CN109941964A - 一种便携式制氢装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及制氢装置技术领域，特别是涉及一种便携式制氢装置及使用方法，该装置包括储水罐，其为弹性材质；入水口，设置在储水罐的顶部，用于水进入储水罐；第一旋盖，可拆卸地安装于入水口；出水口，其设置于储水罐的侧面下部，用于水流出；反应罐，其内部装有混合物；进水口，设置于反应罐的侧面上部，用于水进入反应罐，以使得水与混合物接触产生反应生成氢气；出气口，设置在反应罐的顶部；第二旋盖，可拆卸地安装在出气口，第二旋盖的中部具有通孔；和导管，导管的下端与通孔连通；其中，导管的上端具有开口，以使得氢气自出气口、通孔、导管、开口排出。结构简单，携带使用安全方便。
Description
技术领域
本申请涉及制氢装置技术领域，特别是涉及便携式制氢装置及使用方法。
背景技术
氢燃料电池是将储存于氢气中的化学能直接转化为电能的装置，具有能量密度大、工作效率高、结构简单、启动温度低、安静无噪音、清洁环保等优点，是汽车、通信基站、移动式电站、无人机、军用装备和其他便携式电子设备等装置电源的理想选择。在过去几十年中，氢燃料电池技术取得了重大突破，电池的寿命、体积和重量比功率密度等得到了显著提高。但是传统的制氢、储氢、加氢设施基础昂贵，严重阻碍了氢燃料电池在上述领域的规模化应用进程。
在气象探测等技术领域，通常采用氢气球将观测设备送到预定高度的空域，以便仪器探测和采集数据。
硼氢化钠水解制氢是一种实用性很强的现场制氢技术，其制氢基本原理是硼氢化钠水溶液在铂、钯、钌、镍、钴等金属或无机酸、有机酸等催化剂的作用下，发生水解反应，产生氢气和偏硼酸钠，并释放一定热量(焓变为-217kJ/mol)，其制氢化学反应式如下：
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2
硼氢化钠水解制氢具有很多优点，如：储氢密度高、原料价格低廉；产物环境友好、无尾气排放；储存、运输、使用安全方便；制备的氢气纯度高、制氢响应速度快、非常适合与燃料电池匹配等。基于硼氢化钠水解制氢技术的上述优点，许多研究人员开发了基于该技术的制氢反应装置，现有硼氢化钠水解供氢装置，以硼氢化钠的强碱性水溶液为原料，采用泡沫Co、Mo-Co合金、泡沫Ni载Co、载Ru等过渡金属盐作为催化剂，具有产氢速率快等特点。
但是现有硼氢化钠水解制氢装置造型笨重、结构比较复杂、携带不够便捷。此外，硼氢化钠水解制氢装置利用硼氢化钠水和固体酸水制氢，携带硼氢化钠水和固体酸水比较麻烦。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
根据本申请的第一方面，提供了一种便携式制氢装置，包括：储水罐，其为弹性材质；
入水口，设置在所述储水罐的顶部，用于水进入所述储水罐；
第一旋盖，可拆卸地安装于所述入水口；
出水口，其设置于所述储水罐的侧面下部，用于所述水流出；
反应罐，其内部装有混合物；
进水口，设置于所述反应罐的侧面上部，用于所述水进入所述反应罐，以使得所述水与所述混合物接触产生反应生成氢气；
出气口，设置在所述反应罐的顶部；
第二旋盖，可拆卸地安装在所述出气口，所述第二旋盖的中部具有通孔；和
导管，所述导管的下端与所述通孔连通；
其中，所述导管的上端具有开口，以使得所述氢气自所述出气口、所述通孔、所述导管、所述开口排出。
可选地，在所述出水口安装有第一硬质接头管，在所述进水口安装有第二硬质接头管，所述第一硬质接头管和所述第二硬质接头管通过柔性管连接，用于所述水流入所述反应罐。
可选地，在所述第一硬质接头管安装有第一截止阀，用于控制所述水流入所述柔性管。
可选地，在所述导管的中部安装有第二截止阀，用于控制所述氢气和空气排出。
可选地，在所述导管的下部安装有压力表，用于监测所述反应罐的压力。
可选地，所述第一旋盖和所述第二旋盖的外表面均设有防滑螺纹。
可选地，所述混合物包括硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物，其重量比例为：10：1～10000:1。
可选地，所述混合物包括硼氢化钠固体粉末和所述固体酸粉末的混合物，其重量比例为：1000：1。
可选地，所述固体酸粉末包括：硼酸、硅酸、苯磺酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、戊二酸中的一种或多种。
根据本申请的第二方面，提供了一种便携式制氢装置的使用方法，应用于第一方面的便携式制氢装置，该方法包括以下步骤：
加水步骤：打开入水口的第一旋盖，将水加入储水罐，再扣合所述第一旋盖；
