一种铝碱反应可控的制氢系统的制作方法

本发明主要涉及制氢设备领域，尤其涉及一种铝碱反应可控的制氢系统。

背景技术：

氢气作为一种可再生能源，除应用于新能源汽车，也广泛应用于医疗、气象、娱乐等诸多领域。但现有的铝碱反应制氢设备往往控制性较差，且无法保证产出氢气的纯度。具体存在以下技术问题：

一是目前的铝碱反应制氢设备在系统中缺乏缓存装置，容易造成产氢时瞬时压力过大，引起管路泄漏。

二是目前的铝碱反应制氢设备不能排出各装置及管路中的残留空气，造成产出氢气纯度不足。

三是目前的铝碱反应制氢系统反应时间慢。例如有的采用铝棒和碱水反应，这使得铝碱接触面积有限，大大影响了铝碱产氢的效率。

四是目前的铝碱反应制氢系统控制效果差，不能有效控制产氢反应的启停，也即不能随时的、快速的控制铝碱产氢反应，当其系统停止收集作业时，其铝碱不能及时分离、仍会反应一段时间并产出氢气，这不但大大造成了资源消耗和浪费，而且容易引发安全事故。同时目前的铝碱反应制氢系统不能做到即停即用、即用即停，系统启动慢，工作效率低，作业方式不灵活。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、集成度高、能耗低、制氢反应快、能对铝碱反应实现随时快速启停控制的铝碱反应可控的制氢系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种铝碱反应可控的制氢系统，包括通过管路依次连通的注水装置、反应装置和收集装置，所述反应装置包括机架、反应瓶和翻转机构，所述反应瓶通过翻转机构可翻转运动地安装于机架上，所述反应瓶内设有渗透隔板、以将反应瓶内分隔成存储铝粉的左腔室和存储碱材料的右腔室，所述注水装置通过管路与右腔室连通、且收集装置通过管路与左腔室连通；产气作业时所述翻转机构驱动反应瓶呈竖立状态或者右腔室在上的非竖立状态、以使注水装置注入右腔室内的水溶解成碱水后通过渗透隔板快速渗透至左腔室内和铝粉快速反应生成氢气；停止产气时所述翻转机构驱动反应瓶快速翻转呈左腔室在上的非竖立状态、用于使左腔室内的碱水快速流回右腔室内以快速停止反应。

作为本发明的进一步改进，所述反应瓶内壁上开设有两根竖向对称设置的限位凹槽、以供渗透隔板插入后可拆卸的限位固定于反应瓶内。

作为本发明的进一步改进，所述渗透隔板包括多根边框板、多根支撑杆和渗水材料层，多根所述边框板合围形成渗透隔板的边框，所述渗水材料层铺设于合围区域内，多根所述支撑杆与边框板固定连接、以用于支撑合围区域内渗水材料层。

作为本发明的进一步改进，所述翻转机构包括两个对称设置于机架上的第一底座和翻转驱动组件，所述反应瓶的外壁两侧均设有一根凸出的旋转轴、以用于分别安装于两个第一底座上，所述翻转驱动组件靠近其中一根旋转轴设置、以用于通过驱动旋转轴旋转使反应瓶正反向翻转运动。

作为本发明的进一步改进，所述翻转驱动组件包括齿轮和驱动杆，所述齿轮固定于旋转轴上，所述驱动杆通过两个第二底座可旋转的固定于机架上，所述驱动杆圆周面上的螺纹部与齿轮啮合，所述驱动杆的一端上设有手轮、用于通过手摇驱动杆使齿轮旋转以驱动反应瓶正反向翻转运动。

作为本发明的进一步改进，所述反应瓶和收集装置相连通的管路上设有辅助装置，所述辅助装置包括缓存瓶，当收集装置停止收集并使反应瓶翻转停止产气时，所述反应瓶翻转过程中产生的残余气体被缓存瓶收集吸收、以使该残余气体不对系统管路造成损害。

