一种实验室制氢设备的制作方法

1.本发明涉及制氢设备技术领域。具体地说是一种实验室制氢设备。


背景技术：

2.随着人们对清洁燃料的需求日趋明显，氢能由于具有燃烧热值高的特点，燃烧产物是水，是干净的能源，且资源丰富，可持续发展等优势，逐渐受到人们的青睐。
3.利用金属铝或镁与水反应制取氢气，是制氢的手段之一，然而铝镁的表层存在氧化膜，阻碍了其与水的进一步反应，且制氢时可控性较差。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种便于控制制取过程且能够防止氧化膜阻碍反应的一种实验室制氢设备。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种实验室制氢设备，包括反应罐，所述反应罐内安装有研磨机构，所述反应罐的底部上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端穿入所述反应罐内并与所述研磨机构驱动连接；所述反应罐的顶部固定安装有储料斗、储气供水机构和供水调控机构，所述储料斗的出料端上安装有出料控制机构，所述出料控制机构的出料端上连通有供料管，所述供料管穿入所述反应罐内并与所述研磨机构的进料口连通，所述反应罐的顶部通过进气管与所述供水调控机构的进气端流体导通，所述进气管上装有单向阀，所述供水调控机构的出气端通过出气管与所述储气供水机构的进气端流体导通，所述储气供水机构的出水端与所述供水调控机构的进水端流体导通，所述供水调控机构的出水端通过供水管与所述研磨机构的进水端导通，所述储气供水机构的伸缩端与所述出料控制机构的动力输入端驱动连接。
6.上述一种实验室制氢设备，所述研磨机构包括上研磨盘和下研磨盘，所述反应罐的内底壁上安装有回转托盘，所述下研磨盘安装在所述回转托盘上，所述上研磨盘转动安装在所述下研磨盘上，所述上研磨盘的研磨面上和所述下研磨盘的研磨面上均设置有研磨齿并且相互贴合，所述驱动电机的输出轴与所述下研磨盘驱动连接；所述上研磨盘顶部上沿其轴向开设有活塞腔，所述活塞腔内滑动密封配合有活塞柱，所述活塞柱的顶部同轴固定连接有固定柱，所述固定柱的顶端与所述反应罐的内顶壁固定连接；所述活塞腔的侧壁下部沿其轴向固定连接有卡块，所述活塞柱的侧壁下部沿其轴向开设有与所述卡块相互配合的凹槽。
7.上述一种实验室制氢设备，所述上研磨盘表面沿其轴向贯穿开设有进料口，所述进料口内倾斜设置有分散网，所述分散网的一端靠近所述上研磨盘的顶部，所述分散网的另一端靠近所述上研磨盘的底部，所述供料管的出料端设置在所述分散网较高的一端上方。
8.上述一种实验室制氢设备，所述上研磨盘的顶部靠近轴心位置处同轴开设有供水槽，所述供水槽的槽底上贯穿上研磨盘开设有供水孔道，所述供水孔道与所述上研磨盘的
轴线距离小于所述进料口与所述上研磨盘的轴线距离，所述供水管的出水端插入所述供水槽内。
9.上述一种实验室制氢设备，所述储气供水机构包括缸筒、活塞和活塞杆，所述活塞密封滑动配合在所述缸筒内，所述活塞杆的第一端与所述活塞的侧壁固定连接，所述活塞杆的第二端穿出所述缸筒的第二端端部，且所述活塞杆与所述缸筒的端部之间安装有密封环，所述活塞第一端与所述缸筒的第一端之间形成储气腔，所述活塞第二端与所述缸筒的第二端之间形成储液腔，所述缸筒的第一端上流体导通有所述出气管，所述缸筒的第二端通过管路与所述供水调控机构的进水端流体导通；所述缸筒通过固定夹固定安装在所述反应罐的顶部上，所述活塞杆的第二端与所述出料控制机构的动力输入端驱动连接。
