一种卧式氢气发生器的制作方法

1.本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种卧式氢气发生器。


背景技术：

2.随着人们对于环境保护的日益重视，清洁能源受到了越来越多的关注。在众多的新兴清洁能源中，氢能作为一个重要研究议题，逐渐获得了较多的关注。目前生产氢气的主要方法有三种，分别为化石燃料制氢、电解水制氢和生物质制氢。其中，化石燃料制氢在目前所有的制氢生产中占据了最大的比例，达到95％；通过化石燃料和水蒸气进行部分氧化重整而获得氢气，相比之下成本较低、方法成熟，但存在较为严重的污染问题。电解水制氢方法较为环保，几乎无有害副产物，但生产过程中对于电能的消耗十分巨大。生物质制氢是一种新型的制氢技术，相对不如其他两种技术成熟，且制氢效率较低。
3.因此，铝水反应制氢作为一种制氢新方法受到了越来越多的关注。铝是地壳中蕴藏量最多的金属元素，来源广泛，价格相对低廉，密度相对较低。其作为一种新兴能源材料而在近年受到了广泛的关注。首先，铝水解反应具有很高的产氢量，可达1245ml/g，储氢值为11.1％，是一种十分理想的氢载体以及氢源。便携式铝水反应氢气发生器相比于储氢罐兼具安全、环保、装置简单、对装置要求较低等特点，因此应用范围更加广阔，可以广泛应用于汽车、航天等领域。
4.专利cn105366639a公开一种便携式自动控制铝水反应制氢设备，采用低熔点金属镓、铟、锡等进行合金化的活化铝与水反应制取氢气。该装置主要包括反应室、储氢罐和储液罐。储氢罐位于反应室上方，储液罐环绕反应室和储氢罐；将活化铝预先置于反应室之内，通过气动阀来调节水进入反应室的速度，产生的氢气进入储氢罐，其内部压力反馈到气动阀上，从而实现闭环控制，对外输出持续恒压的氢气。
5.该装置不足之处在于：1)该装置设计与制造较为复杂，气动阀部分的反馈实现较为困难，且反应前需要抽真空，因此需要另外附加真空泵等装置。2)该装置更换反应物较为困难。反应物活化铝是从反应装置底部加入反应室的，在反应过后，反应室充满液体，此时对于反应物的更换与添加十分困难。3)该装置利用的反应物为低熔点金属镓、铟、锡等进行合金化的活化铝，该反应物较为活泼，难以储存、携带，且在更换、运输的过程中存在一定的安全隐患。
6.专利cn1290220c公开一种电化学铝
‑
水储氢、制氢的方法及设备，该装置由铝合金极板
‑
电解液
‑
高活性析氢催化极板组成的两相循环过滤封闭体系构成。通过控制开关控制三通阀，以控制电解液从上方储液室流入下方反应室，并接通位于电化学铝
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水储氢、制氢体系之外的电路开关，从而产生氢气。三通阀的另外一个接通方式对应将电解液重新抽回上方储液室，从而与下方极板分离，同时断开外部电路，使得反应停止。
7.该装置的不足之处在于：1)该装置设计与制造较为复杂，同时高活性析氢催化极板的制造成本较高。2)该装置难以控制反应速度，即难以控制产生氢气的速率。3)该装置利用电化学过程产生氢气，此过程对于电能的消耗较大，能耗较高，且对于容器的安全性有较
高的要求。


技术实现要素：

8.本发明目的在于提供一种卧式氢气发生器，以圆形铝片和反应溶液进行反应产生氢气；通过电机驱动花键轴旋转，带动所有圆盘刷转动摩擦铝片表面去除铝表面钝化膜和可能产生的氢氧化铝沉淀，同时实现一定的微米制粉作用，促进反应的进行，在一定程度上控制反应的进行速度；结构简单，电能消耗小，并且安全性能高。
9.为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种卧式氢气发生器，包括左传动部、右工作部和壳体；