作为本发明的进一步改进，所述辅助装置包括真空泵组件，所述真空泵组件设于缓存瓶和收集装置相连通的管路上、用于产气作业前将系统管路内抽真空以提高产出氢气的纯度。

作为本发明的进一步改进，所述辅助装置包括稳压组件，所述稳压组件包括设于管路上的稳压阀、调速阀和流量计、以使氢气流的输出平稳可控。

作为本发明的进一步改进，所述反应瓶输出的管路上依次设有冷凝器和第一过滤器，所述冷凝器设有不断循环的冷凝液、用于对经过的氢气进行降温、以将氢气中的水蒸气通过冷凝初步过滤，所述第一过滤器内设有干燥剂、以将冷凝器传输来的氢气进一步干燥提纯。

作为本发明的进一步改进，所述注水装置包括冷水输送管路、热水输送管路和主输送管路，所述冷水输送管路、热水输送管路通过主输送管路与反应瓶连通，所述冷水输送管路、热水输送管路上均设有一个调整阀、以用于通过流量调节控制注水温度，所述主输送管路上设有第二过滤器以用于过滤水中杂质。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

一是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，设有特殊的反应瓶和翻转机构，能够实现反应瓶的正向和反向翻转，通过翻转能够实现极佳的铝碱反应的快速启停效果，能够做到反应时能即刻实现停止、停止后能即刻再次反应，铝碱反应实现随时的快速启停控制。碱水、铝粉均马上不再参与反应，不但大大降低了资源消耗和原料浪费，而且快速停止反应使得不会产生较多的残余氢气，管路内不会有太多的残余气体，不易引发爆管等安全事故。

二是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，通过渗透隔板实现隔离和渗透，使得左腔室内能够存储铝粉，反应时铝粉能够更全面的和碱水接触和反应，使得反应时间更短，制氢效率更高。

三是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，反应瓶能够实现多种角度的翻转进而实现多种姿态和功能。例如其可以待注入的水和碱材料完全接触并全面溶解反应后，再翻转进行渗透，这种方式一是使得溶解的碱水纯度比较高，后期更好的产生铝碱反应；二是使得渗透更快，反应时间更短，制氢效率更高。还例如当左腔室内的碱水较多而需要马上暂停时(反应作业开展不久)，可以驱动翻转呈左腔室完全在上、右腔室完全在下的绝对状态，左腔室内的碱水势必会更快的流回至右腔室内，停止更快。而如果左腔室内的碱水不多而需要马上暂停时(反应作业开展很久了、或者本身这次注入的碱水量就不多)，只用快速的驱动翻转一定的角度，使得呈左腔室相对右腔室而言在上的相对状态，左腔室内的较少碱水也会快速的流回右腔室内，实现快速停止(这种驱动成本更低、驱动时间更短)。

四是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，由于其翻转控制方便快捷，碱水渗透参与反应或者回流停止反应也十分快捷，使得其适应性极强，能够通过控制实现十分轻松地、精度极高的制氢作业，十分便于后续的氢气收集和试验开展。例如需要马上制氢进行收集、收集后马上停止制氢便于试验、试验完后再次马上制氢进行二次收集、马上停止制氢便于二次试验，以此循环。而在这一快速的、反复的过程中，不但操作简单、快捷，而且不用多次添加碱材料、铝粉、水等原材料。

五是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，通过设置限位凹槽，一是实现了渗透隔板的可拆卸固定，便于后期对渗透隔板进行更换维护。二是渗透隔板处于限位凹槽内，使得渗透隔板两侧的碱材料和铝粉不易从边沿缝隙处发生泄露和混装。

六是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，缓存瓶具有两个作用：一是当最开始作业时，缓存瓶能够对反应瓶提供的氢气进行缓存，确保反应时不会因为瞬时压力过大而引起管路泄漏，保证了制氢过程的安全。二是当收集装置停止收集时，及时在固液分离的极短时间内产生了微量的残余气体，但是该残余气体仍会被缓存瓶收集吸收、以使该残余气体不对系统管路造成损害，大大提高了本系统的安全性。

