一种常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的制作方法

1.本发明涉及氢气制备技术领域，特别是涉及一种常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置。


背景技术：

2.清洁能源是未来人类社会不可或缺的能源，其中氢气的燃烧热值高，产物无污染，是一种清洁可持续的能源。目前的制氢方式主要有化石燃料重整制氢、电解水制氢、光水解制氢、生物制氢以及等离子制氢等，然而这些制氢方式存在着一些缺点，比如：环境污染、制备成本高、技术不成熟，产物不纯净等。除了制氢，氢气的运输及储存也存在着较大的危险性，导致其生产及运输等成本的大幅增加。
3.为了解决上述问题，实现氢能的有效利用，人们提出了金属与水反应制氢，比如镁或铝与水制氢等。目前较多的研究是如何制备能够与水快速反应的高活性金属，常采用的方法包括合金化和机械球磨等方法，但是无法进一步控制金属与水的反应速率，所以研究一种水解制氢装置来控制金属与水反应的进行具有重要的意义。
4.公开号为cn10215308a的申请专利提供了一种铝基复合物常温下连续可控制氢装置，但是该装置忽略了氢气产生的压力导致落料困难的问题，导致制氢装置无法连续运行。公开号为cn103482567a的申请专利提供了一种连续制氢装置及运行方法，该装置考虑了氢气压力的问题，在装置中引入了稳压联动机构，但是该装置依然不能从根本上上解决由于压力差导致的送料的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高制氢过程中落料的稳定性。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供了一种常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置，包括反应釜、落料桶和送料机构；
8.所述送料机构包括与所述反应釜的顶端密封连接的盖体，所述盖体中穿设有活塞杆和丝杆，所述丝杆与所述盖体转动配合，所述活塞杆与所述盖体滑动配合，所述丝杆上螺纹连接有传动螺母，所述丝杆与所述活塞杆同轴，所述活塞杆与所述传动螺母固连的一端能够套设在所述丝杆上，所述盖体上固设有能够驱动所述丝杆转动的电机；
9.所述盖体上设置有相互错开的落料口和进料口，所述活塞杆上设置有装料孔，所述落料口和所述进料口均能够与所述装料孔对齐；所述落料桶与所述盖体固连，且所述落料桶的底端与所述落料口相通。
10.优选的，所述盖体上还固设有气缸，所述活塞杆的另一端与所述气缸中的活塞固连，所述气缸的缸壁上设置有第一出气口和第一进气口，所述反应釜的侧壁上设置有泄压阀、进水口、第二进气口和第二出气口，所述第一进气口通过第一管路与所述第二进气口连
通，所述第一出气口通过第二管路与所述第二进气口连通，所述第一管路和所述第二管路上均设置有只允许气体流向所述反应釜的单向阀。
11.优选的，还包括位于所述落料桶正上方的料罐，所述料罐的底端开口，所述料罐的底端固连有一连接盖，所述连接盖与所述盖体转动配合，所述连接盖的底端设置有连接盖开口，所述连接盖的下方转动连接有一挡板，所述落料桶上对应所述挡板设置有定位槽，所述定位槽的形状大小与所述挡板的形状大小匹配，所述挡板设置在所述定位槽中，当拧动所述料罐时所述定位槽阻挡所述挡片随所述连接盖转动，所述挡板能够挡柱所述连接盖开口；所述盖体的侧壁中设置有限位孔，所述限位孔上安装有限位销，所述连接盖的侧壁设置有限位键，所述限位销通过阻挡所述限位键的转动从而对所述连接盖的转动角度进行限位。
12.优选的，所述盖体中还固设有轴套，所述活塞杆、所述丝杆及所述轴套同轴，所述活塞杆靠近所述传动螺母的一端固设有滑块，所述轴套的内壁上沿轴向设置有滑槽，所述滑块与所述滑槽滑动配合。
13.优选的，所述反应釜中固设有一透气防尘层，所述透气防尘层的边缘与所述反应釜的内壁密封连接；所述进料口的下方连接有一落料管，所述落料管穿过所述透气防尘层，所述落料管的底端位于所述透气防尘层的下方。
14.优选的，所述活塞杆上套设有o型密封圈和y型密封圈，所述o型密封圈和所述y型密封圈分别与所述活塞杆滑动配合，所述o型密封圈和所述y型密封圈分别与所述盖体固连。