10.上述一种实验室制氢设备，所述出料控制机构包括滑动框和滑动板，所述滑动框的顶部与所述储料斗的出料端固定连接并连通，所述滑动框的底部与所述供料管的进料端固定连接并连通，所述滑动板滑动配合在所述滑动框内，所述滑动板的表面开设有与所述供料管内径相同的出料口，所述滑动框的第一端内安装有第二弹簧，所述第二弹簧的另一端与所述滑动板的第一端固定连接，所述滑动框的第二端底部开设有滑道，所述滑道内滑动配合有卡块，所述卡块的顶端与所述滑动板的底壁固定连接，所述滑动框的第二端顶部上设置有减速条。
11.上述一种实验室制氢设备，所述出料控制机构还包括槽型导轨、推板和连接板，所述槽型导轨平行固定安装在所述滑动框的底部上，所述推板滑动配合在所述槽型导轨内，所述推板靠近所述供料管的一端顶部上固定连接有凸块，所述推板远离所述供料管的一端上抵顶有顶块，所述顶块的端部突出所述槽型导轨，所述槽型导轨的内侧壁上沿其长度方向开设有直线滑槽，所述顶块的侧壁上固定连接有直线滑块，所述直线滑块滑动配合在所述直线滑槽内，所述槽型导轨靠近所述供料管的一端内底壁上固定连接有垫板，所述垫板的厚度大于所述推板与所述凸块的厚度之和，所述垫板远离所述供料管的一端端面为倾斜面，所述槽型导轨的侧壁上开设有导向槽，所述导向槽内滑动配合有限位柱，所述限位柱的一端与所述推板的侧壁固定连接；所述连接板通过支撑架滑动装在所述反应罐的顶部上，且所述连接板位于槽型导轨远离所述供料管的一端侧面，所述连接板的形状为l形，所述连接板较长的一侧与所述槽型导轨垂直设置，所述连接板较长的一侧壁面上沿其长度方向设置有两个以上的楔块，所述顶块突出所述槽型导轨的一端两侧上均设置有滚轴，所述滚轴抵顶在所述楔块的倾斜面上；所述储气供水机构的伸缩端抵顶在所述连接板较短的一端侧壁上。
12.上述一种实验室制氢设备，所述供水调控机构包括支撑座、联板、气囊和流量控制组件，所述支撑座固定连接在所述反应罐的顶部上，所述联板的中间通过销轴与所述支撑座铰接，所述联板的一端底部设置有所述气囊，所述联板的另一端下方设置有所述流量控制组件，所述气囊和所述流量控制组件均安装在所述反应罐的顶部上；所述气囊的一端通过进气管与所述反应罐的顶部流体导通，所述气囊的另一端通过出气管与所述储气供水机构的进气端流体导通；所述流量控制组件的进水端通过管路与所述储气供水机构的出水端流体导通，所述流量控制组件的出水端通过所述供水管与所述研磨机构的进水端流体导通。
13.上述一种实验室制氢设备，所述流量控制组件包括外筒和柱塞，所述柱塞滑动密
封配合在所述外筒内，所述外筒固定安装在所述反应罐的顶部上，所述外筒的内壁一侧开设第一空腔，所述外筒的内壁另一侧开设有第二空腔，所述柱塞的侧壁上贯穿开设有导通孔，所述第二空腔通过管路与所述储气供水机构的出水端流体导通，所述第一空腔通过供水管与所述研磨机构的进水端流体导通；所述外筒的内底壁上设置有顶板，所述顶板与所述柱塞的底端之间安装有第一弹簧，所述顶板的底部上固定安装有连接柱，所述外筒的底部开设有调节腔，所述调节腔内安装有调节块，所述连接柱的底端穿入所述调节腔内并抵顶在所述调节块的顶部上，所述外筒的侧壁上开设有与所述调节腔贯通的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有螺杆，所述螺杆的一端与所述调节块的侧壁转动连接，所述螺杆的另一端穿出所述外筒；所述柱塞的顶部固定连接有连接环，所述联板的底部上固定连接有挂钩，所述挂钩的端部插入所述连接环内。
14.上述一种实验室制氢设备，所述储料斗的侧壁上流体打通有导气管，所述导气管与所述反应罐流体导通，所述储料斗的顶部密封配合有密封盖；所述反应罐的一侧下部设置有排气阀。
15.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