混合步骤：将硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末物按照重量比例为：10：1～10000:1进行调配，形成混合物；
加装步骤：打开出气口的第二旋盖，将所述混合物放入反应罐，再扣合所述第二旋盖；
压水步骤：打开第一截止阀，手动挤压所述储水罐促使所述水自出水口、柔性管、进水口进入所述反应罐；
反应步骤：所述混合物与所述水接触产生反应生成氢气；
排气步骤：所述氢气连续产生5-30秒，所述反应罐中的空气自导管的开口排出，将第二截止阀关闭；
供氢步骤：观察压力表的读数，待压力升至0.01～0.2MPa后，打开所述第二截止阀，所述氢气通过所述导气管和所述开口向外供应所述氢气；
调节步骤：调节所述第二截止阀的开度以调节对外供应所述氢气的流量和压力，同时，通过调节所述第二截止阀控制所述水的量来控制制氢的速率。
可选地，所述压力升至0.1MPa后，打开所述第二截止阀。
可选地，所述氢气连续产生20秒。
本申请的便携式制氢装置，通过在弹性材质的储水罐的顶部设置入水口，水进入储水罐，第一旋盖可拆卸地安装于入水口，出水口设置于储水罐的侧面下部，反应罐的内部装有混合物，进水口设置于反应罐的侧面上部，使水进入反应罐，水与混合物接触产生反应生成氢气，出气口设置在反应罐的顶部，第二旋盖可拆卸地安装在出气口，第二旋盖的中部具有通孔，导管的下端与通孔连通，在导管的上端具有开口，使得氢气自出气口、通孔、导管、开口排出，因此，结构简单，携带使用安全方便。
进一步地，本申请的便携式制氢装置，制氢效率高、产氢速度快、成本低廉、操作便捷。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的便携式制氢装置的示意性主视图；
图2是根据本申请一个实施例的便携式制氢装置的使用方法的流程图。
图中标记：
1、第一旋盖；2、储水罐；3、第一截止阀；4、第一硬质接头管；5、柔性管；6、第二硬质接头管；7、反应罐；8、第二旋盖；9、压力表；10、导管；11、第二截止阀；12、入水口；13、出水口；14、水；15、混合物；16、进水口；17、出气口；18、开口。
具体实施方式
本申请的第一方面，图1是根据本申请一个实施例的便携式制氢装置的示意性主视图。便携式制氢装置一般性地可包括储水罐2、反应罐7和柔性管5，储水罐2和反应罐7通过柔性管5连通，储水罐2内部储有水14，反应罐7的内部储有混合物15，在反应罐7的顶部设有出气口17。水14通过柔性管5进入反应罐7与混合物15接触产生反应生成氢气，氢气通过出气口17排出使用，本装置结构简单，携带使用安全方便。
在该实施例中，可选地，储水罐2为弹性材质，这样便于手挤压储水罐2，水14可以进入柔性管5至反应罐7的内部，操作便捷。可选地，储水罐2为常见的储存罐形状，在储水罐2的顶面加工有入水口12，水14进入储水罐12蓄水便快捷。第一旋盖1通过螺纹可拆卸地安装于入水口12，加水方便，第一旋盖1外表面设有防滑螺纹，反应罐7为常见的储存罐形状。
如图1所示，在该实施例中，可选地，在储水罐2的侧面下部开有出水口13，使水14流出，在反应罐7的侧面上部开有进水口16，用于水14进入反应罐7。第二旋盖8通过螺纹可拆卸地安装在出气口17，第二旋盖8的中部具有通孔(图中未示出)，导管10的下端与通孔连通，导管10的上端具有开口18，使氢气自出气口17、通孔、导管10、开口18排出，排氢气方便快捷。可选地，导管10为较硬的塑料管，长度适使用情况而定，第二旋盖8的外表面设有防滑螺纹。
如图1所示，在该实施例中，可选地，在出水口13安装有第一硬质接头管4，其材质为塑料，在进水口16安装有第二硬质接头管6，其材质为塑料，第一硬质接头管4和第二硬质接头管6通过柔性管5连接，用于水14流入反应罐7。
如图1所示，在该实施例中，为实现出水、排空气和排氢气，可选地，在第一硬质接头管4安装有第一截止阀3，用于控制水14流入柔性管5。在导管10的中部安装有第二截止阀11，控制氢气的开关和供气压力和供气流量。
如图1所示，在该实施例中，为实现压力监测，可选地，在导管10的下部安装有压力表9，用于监测反应罐7的压力。可选地，压力表9、导管10和第二截止阀11连接为一体，便于安装，使用。
如图1所示，在该实施例中，混合物15包括硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物，其重量比例为：10：1～10000:1，可选地，重量比例为：1000：1或1500：1或2000：1或3000：1或4000：1或5000：1或6000：1或7000：1或8000：1或9000：1，固体酸粉末包括：硼酸、硅酸、苯磺酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、戊二酸中的一种或多种，硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末携带方便。
