一种基于铝合金与水反应的可控制氢装置

技术领域

本发明涉及一种制氢装置，特别是涉及一种基于铝合金与水反应 的可控制氢装置。

背景技术

石油资源的枯竭、环境的日益恶化刺激了世界各国对新能源(太 阳能、氢能、风能等)的开发和利用，其中氢能具有清洁环保、可储 存和可再生等优点。铝是地壳中含量最多的金属元素，以铝基为主体 的合金材料能够在常温中性条件下与水反应产生氢气，该方法成本低 廉，使用安全，产物可回收利用，无污染。

发明专利(CN201110049658.8)开发了一种便携式安全可控的水 解制氢装置，该方法简单，但制氢装置带有大量的附件，如压力传感 器、微型泵、控制电路等，大大增加了系统结够的复杂性和装置的制 造成本，且在使用过程中需要消耗额外电能来进行产氢调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不需要消耗额外的电能 且结构简单、易于维护、成本低廉的基于铝合金与水反应的可控制氢 装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于铝合金与水反应的可 控制氢装置，水仓和合金仓分别通过管道和阀门连接反应仓，中间水 仓通过管道连接所述的反应仓的底部，所述的反应仓内装备有水平放 置的反应网，所述的反应网的空隙间距小于合金小球的直径，所述的 反应仓底部通过管道和阀门连接废液仓，所述的反应仓的顶部通过管 道和减压阀连接有耗氢装置。

所述的中间水仓和所述的反应仓由一段“U”形管相连接。

所述的水仓和所述的合金仓的底部分别通过管道和阀门连接所 述的反应仓的顶部。

所述的水仓的顶部装有空气阀。

所述的合金仓的顶部装有仓盖。

所述的中间水仓的底部装有废液阀与所述的废液仓连接。

所述的反应仓上装备有观察窗。

所述的反应仓与所述的耗氢装置相连接的管道上装有氢气阀和 干燥器。

所述的耗氢装置指的是氢燃料电池。

采用上述技术方案的基于铝合金与水反应的可控制氢装置，水仓 用于储存水，合金仓用于储存铝合金小球，中间水仓用于临时储存水， 反应仓用于铝合金与水发生反应，废液仓用于储存废水，耗氢装置使 用产生的氢气。合金仓包括顶部的仓盖和底部的合金卸料阀，仓盖用 于合金的补充和合金仓的密封。中间水仓顶部装有空气阀、底部装有 水阀，“U”形管可防止中间水仓中的空气进入反应仓中。

反应仓中装备有反应网、观察窗和底部的废液阀，反应网用于承 载铝合金小球，观察窗用于观测反应仓内液面高度，废液阀用于定期 排出废液和废渣。

反应仓与耗氢装置之间依次连接有氢气阀、减压阀和干燥器，通 过调节氢气阀可以控制反应仓中氢气的排出与否，通过设定减压阀可 以将氢气的速率控制在一定范围内。

所述的耗氢装置指的是氢燃料电池。

控制原理：通过水阀可控制进入反应仓的总水量，通过合金卸料 阀可控制进入反应仓中的合金小球数量，当合金仓内液面高于反应网 时，合金与水接触并发生反应，合金仓内压力逐渐增大，通过设定好 的减压阀可以将排出的氢气控制在一定速率范围内，当反应仓内气压 过大，部分液体将会被压缩到中间水仓中，从而使合金仓内液面低于 反应网，实现合金与水分离而停止反应，当合金仓内气压变小，中间 水仓中的液体会因为重力回到反应仓，当液面再次高于反应网时，反 应重新开始，如此往复进行可保证产氢速率在一定范围内，降低了减 压阀的工作强度，由于“U”形管中会保留一定液体，可以有效防止 中间水仓中的空气进入到反应仓。

