專利名稱：一種硼氫化物制氫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種硼氫化物制氫系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種氫氣制備系統(tǒng)，具體地講是涉及一種硼氫化物制氫系統(tǒng)。
技術(shù)背景氫是一種清潔燃料，因?yàn)槠淇梢栽跉錃庀难b置例如燃料電池或者內(nèi)燃機(jī)中與氧氣反應(yīng) 產(chǎn)生能量和水，在反應(yīng)中沒有其它副產(chǎn)物，因此，使用氫作為燃料有效的解決了使用石油燃 料時伴隨的環(huán)境問題。但是，如何安全、有效的存儲氫氣一直是技術(shù)人員在努力解決的問題 ，許多氫載體包括烴、金屬氫化物和化學(xué)氫化物都被視為氫儲存和供應(yīng)系統(tǒng)，例如堿金屬氫 化物、堿金屬鋁氫化物和堿金屬硼氫化物。其中硼氫化物是一種高儲氫含量的材料，既能催 化水解釋放氫氣作為高容量、高純氫源材料，又可直接通過電化學(xué)方式作為高容量負(fù)極材料 ，在典型的多相催化體系中，硼氫化鈉和水產(chǎn)生氫氣和硼酸鹽的化學(xué)計量反應(yīng)可以用下面的 化學(xué)反應(yīng)表示NaBH4 + 2H2(:)靴^ ; —V。船2 + 4孖2但硼氫化鈉極易水解，即使在常溫下，硼氫化鈉溶液也會很快水解掉一半。因此，為了 使硼氫化鈉能夠在現(xiàn)實(shí)生活中得到應(yīng)用，平時必須將其保持在強(qiáng)堿性溶液中。其余的硼氫化物也都必須保持在強(qiáng)堿性溶液中。硼氫化鈉水解是一個放熱反應(yīng)，每產(chǎn)生lmolH2放出75kJ熱 量，從而使得反應(yīng)液的溫度升高。在較高的溫度下，生成的氫氣會將溶液中的堿液帶出。如 果不除掉氫氣中的堿性雜質(zhì)，則會對燃料電池的電堆造成損害，縮短了電堆的使用壽命。特定功率的燃料電池需要特定流量的氫氣，因此利用硼氫化物制備氫氣時，則要求硼氫 化物有穩(wěn)定的流量。對于小型、小功率用氫設(shè)備，不僅需要穩(wěn)定的氫氣流量，還需要供氫設(shè) 備體積緊湊，操作簡單。公開號為CN 1798698的專利公開了一種氫氣產(chǎn)生器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于存儲燃料溶液 和排出產(chǎn)物的體積交換系統(tǒng)和氫氣過濾系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中使用了節(jié)流閥手動或者自動調(diào)節(jié)產(chǎn) 生氫氣的反應(yīng)。但是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量產(chǎn)生氫氣使得裝置復(fù)雜，而且不容易使氫氣生成速 率保持恒定。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種體積緊湊、操作簡單、供氫速度穩(wěn)定的、氫氣 純凈的硼氫化物供氫系統(tǒng)。3為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的發(fā)明人在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的研究和創(chuàng) 造性的勞動，研制出了一種硼氫化物供氫系統(tǒng)，包括原料液儲存裝置、反應(yīng)裝置，所述原料 液儲存裝置的出液口與反應(yīng)裝置相連；所述反應(yīng)裝置由相互連通的反應(yīng)室和廢液罐組成，反 應(yīng)室設(shè)于廢液罐上部；所述反應(yīng)室上端設(shè)有氣體出口。
所述原料液儲存裝置包括外殼、彈性液囊、滑桿和與滑桿相適配的滑桿套；所述彈性液 囊的兩端分別通過密封固件固定于滑桿自由端和滑桿套上；所述滑桿套為中空結(jié)構(gòu)，其一端 固定于外殼上，另一端為自由端，所述滑桿從滑桿套的自由端插進(jìn)；所述外殼上設(shè)有的注液 口和出液口與滑桿套和外殼間形成的空腔相連通；所述出液口通過流量調(diào)節(jié)閥與反應(yīng)室相連 ，所述廢液罐底部設(shè)有廢液出口。
所述的硼氫化物制氫系統(tǒng)還包括通過管道與所述反應(yīng)室上端的氣體出口相連的凈化裝置 ，所述凈化裝置的上部設(shè)有氣體出口。
