專利名稱：一種注水式氫氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制氫技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種注水式氫氣發(fā)生器。
背景技術(shù)：
在眾多的新能源中，氫能是二十一世紀(jì)最理想的能源，但是氫能源的發(fā)展由于制造氫氣的價(jià)格昂貴而受到制約，氫氣生產(chǎn)的方法主要有裂化石油氣、水煤氣分離、電解水等，但其成本比礦物燃料要貴2 3倍。此外氫燃料電池已經(jīng)有了長足的發(fā)展，作為燃料的氫氣的儲(chǔ)存也一直是個(gè)難題。氫氣的儲(chǔ)存技術(shù)主要有高壓氫氣、液態(tài)氫氣、氫氣吸收合金、 納米碳管儲(chǔ)氫，有機(jī)氫氣化合物等技術(shù)正在被開發(fā)中，但每種儲(chǔ)氫技術(shù)都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。市場中的氫氣發(fā)生器往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且體積較為龐大，不適合移動(dòng)設(shè)備使用，大部分還需要外部電源，且不適合配套小型燃料電池?cái)y帶使用。經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)申請?zhí)枮?00810153976. 7，公開號(hào)為CN101748419A，專利名稱為 “一種鋰錠電化學(xué)制備氫氣的方法”的發(fā)明專利，采用帶有電極引線、帶有厚度為lMffl-500Mffl 鋰離子導(dǎo)電膜保護(hù)的鋰錠陽極；再選用帶有電極引線的導(dǎo)電石墨作為析氫陰極；在陰極上方設(shè)置有一個(gè)氫氣存儲(chǔ)器；在陽極電極引線和陰極電極引線之間串聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)開關(guān)；將LiCl水溶液作為電解液倒入制氫電解槽，制氫電解槽上面蓋上密封蓋；閉合開關(guān)，陰極上有氫氣析出。上述技術(shù)由于在電解槽中通過LiCl水溶液電解液進(jìn)行電解制氫，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、不便于攜帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種攜帶方便，成本低廉，操作簡單，安全性好，氫氣產(chǎn)量高，使用壽命長的注水式氫氣發(fā)生器。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是
一種注水式氫氣發(fā)生器，包括密封固裝后內(nèi)部形成空腔的殼體和上蓋，殼體下端壁上有排水口、上蓋頂部有注水口和出氫口，所述空腔中置有固定于殼體和上蓋之間的隔板，其特點(diǎn)是隔板下面密封固裝底部帶有反應(yīng)孔的反應(yīng)室；反應(yīng)室外周的隔板上有液氣孔；所述反應(yīng)室內(nèi)底部周邊密封粘結(jié)有微晶陶瓷膜，微晶陶瓷膜上自下至上置有鋰錠和彈簧。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案
所述微晶陶瓷膜與鋰錠之間還置有電解質(zhì)膜，所述電解質(zhì)膜為0. 2mm Imm的膠體膜或磁控濺射在微晶陶瓷膜表面厚度為0. 5 μ m 2 μ m的LIPON膜。所述鋰錠與彈簧之間置有不銹鋼推板。所述隔板一端面上有固裝反應(yīng)室的裙邊，裙邊內(nèi)底部置有與底部尺寸相同的耐堿膠片作為反應(yīng)室密封墊片，所述液氣孔位于裙邊外隔板的端面上；所述隔板上還置有尺寸大于隔板的耐堿膠片作為隔板密封墊片。所述殼體、反應(yīng)室、推板、隔板、上蓋均為不銹鋼材料。所述彈簧為不銹鋼彈簧。
所述殼體內(nèi)徑上制有內(nèi)徑與隔板外徑尺寸相同的凹槽、所述上蓋內(nèi)徑上有壓制隔板的擋臺(tái)。所述隔板與反應(yīng)室為螺紋連接；所述殼體與上蓋為螺紋連接。所述反應(yīng)室內(nèi)底部周邊由硅膠將微晶陶瓷膜密封粘結(jié)為一體。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
