CN212712733U - 一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，属于水解制氢技术领域。该装置包括：料仓、下料机构、反应仓和水箱，下料机构包括驱动机、内部中空且具有第一开口和第二开口的机构壳体及分别用于密封第一开口和第二开口的第一密封件和第二密封件，料仓的出料口与机构壳体的内部连通，机构壳体设置有第二开口的一端伸入反应仓内，驱动机与第一密封件连接，驱动第一密封件推动水解制氢材料朝向第二开口运动，并推动第二密封件打开第二开口，以使水解制氢材料定量投入反应仓内，在第二开口还设置有复位件，复位件用于对离开第二开口的第二密封件进行复位，水箱的底部出液口与反应仓侧壁上的进液口连通。本申请能够有效增强制氢过程的可控性。

Description

一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置

技术领域

本实用新型涉及水解制氢技术领域，具体而言，涉及一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置。

背景技术

氢能源作为一种高效、节能、环保的清洁能源，在交通运输、航空航天均得到广泛应用，氢气能源具有储能密度高，燃烧充分，热值高，燃烧产物无任何污染等优点。

以氢气为燃烧介质的燃料电池转化率非常高，目前已经能达到70％，远高于目前市场上最好的内燃机，燃料电池同时兼有比功率高，寿命长等优点。相比较市场上的化学电池，其更具有不可比拟的优势。

传统的氢能源产业链主要将制氢工厂产生的氢气通过储氢罐储存和运输至加氢站，用氢设备通过加氢站获取所需的氢气来制作燃料电池，但是，传统氢能源产业链存在设备成本高，氢气浓度低，安全性差等缺点，为了克服传统氢能源产业链存在的缺点，现有技术公开了一些制氢装置，用氢设备能够直接通过制氢装置获取所需的氢气，但是，现有的制氢装置的制氢过程的可控性差，从而导致制氢过程的危险性高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，该装置制氢过程的可控性强。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，包括：料仓、下料机构、反应仓和水箱，料仓用于放置水解制氢材料，下料机构包括驱动机、内部中空且具有第一开口和第二开口的机构壳体以及分别用于密封第一开口和第二开口的第一密封件和第二密封件，料仓的出料口与机构壳体的内部连通，机构壳体设置有第二开口的一端伸入反应仓内，驱动机与第一密封件连接，驱动第一密封件推动水解制氢材料朝向第二开口运动，并推动第二密封件打开第二开口，以使水解制氢材料投入反应仓内，在第二开口还设置有复位件，复位件用于对离开第二开口的第二密封件进行复位，水箱的底部出液口与反应仓侧壁上的进液口连通，以使水箱中的反应液进入反应仓，水解制氢材料与反应液反应制取氢气。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置还包括与驱动机电连接的控制器以及与控制器电连接的压力传感器，压力传感器设置在反应仓的侧壁上，控制器根据压力传感器采集的压力数据控制驱动机驱动。

可选地，伸入反应仓的下料机构位于反应液的液面以下，下料机构还包括与第二开口连通的下料管腔，下料管腔的延伸方向与驱动机的驱动方向呈夹角设置。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置还包括设置在反应仓内的散热管，散热管的一端与设置在反应仓外部的散热器连接、另一端通过循环水泵与水箱连接。

可选地，散热管呈螺旋状设置。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置还包括与反应仓的底部出口连接的回收仓，回收仓包括仓体本体和设置在仓体本体的入口且与控制器电连接的旋转阀，旋转阀用于对反应后的物料进行输送至仓体本体内。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置还包括与仓体本体的侧壁通气口连通的三通阀和与反应仓侧壁上的辅助口连通的单向阀，三通阀与单向阀连通，用以将仓体本体内的氢气通入反应仓内。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置还包括与控制器电连接的开关阀，开关阀设置在底部出口，或者，开关阀设置在回收仓的入口处。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置还包括与反应仓的氢气出口依次连通的冷凝器和缓冲罐，缓冲罐用于与用氢设备连接。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，该产氢装置包括料仓、下料机构、反应仓和水箱，料仓用于放置水解制氢材料，通过下料机构能够定量向反应仓投入水解制氢材料，通过控制水解制氢材料投入反应仓的量从而实现控制氢气的量。具体地，下料机构包括驱动机、内部中空且具有第一开口和第二开口的机构壳体以及分别用于密封第一开口和第二开口的第一密封件和第二密封件，料仓的出料口与机构壳体的内部连通，以使料仓中的水解制氢材料进入下料机构中，机构壳体设置有第二开口的一端伸入反应仓内，以使水解制氢材料通过第二开口进入反应仓中，与反应仓中的反应液反应制取氢气，具体地，通过驱动机与第一密封件连接，驱动第一密封件推动水解制氢材料朝向第二开口运动，并推动第二密封件打开第二开口，以使水解制氢材料投入反应仓内，在第二开口还设置有复位件，复位件用于对离开第二开口的第二密封件进行复位，以使水解制氢材料进入反应仓后，复位件推动第二密封件密封第二开口。水箱的底部出液口与反应仓侧壁上的进液口连通，以使水箱中的反应液进入反应仓，水解制氢材料与反应液反应制取氢气。因此，该装置制氢过程的可控性强，能够有效降低制氢的危险性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置的结构示意图；