所述凈化裝置由氣液分離器和凈化室組成，所述氣液分離器的氣體進(jìn)口與所述反應(yīng)室上 段的氣體出口通過導(dǎo)管相連，氣液分離器的氣體出口通過導(dǎo)管與凈化室相連，凈化室的頂部 設(shè)有氫氣出口 。凈化室內(nèi)裝有吸附材料或酸性溶液。
所述廢液罐頂部設(shè)有開口通過導(dǎo)管與原料液儲存裝置的外殼內(nèi)部相連通。
所述反應(yīng)室呈細(xì)長狀設(shè)于扁寬型的廢液罐的一端，二者相互連通，整體呈"L"型；所 述原料液儲存裝置設(shè)于廢液罐上方，反應(yīng)室與廢液罐所夾的空間內(nèi)。
所述的硼氫化物為硼氫化物鹽(M(BH4)n)、三硼氫化物鹽(MB3Hs)、十氫十硼酸鹽( M2Bk)Hkj)、十三氫十硼酸鹽(MB1()H13)、十二氫十二硼酸鹽(M2B12H12)、十八氫二十硼酸 鹽(M2B2()H18)中的一種或幾種的混合物，其中，M為堿金屬、堿土金屬或鋁的陽離子中的一 種或者幾種的混合物。
催化劑固定于反應(yīng)罐內(nèi)，常用的催化劑為可以催化硼氫化物分解制氫的固定床催化劑， 例如固定床雷尼鎳、雷尼鈷、雷尼鎳鈷，負(fù)載微量貴金屬如鉑、釕、銠等的固定床雷尼鎳、 雷尼鈷、雷尼鎳鈷，負(fù)載微量貴金屬如鉑、釕、銠等的泡沫鎳、泡沫鈷、泡沫鎳鈷等中的一 種或者幾種。
本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下技術(shù)效果
本實(shí)用新型的反應(yīng)室和廢液罐連接在一起，反應(yīng)室設(shè)于廢液罐之上，固定床催化劑固定 于反應(yīng)室中，當(dāng)硼氫化物溶液流過催化劑時， 一方面產(chǎn)生的氫氣可以非常及時的從催化劑上 逸出進(jìn)入凈化裝置，另一方面反應(yīng)后的廢液落入廢液罐內(nèi)儲存，并且與催化劑分離，既能達(dá) 到反應(yīng)即開即停，易于控制的目的，又能確保參與反應(yīng)的硼氫化物溶液的濃度恒定不變，使供氫速度穩(wěn)定。
原料液儲存裝置可以控制硼氫化物溶液流入反應(yīng)室的流速，使用時，先將出液口處的流 量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，用泵或者注射器將硼氫化物溶液從注液口輸注于彈性液囊中，此時滑桿會逐 漸向外滑動，彈性液囊也會逐漸增大，直至彈性液囊膨脹充滿整個外殼，關(guān)閉注液口，停止 注液。制氫時，打開出液口處的流量調(diào)節(jié)閥，在彈性液囊的收縮力下，其內(nèi)部的硼氫化物溶 液會以比較恒定的速度流入反應(yīng)室內(nèi)，與催化劑接觸反應(yīng)。彈性液囊的彈力可以確保硼氫化 物溶液以比較恒定的速度流入反應(yīng)室。由于參與反應(yīng)的硼氫化物的流速一定，濃度也一定， 因此本實(shí)用新型的供氫速度非常穩(wěn)定，而且可根據(jù)不同功率的燃料電池或者其他用氫系統(tǒng)設(shè) 計相應(yīng)的硼氫化物的流量和濃度，因此可以很方便的滿足不同類型燃料電池和其他用氫系統(tǒng) 的需要。
原料液儲存裝置出液口處的閥門，既可以當(dāng)作開關(guān)來控制反應(yīng)的進(jìn)行和停止，也可以調(diào) 節(jié)進(jìn)入反應(yīng)室的液體的流速，以滿足不同功率的燃料電池的需要。
廢液罐的頂部與原料液儲存裝置的外殼內(nèi)部通過導(dǎo)管相連通，這樣可以確保彈性液囊外 部的壓力與反應(yīng)室內(nèi)的壓力相同，進(jìn)一步使得硼氫化物溶液可以勻速的流入到反應(yīng)室內(nèi)。
所述反應(yīng)室呈細(xì)長狀設(shè)于扁寬型的廢液罐的一端，二者相互連通，整體呈"L"型；所 述原料液儲存裝置設(shè)于反應(yīng)室與廢液罐所夾的空間內(nèi)。由于催化劑的用量不大，因此反應(yīng)室 可做成細(xì)長管狀，這樣既能增加液體與催化劑的接觸時間，又節(jié)省了空間；廢液罐的體積應(yīng) 比硼氫化物溶液的一次儲量稍大一些，使得彈性液囊中的溶液全部流入廢液罐后，廢液罐上 部仍有一定空間，既能保證廢液不接觸到催化劑，又能使得廢液不會流入廢液罐頂部的開口 。原料液儲存裝置嵌于反應(yīng)室與廢液罐所夾的空間內(nèi)，凈化裝置設(shè)在反應(yīng)室上方，這樣結(jié)構(gòu) 緊湊，占地面積小，適用于小型用氫裝置。