10.所述右工作部包括一工作腔和设置在工作腔内的转动部、若干铝反应部和若干清理部；所述铝反应部固连于工作腔，包括若干铝片；所述清理部固连于转动部，包括若干刷头，所述刷头抵接于铝片表面；所述转动部的输入端传动连接于左传动部，具有在反应腔内转动的自由度，并且转动部转动带动刷头摩擦铝片表面；所述壳体套装在右工作部外壁，其外壁上设置有一进水口和一出水口；所述进水口设置于壳体一端上部，用于向壳体内形成的反应腔内供应与铝片发生反应的反应液；所述出水口设置于进水口相对端的下部，用于向反应腔外侧排出反应废液。
11.进一步的，所述工作腔设置为一侧壁镂空的圆筒，所述转动部设置为沿圆筒轴向布置的花键轴，所述花键轴左端连接于左传动部；
12.所述花键轴位于圆筒内部的部分沿其轴向设置有若干反应工位，所述任一反应工位由一铝反应部和一清理部构成；所述铝反应部包括一固定支撑片、两个铝片和若干铝圆柱销，所述清理部包括两个刷头；所述固定支撑片套装在花键轴上，所述两个铝片分设贴合于固定支撑片两侧板面，所述固定支撑片固连于圆筒，两个铝片及固定支撑片采用铝圆柱销固定；所述两个刷头设置为圆盘刷，圆盘刷采用花键连接于花键轴，并且所述圆盘刷分设压合于两个铝片远离固定支撑片侧。
13.进一步的，所述右工作部还包括若干弹性部，所述弹性部设置在花键轴上，并且相邻两弹性部之间设置有一反应工位；所述弹性部在所述花键轴上处于压缩状态。
14.进一步的，所述左传动部包括电机、联轴器、短轴和万向节；所述电机输出端经联轴器连接于短轴，所述短轴远离联轴器的一端采用第一轴承连接壳体后延伸至反应腔内，并且短轴延伸至反应腔内的端部采用万向节连接于所述花键轴的左端部。
15.进一步的，所述壳体包括端盖、左法兰盖、右法兰盖和两端固连有法兰的无缝钢管；
16.所述无缝钢管的左端法兰固连于左法兰盖，所述端盖贴合设置在左法兰盖靠近左传动部侧，所述短轴依次贯通端盖和左法兰盖后伸入无缝钢管内，所述第一轴承设置在左法兰盖上的贯通孔内；
17.所述无缝钢管的右端法兰固连于右法兰盖，所述右法兰盖靠近工作腔一侧设置有沉孔，所述沉孔内设置有第二轴承，并且第二轴承连接于花键轴右端。
18.进一步的，所述工作腔内还设置有两个推力球轴承、左端推盖和右端推盖；
19.定义花键轴上左端第一个弹性部为第一弹性部、右端第一个弹性部为第二弹性部，则所述花键轴左、右端分别连接一个推力球轴承，并且左端推盖抵接设置在左侧的推力
球轴承和第一弹性部之间、右端推盖抵接设置在右侧的推力球轴承和第二弹性部之间。
20.进一步的，所述无缝钢管内壁设置有若干支撑板；所述支撑板板面设置有贯通板面的支撑孔，所述圆筒支撑设置在支撑孔内，并且支撑孔孔径适配于圆筒外径。
21.进一步的，所述圆筒设置为由两个沿轴向拼合的半圆筒构成；所述半圆筒上固定有一平行于其轴向的长键，所述长键固连固定支撑片，并且圆筒底部固连右法兰盖。
22.进一步的，所述弹性部为弹簧。
23.进一步的，所述圆盘刷的刷毛为不锈钢丝或铜丝。
24.由以上技术方案可知，本发明的技术方案获得了如下有益效果：
25.本发明公开的卧式氢气发生器，包括左传动部、右工作部和壳体；其中，右工作部包括一工作腔和设置在工作腔内且传动连接于左传动部的转动部、若干铝反应部和若干清理部；铝反应部固连于工作腔，包括若干铝片；清理部固连于转动部，包括若干刷头，刷头抵接于铝片表面；转动部具有在反应腔内转动的自由度，并且其转动带动刷头摩擦铝片表面；壳体套装在右工作部外壁，其外壁上设置有一进水口和一出水口，用于向壳体内供应反应液和排出反应废液。本发明通过刷头对铝片表面的摩擦可以去除铝表面的钝化膜，并起到微米制粉作用，在促进反应进行的同时，控制反应的进行速度；同时，刷头的摩擦能带走反应产生的氢氧化铝沉淀，并随水流排出，防止絮状沉淀附着在铝片表面阻碍制氢反应的进行。