图2为图1中A的局部放大图。

图标：100-基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置；110- 料仓；111-出料口；120-下料机构；121-驱动机；122-机构壳体； 1221-第一开口；1222-第一密封件；1223-第二开口；1224-第二密封件；1225-复位件；123-下料管腔；130-反应仓；131-散热管； 1311-散热器；1312-循环水泵；132-压力传感器；133-进液口；134-底部出口；135-开关阀；136-单向阀；140-水箱；141-底部出液口；150-回收仓；151-旋转阀；152-三通阀；160-冷凝器； 170-缓冲罐；200-用氢设备。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以氢气为燃烧介质的燃料电池转化率非常高，目前已经能达到70％，远高于目前市场上最好的内燃机，燃料电池同时兼有比功率高，寿命长等优点。相比较市场上的化学电池，其更具有不可比拟的优势。传统的氢能源产业链主要将制氢工厂产生的氢气通过储氢罐储存和运输至加氢站，用氢设备200通过加氢站获取所需的氢气来制作燃料电池，但是，传统氢能源产业链存在设备成本高，氢气浓度低，安全性差等缺点，为了克服传统氢能源产业链存在的缺点，现有技术公开了一些制氢装置，用氢设备200能够直接通过制氢装置获取所需的氢气，但是，现有的制氢装置的结构复杂，制氢过程的可控性差，危险性高。为了解决上述问题提出了本申请以下是本申请的实施例。

图1为本实用新型提供的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100的结构示意图，图2为图1中A的局部放大图，请结合参照图1和图2，本实用新型实施例提供一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100，包括：料仓110、下料机构 120、反应仓130和水箱140，料仓110用于放置水解制氢材料，下料机构120包括驱动机121、内部中空且具有第一开口1221 和第二开口1223的机构壳体122以及分别用于密封第一开口1221和第二开口1223的第一密封件1222和第二密封件1224，料仓110的出料口111与机构壳体122的内部连通，机构壳体 122设置有第二开口1223的一端伸入反应仓130内，驱动机121 与第一密封件1222连接，驱动第一密封件1222推动水解制氢材料朝向第二开口1223运动，并推动第二密封件1224打开第二开口1223，以使水解制氢材料投入反应仓130内，在第二开口1223还设置有复位件1225，复位件1225用于对离开第二开口1223的第二密封件1224进行复位，水箱140的底部出液口 141与反应仓130侧壁上的进液口133连通，以使水箱140中的反应液进入反应仓130，水解制氢材料与反应液反应制取氢气。

料仓110用于储存用于制取氢气的水解制氢材料，并且料仓 110的出料口111与下料机构120中的机构壳体122连通以使料仓110中的水解制氢材料进入下料机构120中，且位于第一开口1221和第二开口1223之间，下料机构120中的驱动机121 推动密封第一开口1221的第一密封件1222，使得第一密封件 1222将位于第一开口1221和第二开口1223之间的水解制氢材料推向第二开口1223处，水解制氢材料在被推动的过程中，与密封第二开口1223的第二密封件1224接触，在第一密封件1222 继续推动的过程中，水解制氢材料将推动第二密封件1224，打开第二开口1223，以使水解制氢材料通过第二开口1223进入反应仓130，水解制氢材料将推动第二密封件1224，打开第二开口1223时，第二密封件1224挤压复位件1225，当水解制氢材料离开第二开口1223时，复位件1225推动第二密封件1224对第二开口1223密封，以使第二密封件1224完成复位，同时防止反应仓130中产生的氢气通过第二开口1223进入下料机构 120中。