本實(shí)用新型采用兩級凈化，生成的氫氣先經(jīng)過氣液分離器進(jìn)行氣液分離，氣液分離器內(nèi) 部設(shè)有交錯的擋板，含有堿液的氣體經(jīng)過交錯的擋板后，氣體中含有的大部分堿液可以在這 一步除去。從氣液分離器中出來的氫氣，再經(jīng)過裝有吸附劑或者酸液的凈化室，進(jìn)一步除去 氫氣中的堿，得到純凈的氫氣，可以直接通入燃料電池使用。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖l是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型在流量調(diào)節(jié)閥固定的情況下氫氣生成速率隨時間的變化曲線圖。
具體實(shí)施方式
如


圖1所示，本實(shí)用新型包括原料液儲存裝置、反應(yīng)裝置，所述原料液儲存裝置的出液 口7與反應(yīng)裝置相連；所述反應(yīng)裝置由相互連通的反應(yīng)室8和廢液罐9組成，反應(yīng)室8設(shè)于廢液 罐9上部；所述反應(yīng)室8上端設(shè)有氣體出口15。本實(shí)用新型還包括凈化裝置，所述凈化裝置由 氣液分離器10和凈化室11組成，所述氣液分離器10的氣體進(jìn)口與所述反應(yīng)室8上段的氣體出 口15通過導(dǎo)管相連，氣液分離器10的氣體出口通過導(dǎo)管與凈化室11相連，凈化室ll的頂部設(shè) 有氫氣出口12。所述原料液儲存裝置包括外殼l、彈性液囊3、滑桿4和與滑桿4相適配的滑桿 套2;所述彈性液囊3的兩端分別通過密封固件5固定于滑桿4自由端和滑桿套2上；所述滑桿 套2為中空結(jié)構(gòu)，其一端固定于外殼l上，另一端為自由端，所述滑桿4從其自由端插進(jìn)；所 述外殼上設(shè)有的注液口6和出液口7與滑桿套2和外殼1間形成的空腔14相連通；所述的注液口 設(shè)有一單向閥，液體通過這個單向閥只能進(jìn)入彈性液囊中，不能從彈性液囊中通過這個閥門 流出；所述出液口7通過流量調(diào)節(jié)閥13與反應(yīng)室8相連。所述廢液罐頂部設(shè)有開口16通過導(dǎo)管 與原料液儲存裝置的外殼l內(nèi)部相連通；底部設(shè)有廢液出口17。反應(yīng)室8與廢液罐9呈"L"型 組裝在一起；所述原料液儲存裝置嵌于反應(yīng)室8與廢液罐9所圍的空間內(nèi)。
使用時，先將原料液儲存裝置的出液口7的流量調(diào)節(jié)閥13關(guān)閉，用泵或者注射器將硼氫 化物溶液從注液口的單向閥處注入，硼氫化物溶液從滑桿套2和滑桿4之間的空隙進(jìn)入到彈性 液囊3內(nèi)，隨著溶液的不斷注入，滑桿4會逐漸向外滑動，彈性液囊3被拉長，同時，隨著溶 液不斷注入，彈性液囊3也不斷膨脹。需要制氫時，將出液口7處的流量調(diào)節(jié)閥13打開，在彈 性液囊3的收縮力下，其內(nèi)部的硼氫化物溶液會以比較恒定的速度流入反應(yīng)室8內(nèi)，硼氫化物 溶液與反應(yīng)室8內(nèi)的催化劑接觸，發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。由于反應(yīng)室8與廢液罐9相連通，因此 反應(yīng)后的廢液直接流入廢液罐9，廢液罐9的頂部與原料液儲存裝置的外殼內(nèi)部通過導(dǎo)管相連 通，這樣可以確保儲于彈性液囊3外部的壓力與反應(yīng)室8內(nèi)的壓力相同，進(jìn)一步使得硼氫化物 溶液可以比較恒定的速度流入到反應(yīng)室8內(nèi)。生成的氫氣從反應(yīng)室8的氣體出口15排出后，先 經(jīng)過氣液分離器10進(jìn)行氣液分離，氣液分離器10內(nèi)部設(shè)有交錯的擋板，含有堿液的氣體經(jīng)過 交錯的擋板后，氣體中含有的大部分堿液可以在這一步除去。從氣液分離器10中出來的氫氣 ，再經(jīng)過裝有吸附劑或者酸液的凈化室ll，進(jìn)一步除去氫氣中的堿，得到純凈的氫氣，可以 直接通入燃料電池使用。在反應(yīng)開始后的任何階段，都可以通過關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥13，隨時停 止氫氣的產(chǎn)生。當(dāng)硼氫化物溶液基本全部流入反應(yīng)裝置后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥13，停止反應(yīng)。 廢液罐9內(nèi)的廢液可以通過廢液出口17排出，然后再從注液口6，用泵或者注射器將硼氫化物 溶液注入彈性液囊3內(nèi)，重復(fù)上述操作，重新開始下一輪的制氫過程。