26.本发明的反应器在使用时，整体倾斜，通过圆盘刷的旋转带动氢氧化铝通过构成工作腔的圆筒的侧面孔洞排出工作区，通过作为转动部的花键轴轴向旋转及水流的流动将氢氧化铝带走，反应后废液可经过过滤后重新进入壳体内循环使用。此外，反应器的左传动部通过单个电机带动多个工位同时工作，节约电能消耗；通过对铝片表面进行摩擦的方式实现对于铝表面钝化膜的去除，同时起到微米制粉的效果，促进铝水反应的进行的同时也可以控制反应的速率；另外，还可以实现中性条件下的铝水制氢，降低对于反应装置的要求，降低安全隐患，降低反应物成本；本发明装置可对反应过程产生的氢氧化铝絮状沉淀进行处理，使其排出装置外，防止絮状沉淀阻碍附着在铝表面阻碍制氢反应的进行。本发明反应器结构简单、体积小，易于携带，可以实现酸、碱、中性条件下的铝水反应，设计、制造、装配和维护成本低，安全环保。
27.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
28.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
29.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
30.图1为本发明卧式氢气发生器一实施例的正面剖视图(图4中b
‑
b视图)；
31.图2为本发明卧式氢气发生器一实施例的上视剖视图(图4中a
‑
a视图)；
32.图3为图1所示实施例的正面外观图；
33.图4为图1所示实施例的左视外观图；
34.图5为图1所示实施例的右视外观图；
35.图6为图1所示实施例的斜二测外观图。
36.图7为卧式氢气发生器右工作部分的全金属网斜二测视图；
37.图8为卧式氢气发生器右工作部分的半金属网斜二测视图；
38.图9为卧式氢气发生器右工作部分的半金属网主视图；
39.图10为卧式氢气发生器右工作部分的无金属网斜二测视图；
40.图11为卧式氢气发生器右工作部分的无金属网主视图。
41.图中，各标记的具体意义为：
[0042]1‑
电机，2
‑
电机夹头用轴，3
‑
联轴器，4
‑
短轴，5
‑
无缝钢管，6
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圆筒，7
‑
长键，8
‑
花键轴，9
‑
第一螺钉，11
‑
端盖，12
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第一轴承，13
‑
左法兰盖，14
‑
万向节，15
‑
第二螺钉，21
‑
第一推力球轴承，22
‑
左端推盖，31
‑
弹簧，32
‑
圆盘刷，33
‑
圆形铝片，34
‑
固定支撑片，35
‑
铝圆柱销，41
‑
右端推盖，42
‑
第二推力球轴承，43
‑
第三螺钉，44
‑
右法兰盖，45
‑
第二轴承，51
‑
进水口，52
‑
出水口。
具体实施方式
[0043]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
[0044]
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加，上、下、左、右等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0045]
基于现有技术公开的制氢装置都存在装置设计复杂，使用时能耗大，无法控制反应速度，以及对容器安全性要求高的技术问题；本发明旨在于提供一种卧式氢气发生器，通过一个电机带动多个反应工位上的刷头摩擦反应物铝片，同时达到去除氧化膜、微米制粉和避免产物氢氧化铝在铝片附着的作用，实现避免能源消耗，控制反应速度，安全性高的技术效果。