16.1、本发明，通过设置研磨机构，能够对固体金属原料进行粉碎细化，并同时与水进行反应，利用机械化的方法破碎氧化膜，使水能够与铝持续的反应制取氢气，方法、结构和成本相较于现有的做法均较低，同时减少了药剂的投入，有利于环保生产；且在不断的反应过程中，金属铝不断的细化，能够不断的提高反应接触面积，从而提高反应速率，并使反应充分，提高金属原料的利用率；在制取氢气时，会放出一定的热量，由于反应处在上研磨盘和下研磨盘之间的缝隙内，能够利用上研磨盘和下研磨盘将热量均匀的分散开，避免了热量堆积，且上研磨盘升温后，活塞腔内气体膨胀，施加作用力至上研磨盘，提高研磨压力，提高对金属原料的粉碎细化效果。
17.2、本发明，通过设置储气供水机构，首先能够将氢气直接存储在其内部，并且能够利用制取氢气产生的量控制加水量，以提高对反应过程的控制效果；通过设置供水调控机构，当氢气产出速度过快时，能够控制减少供水量，从而控制减少氢气产量，当产出氢气速度过慢时，能够增加供水量，以提高氢气产量，从而达到调控氢气产生速度，并使制氢速度趋于稳定的目的。
18.3、本发明，通过设置出料控制机构，能够利用氢气的压力驱动活塞杆运动后，不断的开启滑动板，从而实现间断的自动加入固体原料，便于进行自动加料，且加料的速度受到制取氢气速度的控制。
附图说明
19.图1本发明的立体结构示意图；
20.图2本发明的正视剖面结构示意图；
21.图3本发明上研磨盘的立体结构示意图；
22.图4本发明上研磨盘进料口处的侧视剖面结构示意图；
23.图5本发明上研磨盘的俯视剖面结构示意图；
24.图6本发明储气供水机构的正视剖面结构示意图；
25.图7本发明出料控制机构的正视剖面结构示意图；
26.图8本发明出料控制机构的立体结构示意图；
27.图9本发明槽型导轨的正视剖面结构示意图；
28.图10本发明供水调控机构的正视剖面结构示意图。
29.图中附图标记表示为：1-反应罐；2-驱动电机；3-排气阀；4-储料斗；401-导气管；402-密封盖；5-储气供水机构；501-缸筒；502-活塞；503-活塞杆；6-供水调控机构；601-联板；602-支撑座；603-气囊；604-出气管；605-进气管；606-外筒；607-柱塞；608-第一空腔；609-第二空腔；610-导通孔；611-第一弹簧；612-调节腔；613-调节块；614-连接柱；615-顶板；616-螺杆；617-连接环；618-挂钩；7-出料控制机构；701-滑动框；702-第二弹簧；703-滑动板；704-出料口；705-滑道；706-卡块；707-槽型导轨；708-垫板；709-推板；710-凸块；711-导向槽；712-限位柱；713-顶块；714-连接板；715-楔块；716-减速条；8-支撑腿；9-上研磨盘；10-下研磨盘；11-固定柱；12-供料管；13-进料口；14-供水管；15-活塞柱；16-回转托盘；17-供水槽；18-研磨齿；19-供水孔道；20-分散网；21-活塞腔；22-卡块。
具体实施方式
30.本实施例中的一种实验室制氢设备，请参阅图1-2，包括反应罐1，所述反应罐1内安装有研磨机构，所述反应罐1的底部上安装有驱动电机2，所述驱动电机2的输出端穿入所述反应罐1内并与所述研磨机构驱动连接；所述反应罐1的顶部固定安装有储料斗4、储气供水机构5和供水调控机构6，所述储料斗4的出料端上安装有出料控制机构7，所述出料控制机构7的出料端上连通有供料管12，所述供料管12穿入所述反应罐1内并与所述研磨机构的进料口13连通，所述反应罐1的顶部通过进气管605与所述供水调控机构6的进气端流体导通，所述进气管605上装有单向阀，所述供水调控机构6的出气端通过出气管604与所述储气供水机构5的进气端流体导通，所述储气供水机构5的出水端与所述供水调控机构6的进水端流体导通，所述供水调控机构6的出水端通过供水管14与所述研磨机构的进水端导通，所述储气供水机构5的伸缩端与所述出料控制机构7的动力输入端驱动连接；所述储料斗4的侧壁上流体打通有导气管401，所述导气管401与所述反应罐1流体导通，所述储料斗4的顶部密封配合有密封盖402；所述反应罐1的一侧下部设置有排气阀3，通过设置研磨机构，能够对固体金属原料进行粉碎细化，并同时与水进行反应，利用机械化的方法破碎氧化膜，使水能够与铝持续的反应制取氢气，方法、结构和成本相较于现有的做法均较低，同时减少了药剂的投入，有利于环保生产，在不断的反应过程中，金属铝不断的细化，能够不断的提高反应接触面积，从而提高反应速率，并使反应充分，提高金属原料的利用率。