15.优选的，所述透气防尘层的材料为无纺布；所述传动螺母为t型螺母。
16.优选的，所述进料口的顶端设置有一透气孔，所述透气孔的顶端位于所述盖体的顶面。
17.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.本发明的常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置提高了制氢过程中落料的稳定性。本发明的常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置氢气流量输出稳定。通过控制电机的转速能够控制活塞杆步进送料机构的往复速率，从而控制下料量，最终控制金属/水反应，结合稳压阀，控制氢气稳定输出；本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置便携可控，属于小型制氢装置，可以通过进水口加水，通过更换料罐加料，可重复利用，且能在低温下高效工作，对反应条件依赖性较低，适用于复杂的环境；本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置中的送料机构通过电机活塞杆步进送料机构完成送料，其中活塞杆设有装料孔，活塞杆向左运动与下料筒相连进行装料，向右运动，装料口与落料筒相连，开始落料，送料机构设有多处密封圈，保证进料口、装料孔和落料孔不出现三孔联通，保证下料顺畅及装置密闭性。料与反应釜内的水发生反应生成氢气，从而解决了氢气的储存、运输以及无法实时制氢的问题；本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置在制氢同时可以产生大量的热，反应2min后即可使反应釜内水温升至80℃以上，可在低温时作为热源使用。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，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的附图。
20.图1为本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的结构示意图；
21.图2为本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的部分结构示意图一；
22.图3为本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的部分结构示意图二；
23.图4为本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的部分结构示意图三；
24.图5为本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的部分结构示意图四；
25.图6为本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的部分结构示意图五；
26.图7为本发明常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置的部分结构示意图六；
27.其中：100、常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置；1、料罐；2、连接盖；3、挡板；4、落料桶；5、第一出气口；6、活塞；7、气缸；8、第一进气口；9、活塞杆；10、盖体；11、进气孔；12、o型密封圈；13、y型密封圈；14、轴套；15、传动螺母；16、落料定位孔；17、装料定位孔；18、丝杆；19、深沟球轴承；20、电机；21、第二出气口；22、反应釜；23、第二进气口；24、进水口；25、落料管；26、泄压阀；27、透气防尘层；28、螺钉；29、连接螺母；30、限位销；31、装料孔；32、落料口；33、进料口；34、限位键；35、连接盖开口；36、定位孔；37、落料孔；38、定位槽；39、限位孔。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高制氢过程中落料的稳定性。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.如图1至图7所示：本实施例提供了一种常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置100，包括反应釜22、料罐1、落料桶4和送料机构。