[0046]
下面结合附图所示的反应器的具体实施例图，对本发明的卧式氢气发生器作进一步具体介绍。
[0047]
本发明公开的卧式氢气发生器，包括左传动部、右工作部和壳体；右工作部包括一
工作腔和设置在工作腔内的转动部、若干铝反应部和若干清理部；其中，铝反应部固连于工作腔，包括若干铝片；清理部固连于转动部，包括若干刷头，刷头抵接于铝片表面；转动部的输入端传动连接于左传动部，具有在反应腔内转动的自由度，并且转动部转动带动刷头摩擦铝片表面；壳体套装在右工作部外壁，其外壁上设置有一进水口51和一出水口52；进水口51设置于壳体一端上部，用于向壳体内形成的反应腔内供应与铝片发生反应的反应液；出水口52设置于进水口51相对端的下部，用于向反应腔外侧排出反应废液。
[0048]
本发明采用一个传动部带动多个清理部摩擦铝片的方式，在减少电能消耗的前提下，一方面去除铝片表面氧化膜并实现部分微米制粉促进铝水反应的进行控制反应速率，另一方面阻挡氢氧化铝絮状沉淀在铝片表面沉淀，阻碍制氢反应的进行。
[0049]
结合图1、图2和图7所示，工作腔设置为一侧壁镂空的圆筒6，转动部设置为沿圆筒6轴向布置的花键轴8，花键轴8左端连接于左传动部；如图10所示，花键轴8位于圆筒6内部的部分沿其轴向设置有若干反应工位，任一反应工位由一铝反应部和一清理部构成。具体的，铝反应部包括一固定支撑片34、两个铝片和若干铝圆柱销35，清理部包括两个刷头；安装时，固定支撑片34套装在花键轴8上，两个铝片分设贴合于固定支撑片34两侧板面，固定支撑片34固连于圆筒6，两个铝片采用圆形铝片33，圆形铝片33及固定支撑片34采用铝圆柱销35固定；两个刷头设置为圆盘刷32，圆盘刷32采用花键连接于花键轴8，并且圆盘刷32分设压合于两个圆形铝片33远离固定支撑片34侧。
[0050]
为了实现随着铝水反应的进行圆盘刷32始终贴合圆形铝片33表面摩擦，右工作部还包括若干弹性部，弹性部设置在花键轴8上，并且相邻两弹性部之间设置有一反应工位；弹性部在所述花键轴8上处于压缩状态。
[0051]
在附图所示的实施例中，圆筒6设计为镂空金属网结构，圆盘刷32的刷毛可采用不锈钢丝或铜丝等金属材料；弹性部采用弹簧31，如图11所示，在一些其它的实施例中，弹性部可以采用能发生弹性形变的其它弹性结构。
[0052]
结合图3至图5所示的实施例，左传动部包括电机1、联轴器3、短轴4和万向节14；其中，电机1输出端连接电机夹头用轴2后经联轴器3连接于短轴4，短轴4远离联轴器3的一端采用第一轴承12连接壳体后延伸至反应腔内，并且短轴4延伸至反应腔内的端部采用万向节14连接于花键轴8的左端部。
[0053]
结合图6所示的实施例，壳体包括端盖11、左法兰盖13、右法兰盖44和两端固连有法兰的无缝钢管5；其中，无缝钢管5的左端法兰固连于左法兰盖13，端盖11采用第二螺钉贴合固置在左法兰盖13靠近左传动部侧，短轴4依次贯通端盖11和左法兰盖13后伸入无缝钢管5内，第一轴承12设置在左法兰盖13上的贯通孔内；无缝钢管5的右端法兰固连于右法兰盖44，右法兰盖44靠近工作腔一侧设置有沉孔，沉孔内设置有第二轴承45，并且第二轴承45连接于花键轴8右端。
[0054]
在图1和图2所示的实施例中，工作腔内还设置有两个推力球轴承、左端推盖22和右端推盖41；定义花键轴8上左端第一个弹性部为第一弹性部、右端第一个弹性部为第二弹性部，则花键轴8左、右端分别连接一个推力球轴承，分别记为第一推力球轴承21、第二推力球轴承42，并且左端推盖22抵接设置在第一推力球轴承21和第一弹性部之间、右端推盖41抵接设置在第二推力球轴承42和第二弹性部之间。工作时，左端推盖22的右侧抵接弹簧31左侧，右端推盖41的左侧抵接弹簧31右侧。
