粉末水解制氢装置

摘要

本发明提供了粉末水解制氢装置，降低了装置的重量，减少的装置的复杂性，增加了装置的实用性和可靠性，保证了氢气供应的压力、流量和稳定性；且保证生成氢气的干燥度和纯度，并可大大延长干燥过滤器的使用寿命。其包括粉末原料溶液罐、反应罐，所述粉末原料溶液罐内装有原料液，所述原料液具体为制氢粉末溶解于水形成，其特征在于：所述粉末原料溶液罐的下部通过液体管路连接所述反应罐的上部进口，所述反应罐内装有催化剂，所述反应罐的上部出口通过出口管路连通至水滤降温罐的多孔介质滤头的进口，所述水滤降温罐内装有液态水，所述多孔介质滤头浸没于所述液态水，所述水滤降温罐的上部出口通过管路连通至干燥过滤器的下部进口。

权利要求

1.粉末水解制氢装置，其包括粉末原料溶液罐、反应罐，所述粉末原料溶液罐内装有原料液，所述原料液具体为制氢粉末溶解于水形成，其特征在于：所述粉末原料溶液罐的下部通过液体管路连接所述反应罐的上部进口，所述反应罐内装有催化剂，所述反应罐的上部出口通过出口管路连通至水滤降温罐的多孔介质滤头的进口，所述水滤降温罐内装有液态水，所述多孔介质滤头浸没于所述液态水，所述水滤降温罐的上部出口通过管路连通至干燥过滤器的下部进口，所述干燥过滤器的下部填充有干燥过滤剂，所述干燥过滤器的上部设置有微孔过滤膜，所述干燥过滤器的顶部出口通过出气管路依次连通减压阀、节流阀、球阀，打气筒通过充气管路连通至所述粉末原料溶液罐，所述充气管路上设置有充气单向阀；

所述液体管路上设置有中间单向阀；所述出口管路上设置液体止回单向阀。

2.根据权利要求1所述的粉末水解制氢装置，其特征在于：所述微孔过滤膜和所述干燥过滤剂的上端面留有间隙，所述间隙对应的干燥过滤器的侧壁外接有安全阀。

3.根据权利要求1所述的粉末水解制氢装置，其特征在于：所述粉末原料溶液罐的罐体外壁外接有压力表。

说明书

粉末水解制氢装置

技术领域

[0001] 本发明涉及质子交换膜燃料电池的供氢装置的结构技术领域，具体为粉末水解制氢装置。

背景技术

[0002] 现有的粉末水解制氢的装置，其申请公布号：CN102101645A，其申请公布日：2011年06月22日,名称：一种硼氢化钠水解制氢系统，该专利记载如下：

[0003] 本发明涉及硼氢化钠水解制氢，具体地说是涉及一种硼氢化钠水解制氢装置，包括硼氢化钠催化反应器、硼氢化钠水溶液原料储罐、微型计量泵、气液分离器和氢气净化器；硼氢化钠水溶液原料储罐通过微型计量泵与催化反应器的物料进口管路相连，催化反应器的产物物料进口通过管路与气液分离器的物料进口相连，气液分离器的气体出口与氢气净化器的入口相连，气液分离器的液体出口及氢气净化器的废液出口通过管路与废液收集装置相连；氢气净化器的气体出口通过管路与氢气收集或使用装置相连。本发明可为燃料电池提供高纯度的氢气。

[0004] 然而，上述系统具有如下缺点：一、该系统需要配有蓄电池或外接电源才能保证其先启动微型计量泵，再产生氢气，因此，对于配有蓄电池的系统，不仅增加系统的重量，而且由于蓄电池会发生自放电现象，当蓄电池的储电漏完后，该制氢系统就不能工作；此外，对于采用外接电源的系统，若停电或在野外，该制氢系统也不能工作。二、该系统采用电控的微型计量泵将硼氢化钠水溶液注入催化反应器中进行反应，其不利之处在于，首先，需要耗电功，增加系统复杂性，其次，由于微型计量泵的压头很小，这势必导致了反应产生的氢气的压力很小，通常只有零点零几个大气压，因此反应的产气压力不能保证用氢装置如燃料电池的供气压力需求（燃料电池运行时，氢气的供气压力范围为零点几个大气压至1个大气压），从而对燃料电池的发电性能造成影响。三、对于时时变化的氢气供气流量需要微型计量泵来调节，这势必造成了微型计量泵工作不稳定、寿命降低。四、仅仅通过憎水透气膜对反应的氢气进行过滤，因此，过滤后氢气的纯度和干燥度较差，此外，很容易引起憎水透气膜堵塞，从而大大减少了憎水透气膜的寿命。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明提供了粉末水解制氢装置，降低了装置的重量，减少的装置的复杂性，增加了装置的实用性和可靠性，保证了氢气供应的压力、流量和稳定性；且保证生成氢气的干燥度和纯度，并可大大延长干燥过滤器的使用寿命。