固体水解制氢材料是指遇水反应产生氢气的活泼金属及其化合物和催化剂，示例地，固体水解制氢材料中的活泼金属包括Mg、Li、Al、Ca、Na、K等，化合物包括LiH、NaH、KH、MgH₂、AlH₃、CaH₂等。其中，活泼金属Al、Mg、Na等金属在地球上含量丰富，来源广泛，价格低廉，密度低，且反应过程不产生含碳和氮的有害物质，产物环境友好，活泼金属在催化剂的催化作用下与反应液反应，产生氢气，产生的氢气不仅产量大，而且纯度高；可选的，固体水解制氢材料为粉末状，如此可以增大固体水解制氢材料与反应液的接触面积，提高反应速率。

复位件1225可以是多种，例如，压缩弹簧，缓冲垫，橡胶垫等。

本实用新型实施例提供的一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100，该产氢装置包括料仓110、下料机构120、反应仓130和水箱140，料仓110用于放置水解制氢材料，通过下料机构120能够定量向反应仓130投入水解制氢材料，通过控制水解制氢材料投入反应仓130的量从而实现控制氢气的量。具体地，下料机构120包括驱动机121、内部中空且具有第一开口1221和第二开口1223的机构壳体122以及分别用于密封第一开口1221和第二开口1223的第一密封件1222和第二密封件 1224，料仓110的出料口111与机构壳体122的内部连通，以使料仓110中的水解制氢材料进入下料机构120中，机构壳体122 设置有第二开口1223的一端伸入反应仓130内，以使水解制氢材料通过第二开口1223进入反应仓130中，与反应仓130中的反应液反应制取氢气，具体地，通过驱动机121与第一密封件 1222连接，驱动第一密封件1222推动水解制氢材料朝向第二开口1223运动，并推动第二密封件1224打开第二开口1223，以使水解制氢材料定量投入反应仓130内，在第二开口1223还设置有复位件1225，复位件1225用于对离开第二开口1223的第二密封件1224进行复位，以使水解制氢材料进入反应仓130后，复位件1225推动第二密封件1224密封第二开口1223。水箱140 的底部出液口141与反应仓130侧壁上的进液口133连通，以使水箱140中的反应液进入反应仓130，水解制氢材料与反应液反应制取氢气。因此，该装置制氢过程的可控性强，能够有效降低制氢的危险性。

可选地，本实施例中的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100还包括与驱动机121电连接的控制器以及与控制器电连接的压力传感器132，压力传感器132设置在反应仓130的侧壁上，控制器根据压力传感器132采集的压力数据控制驱动机121驱动。

压力传感器132用于获取反应仓130中氢气的压力，当氢气的压力大于预设值时，说明用氢设备200所需的氢气量小于反应仓130产生的氢气量，此时，控制器控制驱动机121减缓驱动第一密封件1222的频次，以减少制取氢气的量；反之，当氢气的压力小于预设值时，说明用氢设备200所需的氢气量大于反应仓130产生的氢气量，此时，控制器控制驱动机121增加驱动第一密封件1222的频次，以加快制氢氢气的量。

可选地，伸入反应仓130的下料机构120位于反应液的液面以下，下料机构120还包括与第二开口1223连通的下料管腔 123，下料管腔123的延伸方向与驱动机121的驱动方向呈夹角设置。

当伸入反应仓130的下料机构120位于反应液的液面以下时，呈夹角设置的下料管腔123用于防止反应液进入第二开口 1223，以使该制氢装置更安全。夹角的范围在此不作限定，只要能够通过下料管腔123密封反应液即可。

进一步地，为了提高对氢气制取过程的控制效果。本实施例中基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100还包括设置在反应仓130内的散热管131，散热管131的一端与设置在反应仓130外部的散热器1311连接、另一端通过循环水泵1312与水箱140连接。

散热管131用于对反应仓130内部环境进行降温，包括对反应仓130上部的气体温度进行降温，也包括对底部的反应液进行降温。因此，氢气制取过程中会产生大量的热，从而使得反应液的温度升高，以加快水解制氢材料与反应液的反应速度，散热管131对反应液进行降温，能够进一步提高对氢气制取过程的控制效果。

进一步地，为了提高散热效果，本实施例中的散热管131 呈螺旋状设置。

螺旋状的散热管131能够增大散热管131的散热面积，有效提高散热管131的散热效果。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100还包括与反应仓130的底部出口134连接的回收仓150，回收仓 150包括仓体本体和设置在仓体本体的入口且与控制器电连接的旋转阀151，旋转阀151用于对反应后的物料进行输送至仓体本体内。

回收仓150用于对已反应的水解制氢材料进行回收。控制器控制旋转阀151以恒定的转速转动，例如，旋转阀151具有四个容纳腔，在旋转阀151转动的过程中，不同的容纳腔可与反应仓130底部出口134连通，以使反应仓130中的反应后的水解制氢材料进入该容纳腔内，即就是，旋转阀151没转动四分之一转，就能带出一部分已反应的水解制氢材料进入到回收仓150内。