[0055]
另外，为了确保圆筒6在无缝钢管5内稳定固定，无缝钢管5内壁设置有若干支撑板；支撑板板面设置有贯通板面的支撑孔，圆筒6支撑设置在支撑孔内，并且支撑孔孔径适配于圆筒6外径。
[0056]
结合图7至图9所示，实施例中，圆筒6设置为由两个沿轴向拼合的半圆筒构成，两个半圆筒采用第一螺钉9与螺母紧固；所述构成圆筒6的一个半圆筒上固定有平行于其轴向的长键7，长键7固连固定支撑片34，并且圆筒6底部采用第三螺钉43和螺母固连右法兰盖41。
[0057]
本发明公开的卧式氢气发生器一般包括n个反应工位、n个固定支撑片34、n 1个弹簧31、2n个圆盘刷32、2n个圆形铝片33，以及用于固定支撑片3和圆形铝片33的2n个铝圆柱销35，其中，n为大于1的自然数。
[0058]
组装时，首先对右工作部的各个反应工位进行组装，每个反应工位首先取一个固定支撑片34，取两片圆形铝片33，将两圆形铝片33通过两个铝圆柱销35固定在固定支撑片34上，取两个圆盘刷32对向放置，刷毛与圆形铝片33接触并同轴放置；取花键轴8，从左到右依次装入第一推力球轴承21、左端推盖22、弹簧31、工位1、弹簧31、工位2、弹簧31
…
工位n
‑
1、弹簧31、工位n、弹簧31、右端推盖41、第二推力球轴承42；取半边固定了长键7且侧壁镂空的半圆筒，将上述安装了n个工位的花键轴8上的部件向中间压紧，装入半圆筒；取另半边固定了长键7的半圆筒对接封装；取右法兰盖44，装入第二推力球轴承42、将上述安装了内部部件的圆筒与右法兰盖44固定。至此右工作部分安装完毕。取左法兰盖13，装入第二轴承12，一般为深沟球轴承，安装端盖11将第一轴承12固定；取短轴4与第二轴承12安装，在短轴4右端安装万向节14，在短轴4左端顺序安装联轴器3、电机夹头用轴2，并安装至电机1上。至此左端传动部分安装完毕。取无缝钢管5，将左传动部的万向节14与右工作部的花键轴8对接，并用螺钉螺母将法兰对接固定，从而将无缝钢管5与左传动部、右工作部连接，完成卧式氢气发生器的整体组装。
[0059]
本发明设计的卧式氢气发生器的运行方法如下：通过进水口51向壳体内注满水，在电机1启动时，通过联轴器带动短轴4，通过万向节14带动花键轴8，通过花键轴8上的花键带动各个反应工位的圆盘刷32旋转；此时圆形铝片33通过铝圆柱销35与固定支撑片34与长键7固定，长键7与圆筒6固连，圆筒6固定在右法兰盖44上，即实现了与卧式氢气发生器整体外壳的固定。因此在卧式氢气发生器运行的过程中，圆形铝片33固定不动，如此方法，圆盘刷32对圆形铝片33表面进行摩擦，起到去除表面钝化膜和微米制粉的作用。
[0060]
本发明的卧式氢气发生器运行时，呈倾斜放置，在本实施例中，卧式氢气发生器采取左端在下，右端在上的倾斜方式，如图进水口51倾斜在上，出水口52倾斜在下。如此角度是的反应产生的氢氧化铝沉淀可通过内部旋转的螺旋带动汇集于出水口52处并由出水口52排出。排除的废液可进一步经过循环过滤装置过滤后由进水口51注回壳体内。
[0061]
该卧式氢气发生器更换反应用铝片的方法，按照上述卧式氢气发生器的组装过程逆进行，直至取下各反应工位上的圆形铝片33，从而更换新的铝片；更换后，按照上述卧式氢气发生器的组装过程进行组装，实现所述卧式氢气发生器反应用铝片的更换。本实施例中，所述反应液为水。在其他实施例中，反应液可以为酸性水溶液、碱性水溶液或盐溶液。
[0062]
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因
此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。