】C01B31/20, C01B3/40, C01B13/02, C01B3/04
【公開號】CN105584990
【申請?zhí)枴緾N201610112338
【發(fā)明人】郝勇, 王宏圣
【申請人】中國科學院工程熱物理研究所
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年2月29日