1、本發(fā)明由于采用了純鋰作為鋰錠，由微晶陶瓷隔膜與水隔離反應(yīng)獲得高純度氫氣， 結(jié)構(gòu)簡單、攜帶和操作方便，成本低廉，安全性好，氫氣產(chǎn)量高，適于配套于小型燃料電池的使用。2、本發(fā)明采用了彈簧經(jīng)推板推動(dòng)鋰錠，保持制氫消耗中的鋰錠始終與電解質(zhì)膜持續(xù)接觸，保證制氫過程中鋰錠能夠完全消耗，減少了鋰錠的浪費(fèi)，降低了制氫的成本，提高了氫氣的產(chǎn)量；
3、本發(fā)明在微晶陶瓷膜和鋰錠之間加設(shè)了電解質(zhì)膜，降低了鋰錠與微晶陶瓷膜的界面阻抗，加速了鋰錠與水的反應(yīng)，進(jìn)一步提高了氫氣的生成速率。4、本發(fā)明采用了不銹鋼材料制作推板、隔板、反應(yīng)室、殼體和推板，耐微堿腐蝕，并能反復(fù)使用，延長了裝置的使用壽命。5、本發(fā)明采用螺紋連接，當(dāng)鋰錠完全消耗后，裝填新的鋰錠后繼續(xù)投入使用，裝置可長期使用，降低了制氫成本。


圖1為本發(fā)明注水式氫氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)剖視示意圖； 圖2為圖1中殼體的主視示意圖3為圖2的俯視示意圖4為圖1中上蓋的主視示意圖5為圖4的俯視示意圖6為圖1中隔板的主視示意圖7為圖6的仰視示意圖8為圖1中反應(yīng)室的主視示意圖9為圖8的俯視示意圖。圖中1-排水堵；2-排水口 ；3-密封膠；4-微晶陶瓷膜；5-電解質(zhì)膜；6_鋰錠； 7-推板；8-彈簧；9-反應(yīng)室；10-殼體；11-反應(yīng)室密封墊片；12-隔板；13-隔板密封墊片； 14-上蓋；15-注水口 ；16-出氫口 ；17-注水堵；18-出氫堵；19-液氣孔；20-裙邊；21-反應(yīng)孔；22-凹槽；23-上腔室；24-下腔室。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 1-9詳細(xì)說明如下
注水式氫氣發(fā)生器的制備和使用過程 實(shí)施例1 制備裝置零件(1)先制備厚度約0. Imm 0. 3mm的致密防水的微晶陶瓷膜4，經(jīng)精密機(jī)械加工裁得直徑為5cm的樣品；微晶陶瓷膜是一種對鋰離子導(dǎo)電對電子絕緣的圓片型硬質(zhì)膜，且不能通過水分子；根據(jù)微晶陶瓷膜的尺寸分別制作出反應(yīng)室、隔板、殼體、上蓋；
⑵如圖8-9所示，用不銹鋼制作一個(gè)反應(yīng)室9，反應(yīng)室為圓桶狀，反應(yīng)室的內(nèi)徑與微晶陶瓷膜外徑相同，微晶陶瓷膜能夠放入反應(yīng)室中；反應(yīng)室底部邊緣的中心處有不限數(shù)量的孔作為反應(yīng)孔21，目的是使用時(shí)讓水與微晶陶瓷膜充分接觸，使金屬鋰與水只發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，無其他副反應(yīng)發(fā)生；底部邊緣部分沒有開孔，以便于微晶陶瓷膜與底部的粘結(jié)在一起，防止水進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)部對金屬鋰造成腐蝕，并且金屬鋰與水只發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，無其他副反應(yīng)發(fā)生；反應(yīng)室的上端加工有外螺紋；
⑶如圖6-7所示，用不銹鋼材料制作一隔板12，使裝置形成上下兩個(gè)腔體，隔板一端帶有裙邊20、另一端為平面狀，裙邊的內(nèi)徑上制有與反應(yīng)室外螺紋連接的內(nèi)螺紋，所述裙邊外部隔板的端面上制有不限數(shù)量的孔作為液氣孔19，液氣孔作為注入水以及生成的氫氣的通道；
(4)如圖2-3所示，用不銹鋼制作一殼體10，殼體為圓桶狀，殼體壁上靠近桶底部有一個(gè)排水口 2，外殼上部有直徑與隔板直徑相同的凹槽，隔板與反應(yīng)室組裝完成后可直接放置在此凹槽部分；殼體上部外壁制有外螺紋；
(5)如圖4-5所示，用不銹鋼制作一體的上蓋14，上蓋的頂部為弧狀、下部為圓柱桶狀， 上蓋的頂部制有一個(gè)注水口 15和一個(gè)出氫口 16，上蓋的下端內(nèi)壁加工有連接殼體的內(nèi)螺紋和壓住隔板的擋臺(tái)；