32.其中，送料机构包括与反应釜22的顶端密封连接的盖体10，盖体10中穿设有活塞杆9和丝杆18，丝杆18通过深沟球轴承19与盖体10转动配合。活塞杆9与盖体10滑动配合，具体的，盖体10中还固设有轴套14，活塞杆9、丝杆18及轴套14同轴，活塞杆9靠近传动螺母15的一端固设有滑块，轴套14的内壁上沿轴向设置有滑槽，滑块与滑槽滑动配合。丝杆18上螺纹连接有传动螺母15，传动螺母15为t型螺母。丝杆18与活塞杆9同轴且均水平，活塞杆9与传动螺母15固连的一端能够套设在丝杆18上，盖体10上固设有能够驱动丝杆18转动的电机20，电机20的输出轴通过联轴器与丝杆18固连。
33.盖体10上设置有相互错开的落料口32和进料口33，活塞杆9上设置有装料孔31，落料口32和进料口33均能够与装料孔31对齐；落料桶4与盖体10固连，且落料桶4的底端与落料口32相通。在本实施例中，落料口32位于盖体10的顶面中心，落料口32为一盲孔，进料口33位于落料口32的左边，进料口33与落料口32之间存在间隔，进料口33的顶端设置有一透
气孔11，透气孔11的顶端位于盖体10的顶面。
34.活塞杆9上套设有o型密封圈12和y型密封圈13，o型密封圈12和y型密封圈13分别与活塞杆9滑动配合，o型密封圈12和y型密封圈13分别与盖体10固连。o型密封圈12和y型密封圈13的设置能够保证装置的密封性。
35.盖体10上还固设有气缸7，活塞杆9的另一端与气缸7中的活塞6固连，气缸7的缸壁上设置有第一出气口5和第一进气口8，反应釜22的侧壁上设置有泄压阀26、进水口24、第二进气口23和第二出气口21，第一进气口8通过第一管路与第二进气口23连通，且第一管路上设置有第一单向阀，第一单向阀的作用是只允许反应釜22内的气体通过第二进气口23、第一管路和第一进气口8进入气缸7，而阻止气缸7内的气体通过第一进气口8、第一管路和第二进气口23进入反应釜22；第一出气口5通过第二管路与第二进气口23连通，第二管路上设有第二单向阀，第二单向阀只允许反应釜22内的气体通过第二进气口23、第二管路和第一出气口5进入气缸7，而阻止气缸7内的气体通过第一出气口5、第二管路和第二进气口23进入反应釜22；第一出气口5与进气孔11通过管路连通。第一出气口5位于气缸7远离活塞杆9的一端，第一进气口8位于气缸7的底面的中部，当活塞6随活塞杆9向左运动时能够将气缸7中的气体可以压缩达到高压，通过第一出气口5通过进气孔11压入反应釜22中，冲开装料孔堵塞的活性铝粉，当活塞6随活塞杆9向右运动时能够将反应釜22中的气体通过第二进气口23
→
第二管路
→
第一出气口5和第二进气口23
→
第一管路
→
第一进气口8两个路径吸入到气缸7中，平衡反应釜22和气缸中的气压，防止压差过大导致电机20扭矩不足。
36.料罐1的底端开口，料罐1的底端固连有一连接盖2，连接盖2设有环形凸台，与盖体10转动配合，盖体10中设置有限位销30，限制连接盖2的旋转角度。连接盖2的底端设置有连接盖开口35，落料桶4上设置有能够与连接盖开口35重合的落料孔37，落料桶4上还设置有定位孔36，定位孔36用于方便对落料桶4的安装进行定位；连接盖2的下方转动连接有一挡板3，挡板3能够挡柱连接盖开口35，落料桶4中设置有对挡板3进行定位的定位槽38，定位槽38的形状大小与挡板的形状大小匹配，挡板设置在定位槽38中，当拧动料罐1时定位槽38能够阻挡挡片随连接盖2转动，挡板3的中部通过螺钉28与连接盖2连接，螺钉28上安装有连接螺母29；盖体的侧壁中设置有限位孔39，限位孔39上安装有限位销，连接盖2的侧壁设置有限位键34，限位销通过阻挡限位键34的转动从而对连接盖2的转动角度进行限位；具体的，当拧动料罐1时，连接盖2随料罐1转动，当连接盖2转动到限位键34与限位销接触时，限位销阻挡限位键34的转动，从而阻挡连接盖2和料罐1的转动，从而实现了对连接盖2的转动角度进行限位。