31.如图2所示，所述研磨机构包括上研磨盘9和下研磨盘10，所述反应罐1的内底壁上安装有回转托盘16，所述下研磨盘10安装在所述回转托盘16上，所述上研磨盘9转动安装在所述下研磨盘10上，所述上研磨盘9的研磨面上和所述下研磨盘10的研磨面上均设置有研磨齿18并且相互贴合，所述驱动电机2的输出轴与所述下研磨盘10驱动连接；所述上研磨盘9顶部上沿其轴向开设有活塞腔21，所述活塞腔21内滑动密封配合有活塞柱15，所述活塞柱15的顶部同轴固定连接有固定柱11，所述固定柱11的顶端与所述反应罐1的内顶壁固定连接；如图5所示，所述活塞腔21的侧壁下部沿其轴向固定连接有卡块22，所述活塞柱15的侧壁下部沿其轴向开设有与所述卡块22相互配合的凹槽，在制取氢气时，会放出一定的热量，由于反应处在上研磨盘9和下研磨盘10之间的缝隙内，能够利用上研磨盘9和下研磨盘10将
热量均匀的分散开，避免了热量堆积，且上研磨盘9升温后，活塞腔21内气体膨胀，施加作用力至上研磨盘9，提高研磨压力，提高对金属原料的粉碎细化效果。
32.如图4、图5所示，所述上研磨盘9表面沿其轴向贯穿开设有进料口13，所述进料口13内倾斜设置有分散网20，所述分散网20的一端靠近所述上研磨盘9的顶部，所述分散网20的另一端靠近所述上研磨盘9的底部，所述供料管12的出料端设置在所述分散网20较高的一端上方；所述上研磨盘9的顶部靠近轴心位置处同轴开设有供水槽17，所述供水槽17的槽底上贯穿上研磨盘9开设有供水孔道19，所述供水孔道19与所述上研磨盘9的轴线距离小于所述进料口13与所述上研磨盘9的轴线距离，所述供水管14的出水端插入所述供水槽17内。
33.如图6所示，所述储气供水机构5包括缸筒501、活塞502和活塞杆503，所述活塞502密封滑动配合在所述缸筒501内，所述活塞杆503的第一端与所述活塞502的侧壁固定连接，所述活塞杆503的第二端穿出所述缸筒501的第二端端部，且所述活塞杆503与所述缸筒501的端部之间安装有密封环，所述活塞502第一端与所述缸筒501的第一端之间形成储气腔，所述活塞502第二端与所述缸筒501的第二端之间形成储液腔，所述缸筒501的第一端上流体导通有所述出气管604，所述缸筒501的第二端通过管路与所述供水调控机构6的第二空腔609流体导通；所述缸筒501通过固定夹固定安装在所述反应罐1的顶部上，所述活塞杆503的第二端与所述出料控制机构7的连接板714驱动连接，通过设置储气供水机构5，首先能够将氢气直接存储在其内部，并且能够利用制取氢气产生的量控制加水量，以提高对反应过程的控制效果。
34.如图7所示，所述出料控制机构7包括滑动框701和滑动板703，所述滑动框701的顶部与所述储料斗4的出料端固定连接并连通，所述滑动框701的底部与所述供料管12的进料端固定连接并连通，所述滑动板703滑动配合在所述滑动框701内，所述滑动板703的表面开设有与所述供料管12内径相同的出料口704，所述滑动框701的第一端内安装有第二弹簧702，所述第二弹簧702的另一端与所述滑动板703的第一端固定连接，所述滑动框701的第二端底部开设有滑道705，所述滑道705内滑动配合有卡块706，所述卡块706的顶端与所述滑动板703的底壁固定连接，所述滑动框701的第二端顶部上设置有减速条716，通过设置出料控制机构7，能够利用氢气的压力驱动活塞杆503运动后，不断的开启滑动板703，从而实现间断的自动加入固体原料，便于进行自动加料，且加料的速度受到制取氢气速度的控制。