附图说明

图1是本发明的铝碱反应可控的制氢系统的结构原理示意图。

图2是本发明的铝碱反应可控的制氢系统的立体结构原理示意图1。

图3是本发明的铝碱反应可控的制氢系统的立体结构原理示意图2。

图4是本发明的反应装置的立体结构原理示意图1。

图5是本发明的反应装置的内部结构原理示意图。

图6是本发明的反应装置的立体结构原理示意图2。

图7是本发明的渗透隔板的结构原理示意图。

图中各标号表示：

1、注水装置；11、冷水输送管路；12、热水输送管路；13、主输送管路；14、调整阀；15、第二过滤器；2、反应装置；21、机架；22、反应瓶；221、渗透隔板；2211、边框板；2212、支撑杆；2213、渗水材料层；222、左腔室；223、右腔室；224、限位凹槽；225、旋转轴；23、翻转机构；231、第一底座；232、翻转驱动组件；2321、齿轮；2322、驱动杆；2323、第二底座；2324、手轮；3、收集装置；4、辅助装置；41、缓存瓶；42、真空泵组件；43、稳压组件；5、冷凝器；6、第一过滤器。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1至图7所示，本发明提供一种铝碱反应可控的制氢系统，包括通过管路依次连通的注水装置1、反应装置2和收集装置3，反应装置2包括机架21、反应瓶22和翻转机构23，反应瓶22通过翻转机构23可翻转运动地安装于机架21上，反应瓶22内设有渗透隔板221、以将反应瓶22内分隔成存储铝粉的左腔室222和存储碱材料的右腔室223，注水装置1通过管路与右腔室223连通、且收集装置3通过管路与左腔室222连通；产气作业时翻转机构23驱动反应瓶22呈竖立状态或者右腔室223在上的非竖立状态、以使注水装置1注入右腔室223内的水溶解成碱水后通过渗透隔板221快速渗透至左腔室222内和铝粉快速反应生成氢气；停止产气时翻转机构23驱动反应瓶22快速翻转呈左腔室222在上的非竖立状态、用于使左腔室222内的碱水快速流回右腔室223内以快速停止反应。在本实施例中，反应瓶22的顶盖可打开，作业前，反应瓶22的左腔室222内存储有铝粉，右腔室223内存储有碱材料。

以下以两个不同实施例来进行说明，具体实施原理如下：

实施例1：产气作业时，翻转机构23驱动反应瓶22呈竖立状态，注水装置1朝右腔室223内注水，注入的水会和碱材料反应并溶解成碱水，碱水通过渗透隔板221快速渗透至左腔室222内和铝粉快速反应生成氢气，氢气通过管路被收集装置3收集。

当需要停止产气时，翻转机构23驱动竖立状态的反应瓶22快速翻转，使得呈左腔室222在上、右腔室223在下的非竖立状态(如图3中所示朝右侧方向翻转)。这种非竖立状态既可以是翻转90度，使得左腔室222完全在上、右腔室223完全在下的状态；也可以是只翻转一定的角度(小于90度)，使得呈左腔室222相对右腔室223而言在上的相对状态(如图3所示状态)。此时，渗透至左腔室222内的碱水势必会快速流回右腔室223内，固液分离这使得左腔室222内没有碱水，进而会快速停止反应，不再产出氢气。

当需要再次启动进行产气时，翻转机构23只需再次驱动非竖立状态的反应瓶22快速朝回翻转(如图3中所示朝左侧方向翻转)，使得反应瓶22再次呈竖立状态。此时右腔室223内的碱水又会通过渗透隔板221快速渗透至左腔室222内和铝粉快速反应生成氢气，实现了快速的再启动。

实施例2：产气作业时，翻转机构23驱动反应瓶22呈竖立状态，注水装置1朝右腔室223内注水，注入的水会和碱材料反应并溶解成碱水。当右腔室223内注满水时，水会和右腔室223内碱材料全部接触并完成全面的反应，使得溶解的碱水纯度比较高(当然，此时和实施例1一样，仍会有部分碱水渗透至左腔室222内)。待完全接触并全面溶解反应后，翻转机构23驱动竖立状态的反应瓶22快速翻转(如图3中所示朝左侧方向翻转)，使得呈右腔室223在上、左腔室222在下的非竖立状态。这种设置相对于实施例1的反应瓶22竖立而言，翻转使得碱水受重力影响，容易更快的朝下渗透，并快速的通过渗透隔板221渗透至下方的左腔室222内和铝粉快速反应生成氢气，氢气通过管路被收集装置3收集。这种方式一是使得溶解的碱水纯度比较高，后期更好的产生铝碱反应；二是使得渗透更快，反应时间更短，制氢效率更高。