37.设置限位销30的目的在于：当手动转动料罐1时，连接盖2会随料罐1一起转动，但由于定位槽38的阻挡作用，挡板3不能够随连接盖2一起转动，从而使得连接盖2与挡板3发生相对转动，从而使得挡板3不再遮挡连接盖2上的连接盖开口35，由于限位销30的作用，使得连接盖2的旋转角度受限，保证挡板3与连接盖2上的连接盖开口35有效错开，当连接盖2上的连接盖开口35与落料桶4上的落料孔37重合时，则可以顺利落料，且当连接盖开口35与落料孔37完全重合时，限位键34恰好与限位销接触，限位销阻挡限位键34的继续转动，从而阻挡连接盖2和料罐1的继续转动，从而实现了对连接盖2的转动角度进行限位；且挡板3的中部与连接盖2转动连接，挡板嵌入落料桶4的定位槽内，既不能顺时针转动也不能逆时针转动，而连接盖2则可任意方向转动，通过限位销30限制其旋转的角度，继而可以控制连接
盖2与挡板3的相对位置，调节落料的开合。需要说明的是，还可以通过使挡板3与落料桶4固连的方式来实现上述目的，总之，只要能够保证在连接盖2旋转时，挡板3不能够随连接盖2一起旋转从而保证连接盖开口35能够顺利打开即可。
38.反应釜22中固设有一透气防尘层27，透气防尘层27的材料为无纺布；透气防尘层27的边缘与反应釜22的内壁密封连接；第二进气口23和第二出气口21均高于透气防尘层27，第二出气口21高于第二进气口23，进水口24低于透气防尘层27。进料口33的下方连接有一落料管25，落料管25穿过透气防尘层27，落料管25的底端位于透气防尘层27的下方。
39.在轴套14的内壁上还设置有落料定位孔16和装料定位孔17，可以在落料定位孔16和装料定位孔17中安装传感器用于检测传动螺母15的位置，落料定位孔16和装料定位孔17的设置位置需满足，当传动螺母15移动到落料定位孔16时，装料孔31与落料口32对齐，当传动螺母15移动到装料定位孔17时装料孔31与进料口33对齐。
40.本实施例常温下高活性铝便携式可控连续制氢装置100的使用过程如下：
41.首先，手动转动料罐1，连接盖2会随料罐1一起转动，但由于定位槽的阻挡作用，挡板3不能够随连接盖2一起转动，从而使得连接盖2与挡板3发生相对转动，从而使得挡板3不在遮挡连接盖2上的连接盖开口35，料罐1中的原料通过连接盖开口35和落料孔37落入落料桶4中；
42.然后打开电机20，电机20的输出轴带动丝杆18相对盖体10转动，因传动螺母15与活塞杆9固连，而活塞杆9与轴套14轴向滑动配合、轴套14又与盖体10固连，故活塞杆9只能够相对轴套14进行轴向的滑动，而不能发生转动，故丝杆18转动时传动螺母15带动活塞杆9一起相对丝杆18进行左右移动，而活塞杆9的右端设置有中空部，以方便活塞杆9向右运动时，丝杆18能够穿入活塞杆9右端的中空部中，保证活塞杆9能够进行左右往复运动，避免活塞杆9与丝杆18发生干涉。当活塞杆9向右运动到装料孔31与落料口32对齐，即装料孔31与落料口32同轴时，落料桶4中的原料通过落料口32落入装料孔31中，并将装料孔31填满，之后当活塞杆9向左运动到装满原料的装料孔31与进料口33对齐，即装料孔31与进料口33同轴时，装料孔31中的原料通过进料口33和落料管25落入反应釜22中，落入反应釜22中的原料与水反应生成氢气，氢气通过第二出气口21进入氢气净化系统，然后供给其它装置使用。
43.料罐1中的原料为金属粉，且优先采用活性铝粉，活性铝粉的能量密度高，在地壳中的储量是相对丰富的，价格便宜，产生的氢气也比较纯净，可以应用于现场实时制氢和燃料电池发电。
44.本实施例中送料机具有两方面的作用：一方面是送料，活塞杆9向左运动，进料口33和装料孔31在对齐的过程中，进行装料；活塞杆9向右运动，装料孔31和落料口32对齐过程中，开始落料；另一方面是密封，在整个运动过程中，进料口33、装料孔31和落料口32不会出现三孔同时连通的情况，克服了金属/水反应产氢导致的压力升高，致使难以落料的问题，此外保证制氢反应釜22内气体的密闭性。通过多重密封结构，保障反应釜22内气体的密封。其中以锂电池作为送料机构的初始动力能源，通过调节电机20的转速，实现送料速度的调节，最终实现氢气流量的控制。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。