可选地，反应仓130内还设置有检测水解制氢材料高度的第一高度传感器，第一高度传感器与控制器电连接，控制器根据第一高度传感器获取的水解制氢材料的高度，控制旋转阀151 的转速。即就是说，当第一高度传感器获取的高度数据大于预设数据时，控制器控制旋转阀151转速加快，反之，控制器控制旋转阀151转速减慢。

进一步地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100 还包括与仓体本体的侧壁通气口连通的三通阀152和与反应仓 130侧壁上的辅助口连通的单向阀136，三通阀152与单向阀136 连通，用以将仓体本体内的氢气通入反应仓130内。

设置三通阀152和单向阀136连通的目的是避免发生危险以及对回收仓150内的氢气进行回收和利用，已反应的水解制氢材料还是会缓慢的释放氢气，若是不设置三通阀152和单向阀136，当回收仓150中的氢气浓度较大时，易发生危险事故。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100还包括与控制器电连接的开关阀135，开关阀135设置在底部出口 134，或者，开关阀135设置在回收仓150的入口处。

开关阀135用于密封反应仓130的底部出口134，当回收仓 150中的已反应的水解制氢材料达到预设值时，需要将回收仓 150中的已反应的水解制氢材料清空，在需要清理回收仓150时，关闭开关阀135，将回收仓150整体从反应仓130的底部拆卸下来，便于回收仓150的清理和拆卸。

可选地，基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置100还包括与反应仓130的氢气出口依次连通的冷凝器160和缓冲罐170，缓冲罐170用于与用氢设备200连接。

冷凝器160用于对反应仓130输出的氢气进行冷却降温，缓冲罐170用于对冷却降温后的氢气进行压力平衡，已到达用氢设备200的用氢要求。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，包括：料仓、下料机构、反应仓和水箱，所述料仓用于放置水解制氢材料，所述下料机构包括驱动机、内部中空且具有第一开口和第二开口的机构壳体以及分别用于密封所述第一开口和所述第二开口的第一密封件和第二密封件，所述料仓的出料口与所述机构壳体的内部连通，所述机构壳体设置有所述第二开口的一端伸入所述反应仓内，所述驱动机与所述第一密封件连接，驱动所述第一密封件推动所述水解制氢材料朝向所述第二开口运动，并推动所述第二密封件打开所述第二开口，以使所述水解制氢材料投入所述反应仓内，在所述第二开口还设置有复位件，所述复位件用于对离开所述第二开口的所述第二密封件进行复位，所述水箱的底部出液口与所述反应仓侧壁上的进液口连通，以使所述水箱中的反应液进入所述反应仓，所述水解制氢材料与所述反应液反应制取氢气。

2.如权利要求1所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，还包括与所述驱动机电连接的控制器以及与所述控制器电连接的压力传感器，所述压力传感器设置在所述反应仓的侧壁上，所述控制器根据所述压力传感器采集的压力数据控制所述驱动机驱动。

3.如权利要求2所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，伸入所述反应仓的所述下料机构位于所述反应液的液面以下，所述下料机构还包括与所述第二开口连通的下料管腔，所述下料管腔的延伸方向与所述驱动机的驱动方向呈夹角设置。

4.如权利要求1所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，还包括设置在所述反应仓内的散热管，所述散热管的一端与设置在所述反应仓外部的散热器连接、另一端通过循环水泵与所述水箱连接。

5.如权利要求4所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，所述散热管呈螺旋状设置。

6.如权利要求2所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，还包括与所述反应仓的底部出口连接的回收仓，所述回收仓包括仓体本体和设置在所述仓体本体的入口且与所述控制器电连接的旋转阀，所述旋转阀用于对反应后的物料进行输送至所述仓体本体内。

7.如权利要求6所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，还包括与所述仓体本体的侧壁通气口连通的三通阀和与所述反应仓侧壁上的辅助口连通的单向阀，所述三通阀与所述单向阀连通，用以将所述仓体本体内的氢气通入所述反应仓内。

8.如权利要求6所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，还包括设置在所述底部出口的开关阀，所述开关阀与所述控制器电连接。

9.如权利要求1所述的基于单活塞密封进料机构的连续产氢装置，其特征在于，还包括与所述反应仓的氢气出口依次连通的冷凝器和缓冲罐，所述缓冲罐用于与用氢设备连接。

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