[0006] 粉末水解制氢装置，其技术方案是这样的：其包括粉末原料溶液罐、反应罐，所述粉末原料溶液罐内装有原料液，所述原料液具体为制氢粉末溶解于水形成，其特征在于：所述粉末原料溶液罐的下部通过液体管路连接所述反应罐的上部进口，所述反应罐内装有催化剂，所述反应罐的上部出口通过出口管路连通至水滤降温罐的多孔介质滤头的进口，所述水滤降温罐内装有液态水，所述多孔介质滤头浸没于所述液态水，所述水滤降温罐的上部出口通过管路连通至干燥过滤器的下部进口，所述干燥过滤器的下部填充有干燥过滤剂，所述干燥过滤器的上部设置有微孔过滤膜，所述干燥过滤器的顶部出口通过出气管路依次连通减压阀、节流阀、球阀，打气筒通过充气管路连通至所述粉末原料溶液罐，所述充气管路上设置有充气单向阀；所述液体管路上设置有中间单向阀；所述出口管路上设置液体止回单向阀。

[0007] 其进一步特征在于：所述微孔过滤膜和所述干燥过滤剂的上端面留有间隙，所述间隙对应的干燥过滤器的侧壁外接有安全阀；

[0008] 所述粉末原料溶液罐的罐体外壁外接有压力表。

[0009] 采用本发明后，只要用打气筒将一定压力的气体打入粉末原料溶液罐就可以保证制氢装置的启动，其结构简单，降低了装置的重量，减少的装置的复杂性；用打气筒可以将原料溶液罐内的压力增压至2-3个大气压甚至更高，结合减压阀和节流阀，可以保证氢气的供气压力维持在零点几个大气压至1个大气压内，从而保证了燃料电池的运行性能；此外，当减压阀和节流阀的开度固定后，若燃料电池发电功率减小，则燃料电池的氢气需求量减少，故本装置的反应罐中的氢气压力会上升，粉末原料溶液罐和反应罐之间的压差减小，进而从粉末原料溶液罐输送到反应罐的原料液的量就减少，反应产生的氢气量也随之减少，从而自动调节了燃料电池所需的氢气量；通过采用水滤罐、干燥过滤罐实现水洗、干燥过滤剂吸收、微孔过滤膜超细过滤，从而保证生成的氢气干燥（相对湿度低于5%）和清洁（纯度>99.99%），以及可以大大延长干燥过滤器的使用寿命；综上，其降低了装置的重量，减少的装置的复杂性，增加了装置的实用性和可靠性，保证了氢气供应的压力、流量和稳定性；且保证生成氢气的干燥度和纯度，并可大大延长干燥过滤器的使用寿命。

附图说明

[0010] 图1为本发明的结构示意框图。

具体实施方式

[0011] 见图1, 其包括粉末原料溶液罐3、反应罐5，粉末原料溶液罐3内装有原料液17，原料液17具体为制氢粉末溶解于水形成，制氢粉末具体为硼氢化钠粉末，粉末原料溶液罐3的下部通过液体管路18连接反应罐5的上部进口，反应罐5内装有催化剂20，反应罐5的上部出口通过出口管路21连通至水滤降温罐7的多孔介质滤头13的进口，水滤降温罐
7内装有液态水19，多孔介质滤头13浸没于液态水19，水滤降温罐7的上部出口通过管路
22连通至干燥过滤器8的下部进口，干燥过滤器8的下部填充有干燥过滤剂14，干燥过滤器8的上部设置有微孔过滤膜15，干燥过滤器8的顶部出口通过出气管路23依次连通减压阀9、节流阀10、球阀11，打气筒1通过充气管路24连通至粉末原料溶液罐3，充气管路24上设置有充气单向阀2；液体管路18上设置有中间单向阀4；出口管路21上设置液体止回单向阀6。微孔过滤膜15和干燥过滤剂14的上端面留有间隙，间隙对应的干燥过滤器8的侧壁外接有安全阀16；粉末原料溶液罐3的罐体外壁外接有压力表12。

[0012] 其工作原理如下：将制氢粉末（如硼氢化钠粉末等）溶解于水中形成原料液17并存储在粉末原料溶液罐3中；用打气筒1通过充气单向阀2向粉末原料溶液罐3的上部充入高压气体，其中，充气单向阀2保证充入的气体不会反向向外泄漏，压力表12确保充入的气体达到所需的压力；高压气体将原料液17通过粉末原料溶液罐3中的液体管路18、中间单向阀4压入反应罐5中；反应罐5的下部装有催化剂20（溶液或固体）；原料液17进入反应罐5后，在反应罐5下部的催化剂20（溶液或固体）的作用下水解生产氢气，其中，中间单向阀4防止生成的氢气反向进入粉末原料溶液罐3；产生的氢气以及其中夹带的反应杂质通过液体止回单向阀6进入水滤降温罐7，在多孔介质滤头13的分配下产生大量氢气气泡，氢气气泡与液态水19充分接触，从而洗去氢气中夹带的反应杂质并对氢气降温，其中，液体止回单向阀6防止水滤降温罐7中的液态水19反向进入反应罐5中；从水滤降温罐7中出来的湿润氢气进入干燥过滤罐8的下部，氢气中的水分和微量反应杂质被吸收在干燥过滤剂14中，在此基础上，氢气进一步通过干燥过滤罐8上部的微孔过滤膜15将其中残留的水分和痕量反应杂质完全滤除，其中，若装置发生异常使压力超高，通过安全阀16可以将超出的压力释放，从而保证装置安全；干净的氢气进一步被减压阀9减压，被节流阀10调节流量并稳定压力，再通过球阀11向外输出所需压力和流量的氢气。