当需要停止产气时，和实施例1一样，翻转机构23驱动反应瓶22快速翻转(如图3中所示朝右侧方向翻转)，使得呈左腔室222在上、右腔室223在下的非竖立状态。此时，渗透至左腔室222内的碱水势必会快速流回右腔室223内，这使得左腔室222内没有碱水，进而会快速停止反应，不再产出氢气。当翻转使得左腔室222完全在上、右腔室223完全在下的绝对状态时，左腔室222内的碱水势必会更快的流回右腔室223内。

当需要再次启动进行产气时，翻转机构23再次驱动非竖立状态的反应瓶22快速朝回翻转，使得反应瓶22再次呈竖立状态、或者呈右腔室223在上、左腔室222在下的非竖立状态。此时右腔室223内的碱水又会通过渗透隔板221快速渗透至左腔室222内和铝粉快速反应生成氢气，实现了快速的再启动。

通过以上特殊的科学设计，具有如下技术优点：

一是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，设有特殊的反应瓶22和翻转机构23，能够实现反应瓶22的正向和反向翻转，通过翻转能够实现极佳的铝碱反应的快速启停效果，能够做到反应时能即刻实现停止、停止后能即刻再次反应，铝碱反应实现随时的快速启停控制。碱水、铝粉均马上不再参与反应，不但大大降低了资源消耗和原料浪费，而且快速停止反应使得不会产生较多的残余氢气，管路内不会有太多的残余气体，不易引发爆管等安全事故。

二是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，通过渗透隔板221实现隔离和渗透，使得左腔室222内能够存储铝粉，反应时铝粉能够更全面的和碱水接触和反应，使得反应时间更短，制氢效率更高。

三是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，反应瓶22能够实现多种角度的翻转进而实现多种姿态和功能。例如其可以待注入的水和碱材料完全接触并全面溶解反应后，再翻转进行渗透，这种方式一是使得溶解的碱水纯度比较高，后期更好的产生铝碱反应；二是使得渗透更快，反应时间更短，制氢效率更高。还例如当左腔室222内的碱水较多而需要马上暂停时(反应作业开展不久)，可以驱动翻转呈左腔室222完全在上、右腔室223完全在下的绝对状态，左腔室222内的碱水势必会更快的流回至右腔室223内，停止更快。而如果左腔室222内的碱水不多而需要马上暂停时(反应作业开展很久了、或者本身这次注入的碱水量就不多)，只用快速的驱动翻转一定的角度，使得呈左腔室222相对右腔室223而言在上的相对状态，左腔室222内的较少碱水也会快速的流回右腔室223内，实现快速停止(这种驱动成本更低、驱动时间更短)。

四是本发明的铝碱反应可控的制氢系统，由于其翻转控制方便快捷，碱水渗透参与反应或者回流停止反应也十分快捷，使得其适应性极强，能够通过控制实现十分轻松地、精度极高的制氢作业，十分便于后续的氢气收集和试验开展。例如需要马上制氢进行收集、收集后马上停止制氢便于试验、试验完后再次马上制氢进行二次收集、马上停止制氢便于二次试验，以此循环。而在这一快速的、反复的过程中，不但操作简单、快捷，而且不用多次添加碱材料、铝粉、水等原材料。

如图5所示，进一步，在较佳实施例中，反应瓶22内壁上开设有两根竖向对称设置的限位凹槽224、以供渗透隔板221插入后可拆卸的限位固定于反应瓶22内。在本实施例中，反应瓶22的顶盖关闭后会将渗透隔板221顶紧。通过设置限位凹槽224，一是实现了渗透隔板221的可拆卸固定，便于后期对渗透隔板221进行更换维护。二是渗透隔板221处于限位凹槽224内，使得渗透隔板221两侧的碱材料和铝粉不易从边沿缝隙处发生泄露和混装。

如图7所示，进一步，在较佳实施例中，渗透隔板221包括多根边框板2211、多根支撑杆2212和渗水材料层2213，多根边框板2211合围形成渗透隔板221的边框，渗水材料层2213铺设于合围区域内，多根支撑杆2212与边框板2211固定连接、以用于支撑合围区域内渗水材料层2213。由于碱材料和铝粉均具有一定的重量，为了实现多次的灵活的翻转，减轻碱材料和铝粉对渗水材料层2213的冲击，通过设置多根支撑杆2212能够形成很好的支撑。在本实施例中，渗水材料层2213包括现有技术中的高密度渗水网布(类似挂杯咖啡的网袋材料)，其既可以实现快速的渗水，同时又不会导致铝粉和碱材料的泄露。当然，在其他实施例中，渗水材料层2213还可以为其他的材料，只要能够实现渗水但是又不卸料会导致铝粉和碱材料泄露即可。