本申请的便携式制氢装置具有原料获取简便、装置结构简单、制氢效率高、产氢速度快、成本低廉、携带使用安全方便等特点。
本申请的第二方面，图2是根据本申请一个实施例的便携式制氢装置的使用方法的流程图。便携式制氢装置的使用方法，应用于本申请的第一方面的便携式制氢装置，该方法包括以下步骤：
S10、加水步骤：打开入水口的第一旋盖，将水加入储水罐，再扣合第一旋盖。
S20、混合步骤：将硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末物按照重量比例为：10：1～10000:1进行调配，形成混合物；可选地，1800：1或2500：1或3500：1或4500：1或5500：1或6500：1或7500：1或8500：1或9500：1。
S30、加装步骤：打开出气口的第二旋盖，将混合物放入反应罐，再扣合第二旋盖。
S40、压水步骤：打开第一截止阀，手动挤压储水罐促使水自出水口、柔性管、进水口进入反应罐。
S50、反应步骤：混合物与水接触产生反应生成氢气。
S60、排气步骤：氢气连续产生5-30秒，反应罐中的空气自导管的开口排出，将第二截止阀关闭。可选地，氢气连续产生20秒。
S70、供氢步骤：观察压力表的读数，待压力升至0.01～0.2MPa后，打开第二截止阀，氢气通过导气管和开口向外供应氢气。可选地，压力升至0.1MPa后，打开第二截止阀。
S80、调节步骤：调节第二截止阀的开度以调节对外供应氢气的流量和压力，同时，通过调节第二截止阀控制水的量来控制制氢的速率。
本申请的便携式制氢装置的使用方法操作简单、制氢反应启动迅速、运行可靠性高、无需外加能量就可实现氢气的即制即用等。
更具体地，参见图1所示：
便携式制氢装置，包括带螺纹的第一旋盖1、第一截止阀3、第一硬质接头管4、储水罐2、柔性管5、第二硬质接头管6、带螺纹的第二旋盖8、压力表9、导气管10、第二截止阀11和反应罐7，反应罐7中装有硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物。第一截止阀3与第一硬质接头管4连通，控制原料水的开关和供给量。压力表9、导气管10、第二截止阀11连接为一体，安装于第二8的顶部，控制氢气的开关和供气压力和供气流量，柔性管5的一端与第一硬质接头管4连接，另一端与第二硬质接头管6连接，储水罐2中的水14通过柔性管5输送至反应罐7。
储水罐2的材质为橡胶等弹性材质，使用时储水罐2中装入水14，储水罐2可以通过外力挤压作用产生形变，外力卸去后可以恢复形变。柔性管5为金属软管或塑料软管或橡胶软管，柔性管5与第一硬质接头管4、第二硬质接头管6连接，连接方式为螺纹连接或快插连接。硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物，该固体酸为硼酸、硅酸、苯磺酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、戊二酸中的一种或几种。硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的重量比例为10：1～10000:1。
柔性管5还可以是金属软管，该柔性管5的连接方式为螺纹连接，硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物中，该固体酸为硼酸、苯磺酸的混合物。硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的重量比例为10：1。可选地，硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物中，固体酸为乳酸，硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的重量比例为500：1。
具体操作时：
A、组装制氢装置：柔性管5的一端连接第一硬质接头管4，另一端连接第二硬质接头管6，把储水罐2和反应罐7连接为一个整体，然后关闭第一截止阀3和第二截止阀6。
B、装填反应原料：打开储水罐2的第一旋盖1，向储水罐2里面加入河水、湖水、海水、自来水、饮用水等可以获取的水源中的一种或多种的混合物，拧紧第一旋盖1。打开反应罐7上的第二旋盖8，向里面加入按比例混合好的硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物，拧紧第二旋盖8，第二截止阀11保持打开状态。