35.如图8、图9所示，所述出料控制机构7还包括槽型导轨707、推板709和连接板714，所述槽型导轨707平行固定安装在所述滑动框701的底部上，所述推板709滑动配合在所述槽型导轨707内，所述推板709靠近所述供料管12的一端顶部上固定连接有凸块710，所述推板709远离所述供料管12的一端上抵顶有顶块713，所述顶块713的端部突出所述槽型导轨707，所述槽型导轨707的内侧壁上沿其长度方向开设有直线滑槽，所述顶块713的侧壁上固定连接有直线滑块，所述直线滑块滑动配合在所述直线滑槽内，所述槽型导轨707靠近所述供料管12的一端内底壁上固定连接有垫板708，所述垫板708的厚度大于所述推板709与所述凸块710的厚度之和，所述垫板708远离所述供料管12的一端端面为倾斜面，所述槽型导轨707的侧壁上开设有导向槽711，所述导向槽711内滑动配合有限位柱712，所述限位柱712的一端与所述推板709的侧壁固定连接；所述连接板714通过支撑架滑动装在所述反应罐1的顶部上，且所述连接板714位于槽型导轨707远离所述供料管12的一端侧面，所述连接板714的形状为l形，所述连接板714较长的一侧与所述槽型导轨707垂直设置，所述连接板714
较长的一侧壁面上沿其长度方向设置有两个以上的楔块715，所述顶块713突出所述槽型导轨707的一端两侧上均设置有滚轴，所述滚轴抵顶在所述楔块715的倾斜面上；所述储气供水机构5的伸缩端抵顶在所述连接板714较短的一端侧壁上。
36.如图10所示，所述供水调控机构6包括支撑座602、联板601、气囊603和流量控制组件，所述支撑座602固定连接在所述反应罐1的顶部上，所述联板601的中间通过销轴与所述支撑座602铰接，所述联板601的一端底部设置有所述气囊603，所述联板601的另一端下方设置有所述流量控制组件，所述气囊603和所述流量控制组件均安装在所述反应罐1的顶部上；所述气囊603的一端通过进气管605与所述反应罐1的顶部流体导通，所述气囊603的另一端通过出气管604与所述缸筒501的第一端流体导通；所述流量控制组件的进水端通过管路与所述储气供水机构5的出水端流体导通，所述流量控制组件的出水端通过所述供水管14与所述研磨机构的进水端流体导通，通过设置供水调控机构6，当氢气产出速度过快时，能够控制减少供水量，从而控制减少氢气产量，当产出氢气速度过慢时，能够增加供水量，以提高氢气产量，从而达到调控氢气产生速度，并使制氢速度趋于稳定的目的。
37.所述流量控制组件包括外筒606和柱塞607，所述柱塞607滑动密封配合在所述外筒606内，所述外筒606固定安装在所述反应罐1的顶部上，所述外筒606的内壁一侧开设第一空腔608，所述外筒606的内壁另一侧开设有第二空腔609，所述柱塞607的侧壁上贯穿开设有导通孔610，所述第二空腔609通过管路与所述储气供水机构5的出水端流体导通，所述第一空腔608通过供水管14与所述研磨机构的供水槽17流体导通；所述外筒606的内底壁上设置有顶板615，所述顶板615与所述柱塞607的底端之间安装有第一弹簧611，所述顶板615的底部上固定安装有连接柱614，所述外筒606的底部开设有调节腔612，所述调节腔612内安装有调节块613，所述连接柱614的底端穿入所述调节腔612内并抵顶在所述调节块613的顶部上，所述外筒606的侧壁上开设有与所述调节腔612贯通的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有螺杆616，所述螺杆616的一端与所述调节块613的侧壁转动连接，所述螺杆616的另一端穿出所述外筒606；所述柱塞607的顶部固定连接有连接环617，所述联板601的底部上固定连接有挂钩618，所述挂钩618的端部插入所述连接环617内。