与同类制氢装置相比，被装置具有如下优点：

1)本发明的制氢装置结构简单、易于维护、成本低廉。

2)本发明通过反应器自身压力来调节产氢速率，不需要消耗额 外的电能来进行调节，可以随时控制氢气的发生与否，无需专门的储 氢装置，规避了氢气储存的风险。

3)本发明适用于铝镓合金、铝锂合金等多种可与水反应的铝合 金制氢材料。

4)本发明有利于定期有效的回收反应产物，不会造成环境污染。

综上所述，本发明是一种不需要消耗额外的电能且结构简单、易 于维护、成本低廉的基于铝合金与水反应的可控制氢装置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，其目的仅在于更 好理解本发明的设计内容而非限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，基于铝合金与水反应的可控制氢装置，包括储存水 的水仓1、储存铝合金小球的合金仓2、临时储存水的中间水仓3、铝 合金与水发生反应所在的反应仓4、储存废水的废液仓5和使用氢气 的耗氢装置6，水仓1的顶部装有空气阀11，水仓1的底部通过管道 和水阀12连接反应仓4的顶部，合金仓2的顶部装有仓盖201，合金 仓2的底部通过管道和合金阀23连接反应仓4顶部，中间水仓3的 顶部装有第一空气阀34，中间水仓3底部通过管道连接反应仓4的底 部，反应仓4底部通过管道和排污阀46连接废液仓5的顶部，反应 仓4的顶部通过管道依次连接有氢气阀47、减压阀41、干燥器42和 耗氢装置6，耗氢装置6指的是氢燃料电池。

中间水仓3与反应仓4之间有一段“U”形管301，“U”形管301 可防止中间水仓3中的空气进入反应仓4中。

中间水仓3的底部装有废液阀35与废液仓5连接。

反应仓4内设有水平放置的反应网401，反应仓4上设有观察窗 402，反应网401用于承载铝合金小球，观察窗402用于观测反应仓4 内液面高度。

合金仓2中储存的物料为铝镓合金，通过调节水阀12可以控制 进入反应仓4的总水量，通过控制合金阀23可以控制进入反应仓4 中的合金总量，通过中间水仓3可以防止反应仓4中的气压过大，通 过调节氢气阀47可以控制反应仓4中氢气的排出与否，通过设定减 压阀41可以将氢气的速率控制在一定范围内。

实施例2：

装置同实施例1。合金仓2中储存的物料为为铝锂合金，通过调 节水阀12可以控制进入反应仓4的总水量，通过控制合金阀23可以 控制进入反应仓4中的合金总量，通过中间水仓3可以防止反应仓4 中的气压过大，通过调节氢气阀47可以控制反应仓4中氢气的排出 与否，通过设定减压阀41可以将氢气的速率控制在一定范围内。

实施例3：

装置同实施例1。合金仓2中储存的物料为为铝镓铟锡合金，通 过调节水阀12可以控制进入反应仓4的总水量，通过控制合金阀23 可以控制进入反应仓4中的合金总量，通过中间水仓3可以防止反应 仓4中的气压过大，通过调节氢气阀47可以控制反应仓4中氢气的 排出与否，通过设定减压阀41可以将氢气的速率控制在一定范围内。

实施例4：

装置同实施例1。合金仓2中储存的物料为为铝镓铟锡锂合金， 通过调节水阀12可以控制进入反应仓4的总水量，通过控制合金阀 23可以控制进入反应仓4中的合金总量，通过中间水仓3可以防止反 应仓4中的气压过大，通过调节氢气阀47可以控制反应仓4中氢气 的排出与否，通过设定减压阀41可以将氢气的速率控制在一定范围 内。

实施例5：

装置同实施例1。合金仓中储存的物料为为实施例1、2、3、4 中所用固体反应物料的两种、三种或四种的混合，通过调节水阀12 可以控制进入反应仓4的总水量，通过控制合金阀23可以控制进入 反应仓4中的合金总量，通过中间水仓3可以防止反应仓4中的气压 过大，通过调节氢气阀47可以控制反应仓4中氢气的排出与否，通 过设定减压阀41可以将氢气的速率控制在一定范围内。