如图2至图6所示，进一步，在较佳实施例中，翻转机构23包括两个对称设置于机架21上的第一底座231和翻转驱动组件232，反应瓶22的外壁两侧均设有一根凸出的旋转轴225、以用于分别安装于两个第一底座231上，翻转驱动组件232靠近其中一根旋转轴225设置、以用于通过驱动旋转轴225旋转使反应瓶22正反向翻转运动。在本实施例中，翻转驱动组件232包括齿轮2321和驱动杆2322，齿轮2321固定于旋转轴225上，驱动杆2322通过两个第二底座2323可旋转的固定于机架21上，驱动杆2322圆周面上的螺纹部与齿轮2321啮合，驱动杆2322的一端上设有手轮2324、用于通过手摇驱动杆2322使齿轮2321旋转以驱动反应瓶22正反向翻转运动。这使得工作人员只需手摇旋转手轮2324就能实现驱动反应瓶22正反向翻转，并且翻转的角度十分可控，操作人员可以根据自己的实时需要就能调整反应瓶22的姿态，以实现快速的、精准的启停控制。当然，在其他实施例中，翻转驱动组件232包括正反向驱动电机，正反向驱动电机的驱动轴端用于与旋转轴225连接，通过控制正反向驱动电机来实现自动化控制翻转。也应属于本发明的保护范围。

如图1所示，进一步，在较佳实施例中，反应瓶22和收集装置3相连通的管路上设有辅助装置4，辅助装置4包括缓存瓶41，当收集装置3停止收集并使反应瓶22翻转停止产气时，反应瓶22翻转过程中产生的残余气体被缓存瓶41收集吸收、以使该残余气体不对系统管路造成损害。虽然本发明的铝碱反应可控的制氢系统能够实现随时的快速启停控制。但是当需要停止产气时，转动反应瓶22达到一定角度，在固液分离的极短时间内仍有可能产生微量的残余气体，为此本发明进一步设置缓存瓶41。缓存瓶41具有两个作用：一是当最开始作业时，缓存瓶41能够对反应瓶22提供的氢气进行缓存，确保反应时不会因为瞬时压力过大而引起管路泄漏，保证了制氢过程的安全。二是当收集装置3停止收集时，及时在固液分离的极短时间内产生了微量的残余气体，但是该残余气体仍会被缓存瓶41收集吸收、以使该残余气体不对系统管路造成损害。大大提高了本系统的安全性。

如图1所示，进一步，在较佳实施例中，辅助装置4包括真空泵组件42，真空泵组件42设于缓存瓶41和收集装置3相连通的管路上、用于产气作业前将系统管路内抽真空，排出各装置及管路中的残留空气，大大提高产出氢气的纯度。

如图1所示，进一步，在较佳实施例中，辅助装置4包括稳压组件43，稳压组件43包括设于管路上的稳压阀、调速阀和流量计、以使氢气流的输出平稳可控。

进一步，在较佳实施例中，反应瓶22输出的管路上依次设有冷凝器5和第一过滤器6，冷凝器5设有不断循环的冷凝液、用于对经过的氢气进行降温(降温的目的在于温度越低，相同数量的氢气所占体积越小)、以将氢气中的水蒸气通过冷凝初步过滤，第一过滤器6内设有干燥剂、以将冷凝器5传输来的氢气进一步干燥提纯。这两个组件的配合，使得氢气纯度极高。

如图1所示，进一步，在较佳实施例中，注水装置1包括冷水输送管路11、热水输送管路12和主输送管路13，冷水输送管路11、热水输送管路12通过主输送管路13与反应瓶22连通，冷水输送管路11、热水输送管路12上均设有一个调整阀14、以用于通过流量调节控制注水温度，由于获得最佳反应温度的水，使得十分便于后续的制氢反应。主输送管路13上设有第二过滤器15以用于过滤水中杂质。在本实施例中，主输送管路13上设有单向阀，其作用是防止反应装置中的氢气倒流。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

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