如圖2所示，將110g的15X的硼氫化鈉反應(yīng)溶液用注射器注入到彈性液囊內(nèi)，然后打開流量調(diào)節(jié)閥，控制一定的流速，從圖2中可以看出，氫氣的生成速度在10min后趨于平穩(wěn)，這 種平穩(wěn)的流速幾乎可以持續(xù)到58min反應(yīng)將近結(jié)束時，此時彈性液囊3將硼氫化鈉溶液幾乎全 部壓入到反應(yīng)室8內(nèi)。因此本實(shí)用新型基本可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)供氫。
權(quán)利要求1. 一種硼氫化物制氫系統(tǒng)，其特征在于包括原料液儲存裝置、反應(yīng) 裝置，所述原料液儲存裝置的出液口 (7)與反應(yīng)裝置相連；所述反應(yīng)裝置由相互連通的反 應(yīng)室(8)和廢液罐(9)組成，反應(yīng)室(8)設(shè)于廢液罐(9)上部；所述反應(yīng)室(8)上端 設(shè)有氣體出口 (15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硼氫化物制氫系統(tǒng)，其特征在于所述原料液 儲存裝置包括外殼(1)、彈性液囊(3)、滑桿(4)和與滑桿(4)相適配的滑桿套(2) ;所述彈性液囊(3)的兩端分別通過密封固件(5)固定于滑桿(4)自由端和滑桿套(2) 上；所述滑桿套(2)為中空結(jié)構(gòu)，其一端固定于外殼(1)上，另一端為自由端，所述滑桿 (4)從滑桿套(2)的自由端插進(jìn)；所述外殼上設(shè)有的注液口 (6)和出液口 (7)與滑桿套 (2)和外殼(1)間形成的空腔(14)相連通；所述出液口 (7)通過流量調(diào)節(jié)閥(13)與 反應(yīng)室(8)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硼氫化物制氫系統(tǒng)，其特征在于還包括通過 管道與所述反應(yīng)室(8)上端的氣體出口 (15)相連的凈化裝置，所屬凈化裝置上部設(shè)有氣 體出口 (12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硼氫化物制氫系統(tǒng)，其特征在于所述凈化裝 置由氣液分離器(10)和凈化室(11)組成，所述氣液分離器(10)的氣體進(jìn)口與所述反應(yīng) 室(8)上段的氣體出口 (15)通過導(dǎo)管相連，氣液分離器(10)的氣體出口通過導(dǎo)管與凈 化室(11)相連，凈化室(11)的頂部設(shè)有氫氣出口 (12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硼氫化物制氫系統(tǒng)，其特征在于所述廢 液罐頂部設(shè)有開口 (16)通過導(dǎo)管與原料液儲存裝置的外殼(1)內(nèi)部相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硼氫化物制氫系統(tǒng)，其特征在于所述廢液罐 (9)底部設(shè)有廢液出口 (17)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種硼氫化物制氫系統(tǒng)，包括原料液儲存裝置、反應(yīng)裝置，所述原料液儲存裝置的出液口與反應(yīng)裝置相連；所述反應(yīng)裝置由相互連通的反應(yīng)室和廢液罐組成，反應(yīng)室設(shè)于廢液罐上部；所述反應(yīng)室上端設(shè)有氣體出口。本實(shí)用新型的硼氫化物供氫系統(tǒng)體積緊湊、操作簡單、供氫速度穩(wěn)定，可用于燃料電池和其他用氫系統(tǒng)，尤其適用于小型用氫設(shè)備，屬于制氫領(lǐng)域。
文檔編號C01B3/00GK201154894SQ200720201650
公開日2008年11月26日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者侯曉峰, 王玉曉, 鋼 肖, 鄒賀祥 申請人:漢能科技有限公司