C、制取氢气：开启第一截止阀3，通过外力挤压作用，将储水罐2中的水经柔性管5进入反应罐7，水14和反应罐4中硼氢化钠固体粉末接触后，在固体酸的催化作用下，快速释放出氢气。
D、对外供氢：氢气连续产生30秒，吹除反应罐7中的空气后，关闭第二截止阀11，观察压力表9的读数，待压力升至预定压力0.2MPa后，打开第二截止阀11，通过导气管10向外供应氢气；调节第二截止阀11的开度以调节对外供应氢气的流量和压力。同时，可以通过第二截止阀11调节进入反应罐7的水量来控制制氢速率。可选地，氢气连续产生5秒，观察压力表9的读数，待压力升至预定压力0.01MPa后，打开第二截止阀11，通过导气管10向外供应氢气。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种便携式制氢装置，包括：
储水罐(2)，其为弹性材质；
入水口(12)，设置在所述储水罐(2)的顶部，用于水(14)进入所述储水罐(12)；
第一旋盖(1)，可拆卸地安装于所述入水口(12)；
出水口(13)，其设置于所述储水罐(2)的侧面下部，用于所述水(14)流出；
反应罐(7)，其内部装有混合物(15)；
进水口(16)，设置于所述反应罐(7)的侧面上部，用于所述水(14)进入所述反应罐(7)，以使得所述水(14)与所述混合物(15)接触产生反应生成氢气；
出气口(17)，设置在所述反应罐(7)的顶部；
第二旋盖(8)，可拆卸地安装在所述出气口(17)，所述第二旋盖(8)的中部具有通孔；和
导管(10)，所述导管(10)的下端与所述通孔连通；
其中，所述导管(10)的上端具有开口(18)，以使得所述氢气自所述出气口(17)、所述通孔、所述导管(10)、所述开口(18)排出。
2.根据权利要求1所述的便携式制氢装置，其特征在于：
在所述出水口(13)安装有第一硬质接头管(4)，在所述进水口(16)安装有第二硬质接头管(6)，所述第一硬质接头管(4)和所述第二硬质接头管(6)通过柔性管(5)连接，用于所述水(14)流入所述反应罐(7)。
3.根据权利要求2所述的便携式制氢装置，其特征在于：
在所述第一硬质接头管(4)安装有第一截止阀(3)，用于控制所述水(14)流入所述柔性管(5)。
4.根据权利要求1所述的便携式制氢装置，其特征在于：
在所述导管(10)的中部安装有第二截止阀(11)，用于控制所述氢气和空气排出。
5.根据权利要求1或4所述的便携式制氢装置，其特征在于：
在所述导管(10)的下部安装有压力表(9)，用于监测所述反应罐(7)的压力。
6.根据权利要求1所述的便携式制氢装置，其特征在于：
所述第一旋盖(1)和所述第二旋盖(8)的外表面均设有防滑螺纹。
7.根据权利要求1所述的便携式制氢装置，其特征在于：
所述混合物(15)包括硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末的混合物，其重量比例为：10：1～10000:1。
8.根据权利要求7所述的便携式制氢装置，其特征在于：
所述固体酸粉末包括：硼酸、硅酸、苯磺酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、戊二酸中的一种或多种。
9.一种便携式制氢装置的使用方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的便携式制氢装置，该方法包括以下步骤：
加水步骤：打开入水口的第一旋盖，将水加入储水罐，再扣合所述第一旋盖；
混合步骤：将硼氢化钠固体粉末和固体酸粉末物按照重量比例为：10：1～10000:1进行调配，形成混合物；
加装步骤：打开出气口的第二旋盖，将所述混合物放入反应罐，再扣合所述第二旋盖；
压水步骤：打开第一截止阀，手动挤压所述储水罐促使所述水自出水口、柔性管、进水口进入所述反应罐；
反应步骤：所述混合物与所述水接触产生反应生成氢气；
排气步骤：所述氢气连续产生5-30秒，所述反应罐中的空气自导管的开口排出，将第二截止阀关闭；
供氢步骤：观察压力表的读数，待压力升至0.01～0.2MPa后，打开所述第二截止阀，所述氢气通过所述导气管和所述开口向外供应所述氢气；
调节步骤：调节所述第二截止阀的开度以调节对外供应所述氢气的流量和压力，同时，通过调节所述第二截止阀控制所述水的量来控制制氢的速率。
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