38.工作流程：使用时，向储料斗4内加入铝粉末，然后关闭密封盖402，初始状态下，如图6所示，活塞502靠近并贴合缸筒501的一端，活塞502的另一端充满水；
39.初始时，先手动加一次铝粉，加料时，如图8图9所示，推动顶块713，带动推板709向一侧运动，推板709运动时，其前端顺垫板708的斜面运动，其两侧的限位柱712在导向槽711运动，使推板709的两端同时不断的上升并前进，最终凸块710抵顶卡块706并推动滑动板703随之前进，如图7所示，滑动板703运动后挤压第二弹簧702，当推动顶块713至极限位置后，快速松开顶块713，第二弹簧702回弹并推动滑动板703运动，并推动推板709复位，推板709复位的同时会下降，当推板709下降后，解除了对滑动板703运动的限制，由于滑动板703在前进时具有一定的惯性，运动至原位后继续向前运动，在此过程中，使出料口704与储料斗4的出料口对齐，铝粉料通过出料口704进入供料管12，当滑动板703接触到减速条716后进行减速，减速条716为橡胶凸起颗粒，滑动板703接触减速条716后增加摩擦力减速，增加出料口704与储料斗4的出料口对齐的时间，增加落料量，此时第二弹簧702处于拉伸状态，第二弹簧702收缩，拉动滑动板703恢复至如图7所示的状态，完成初次落料；
40.完成加入铝粉料后，可以进行一次加水，加水可以通过外接的管路进行，如在供水
管14上连接三通接头，进行首次供水，供水完成后将三通接头关闭；
41.启动驱动电机2，带动下研磨盘10转动，回转托盘16可以是推力轴承或类似结构，铝粉料进入供料管12后落入到供料管12内的分散网20上，由于分散网20倾斜设置，在重力和下研磨盘10转动产生的振动双重作用下，铝粉顺分散网20的斜度下滑并不断的漏下，在下研磨盘10上形成均匀的粉料层，随着下研磨盘10的转动，金属粉料在上研磨盘9和下研磨盘10之间不断的被细化并与水反应，产生氢气，可以打开排气阀3，将反应罐1内其余气体排出，然后关闭排气阀3，随着反应的不断进行，反应罐1内氢气压力升高，通过进气管605进入气囊603内，再通过出气管604进入缸筒501，并推动活塞502向一侧运动，并挤压水进入供水槽17，在重力作用下，水通过供水孔道19流至上研磨盘9和下研磨盘10之间，与铝进行反应，未产生氢气状态下，气囊603收缩，在第一弹簧611的作用下，顶动柱塞607位于上极限位置，即导通孔610的两端完全与第一空腔608和第二空腔609重合，水能够快速的通过，此时联板601位于气囊603的一端较低；当产生氢气后，由于活塞502运动和挤压水均存在一定的压力，氢气进入气囊603后，使气囊603膨胀，并顶动联板601，使其水平，此时加水量和氢气量处于稳定；当氢气产量过大时，气囊603继续膨胀，使联板601气囊603端较高，并挤压柱塞607，使导通孔610与第一空腔608和第二空腔609错开，控制水流量，从而减少加入水量，以减慢产生氢气量；当氢气量过少时，气囊603收缩，使导通孔610与第一空腔608和第二空腔609重合，加大了流体通过面积，便于水快速通过。
42.当氢气推动活塞502时，同步的带动活塞杆503伸出，并推动连接板714前进，使楔块715不断的压紧顶块713，使其收缩，然后以初次手动加料相同的原理，进行加入粉料，当楔块715经过顶块713后，顶块713失去支撑并复位，实现加料，这样加料能够避免在顶动滑动板703时加料，避免出料口704处于长时间导通，造成加料过多。
43.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。