反應(yīng)室的裝配
(6)如圖1所示，在干燥間中用硅膠3將步驟⑴中的微晶陶瓷膜粘結(jié)在步驟⑵制備的反應(yīng)室底面上的最大圓周處，并進(jìn)行檢漏，有泄漏的地方重新粘結(jié)；在微晶陶瓷膜上自下至上依次裝填厚度0. 2mm Imm的電解質(zhì)膜5、鋰錠6、推板7和彈簧8 ；所述膠質(zhì)電解質(zhì)膜為與微晶陶瓷膜尺寸相同的吸附IM LiPF6 EC/DEC電解液的PVDF-HFD基聚合物電解質(zhì)，作為過渡層降低金屬鋰與微晶陶瓷膜的界面阻抗，加速金屬鋰與水的反應(yīng)，提高氫氣的生成速率； 鋰錠為兩端平整的圓柱形純鋰，其截面面積與微晶陶瓷膜有效面積相等，微晶陶瓷膜的有效面積是其實(shí)際面積減去與反應(yīng)室底部粘結(jié)在一起部分的面積，以提高微晶陶瓷膜面積的利用率；推板為直徑與反應(yīng)室內(nèi)徑相同的不銹鋼片，作用是使彈簧的推動(dòng)力均勻分布在鋰錠表面，保證鋰錠與電解質(zhì)膜、電解質(zhì)膜與微晶陶瓷膜的接觸面阻抗均勻，鋰錠反應(yīng)面均勻反應(yīng)；彈簧為長度大于反應(yīng)室高度的不銹鋼彈簧，其作用是隨著鋰錠的消耗推動(dòng)鋰錠與電解質(zhì)膜持續(xù)接觸，防止鋰錠與電解質(zhì)膜脫離，導(dǎo)致反應(yīng)終止；隔板裙邊內(nèi)底部放置與填滿硅膠片作為反應(yīng)室墊片11后，隔板與反應(yīng)室螺紋密封固裝成一體，完成反應(yīng)室的裝配；
整體裝置的裝配
將隔板放置在殼體的凹槽22上；隔板上放置一層與殼體外徑相同的硅膠片作為隔板密封墊片13，將上蓋螺紋密封固裝于殼體上，隔板將整體裝置內(nèi)部分隔成上腔室23和下腔室M，為防止雜質(zhì)和粉塵的進(jìn)入裝置內(nèi)部，用排水堵1堵塞排水口、用注水堵17堵塞注水口、用出氫堵18堵塞出氫口，即組裝出制備鋰水反應(yīng)用裝置；
鋰水反應(yīng)制氫
(7)制氫時(shí)，將步驟(6)組裝完成后鋰水反應(yīng)用裝置的注水堵和出氫堵取下，在注水口封閉注入純凈水，純凈水從上腔室經(jīng)隔板上的液氣孔流入到下腔室，下腔室的水位高于反應(yīng)室底部且低于隔板為標(biāo)準(zhǔn)，水通過反應(yīng)室底部的反應(yīng)孔到達(dá)微晶陶瓷膜，由于微晶陶瓷膜是對鋰離子導(dǎo)電對電子絕緣，且不能通過水分子，反應(yīng)室內(nèi)部鋰錠發(fā)生反應(yīng)Li-e — Li+， Li+通過電解質(zhì)膜和微晶陶瓷膜到達(dá)反應(yīng)室外部，外壁與水接觸的部分生成氫氣，從氫氣經(jīng)隔板的液氣孔流向上腔體，經(jīng)連接到用氫設(shè)備上的出氫口放出氫氣；如出氫口直接與燃料電池氫氣入口相連，作為一體使用；使用結(jié)束后，放凈鋰水反應(yīng)用裝置內(nèi)部的水，停止產(chǎn)氫； 再用排水堵、注水堵、出氫堵分別將排水口、注水口和出氫口密封螺紋連接堵阻塞管路，以防止雜質(zhì)和粉塵的進(jìn)入。長時(shí)間使用時(shí)，由于反應(yīng)室內(nèi)部彈簧推板的作用，鋰錠消耗一部分后反應(yīng)面還一直與電解質(zhì)接觸，保證鋰錠可以完全反應(yīng)；當(dāng)內(nèi)部鋰錠消耗完全后，可以拆解本氫氣發(fā)生器，更換電解質(zhì)膜，裝填鋰錠后重新組裝，之后可以繼續(xù)投入使用；更換的過程需在干燥氣氛中進(jìn)行。實(shí)施例2
取消實(shí)施例1中裝填的膠體電解質(zhì)膜，在微晶陶瓷膜表面磁控濺射一層厚度在 0. 5 μ m 2 μ m的LIPON膜作為過渡電解質(zhì)膜，將濺射有LIPON膜的微晶陶瓷膜使用硅膠粘接在反應(yīng)室底部，LIPON膜層朝上，之后進(jìn)行檢漏，有泄漏的情況需重新粘接；其余與實(shí)施例1相同。本發(fā)明的工作原理微晶陶瓷膜是一種對鋰離子導(dǎo)電對電子絕緣的圓片型硬質(zhì)膜，且不能通過水分子，注入的水位高于反應(yīng)室的底部、低于隔板的高度，反應(yīng)室內(nèi)部鋰錠發(fā)生反應(yīng)Li-e — Li+，Li+通過電解質(zhì)膜和微晶陶瓷膜到達(dá)反應(yīng)室外部，同時(shí)因?yàn)榉磻?yīng)室內(nèi)部的鋰錠、推板、彈簧、隔板以及反應(yīng)室殼體都為導(dǎo)電性能良好的金屬作為導(dǎo)體，電子通過反應(yīng)室內(nèi)部金屬回路到達(dá)反應(yīng)室殼體，與注入的純凈水中的氫離子發(fā)生反應(yīng)2H++e —H2 ；當(dāng)水排空后，因反應(yīng)室外部沒有H+參與反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)過程終止。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種注水式氫氣發(fā)生器，包括密封固裝后內(nèi)部形成空腔的殼體和上蓋，殼體下端壁上有排水口、上蓋頂部有注水口和出氫口，所述空腔中置有固定于殼體和上蓋之間的隔板， 其特征在于隔板下面密封固裝底部帶有反應(yīng)孔的反應(yīng)室；反應(yīng)室外周的隔板上有液氣孔；所述反應(yīng)室內(nèi)底部周邊密封粘結(jié)有微晶陶瓷膜，微晶陶瓷膜上自下至上置有鋰錠和彈O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述微晶陶瓷膜與鋰錠之間還置有電解質(zhì)膜，所述電解質(zhì)膜為0. 2mm Imm的膠體膜或磁控濺射在微晶陶瓷膜表面厚度為0. 5μπι 2μπι的LIPON膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述鋰錠與彈簧之間置有不銹鋼推板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述隔板一端面上有固裝反應(yīng)室的裙邊，裙邊內(nèi)底部置有與底部尺寸相同的耐堿膠片作為反應(yīng)室密封墊片，所述液氣孔位于裙邊外隔板的端面上；所述隔板上還置有尺寸大于隔板的耐堿膠片作為隔板密封墊片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述殼體、反應(yīng)室、推板、隔板、上蓋均為不銹鋼材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述彈簧為不銹鋼彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述殼體內(nèi)徑上制有內(nèi)徑與隔板外徑尺寸相同的凹槽、所述上蓋內(nèi)徑上有壓制隔板的擋臺(tái)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述隔板與反應(yīng)室為螺紋連接；所述殼體與上蓋為螺紋連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注水式氫氣發(fā)生器，其特征在于所述反應(yīng)室內(nèi)底部周邊由硅膠將微晶陶瓷膜密封粘結(jié)為一體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種注水式氫氣發(fā)生器，包括形成空腔的殼體和上蓋，殼體有排水口、上蓋注水口和出氫口，空腔中的殼體和上蓋之間的隔板，其特點(diǎn)是隔板下面密封固裝底部帶有反應(yīng)孔的反應(yīng)室；反應(yīng)室外周隔板上有液氣孔；反應(yīng)室內(nèi)底部周邊密封粘結(jié)有微晶陶瓷膜，微晶陶瓷膜上自下至上置有鋰錠和彈簧。本發(fā)明采用了鋰錠，由微晶陶瓷隔膜與水隔離反應(yīng)獲得高純度氫氣，結(jié)構(gòu)簡單、攜帶和操作方便，安全性好；采用彈簧經(jīng)推板推動(dòng)鋰錠，鋰錠能夠完全消耗，氫氣產(chǎn)量高，減少了鋰錠的浪費(fèi)，降低了成本；微晶陶瓷隔膜上加設(shè)了電解質(zhì)膜，降低了鋰錠與微晶陶瓷膜的界面阻抗，加速了鋰錠與水的反應(yīng)，進(jìn)一步提高了氫氣的生成速率。適于配套于小型燃料電池的使用。
文檔編號(hào)C01B3/08GK102491267SQ201110424968
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者丁飛, 劉興江, 張晶, 徐志彬, 桑林 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所