一种船用氨转化为氢气的低温分解设备的制作方法

1.本发明涉及新能源技术领域，更具体地说，涉及一种船用氨转化为氢气的低温分解设备。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术，现在的燃料电池中氢燃料电池使用较为广泛，但是氢的存储成本高，且潜在危害大，而氨气的存储较为方便，所以市面上急需一种船用氨转化为氢气的低温分解设备。


技术实现要素：

3.1.要解决的技术问题
4.本发明的目的在于提供一种船用氨转化为氢气的低温分解设备，以解决上述背景技术中提出的问题：
5.现有的氢燃料电池中氢气存储不便的问题。
6.2.技术方案
7.一种船用氨转化为氢气的低温分解设备，包括储氨罐和分解装置，所述储氨罐的出口连接有分解装置，所述分解装置的右侧连接有氢燃料电池，所述分解装置的顶部连接有氨气回收装置，所述储氨罐的顶部设置有单向阀，所述氨气回收装置的出液口与单向阀的顶部连接，所述氢燃料电池的前端连接有空气净化器，所述空气净化器的前端连接有空压机，所述氢燃料电池的后端连接有蓄电池。
8.优选地，所述储氨罐包括罐体，所述罐体的右侧设置有阀门，所述阀门的上方设置有气压计，所述罐体的前端设置有充气口。
9.优选地，所述分解装置包括反应室，所述反应室的左侧插设有氨气进管，所述氨气进管的另一端连接阀门，所述反应室的内部设置有催化盒，所述反应室的右侧开设有通气口，且所述通气口与氢燃料电池连通。
10.优选地，所述氢燃料电池包括外壳，所述外壳的内部设置有质子交换膜，所述外壳被质子交换膜分割为两部分，靠近反应室的一侧为氢气室，远离反应室的一侧为空气室，所述质子交换膜与氢气室之间连接有阳极，所述质子交换膜的与空气室之间连接有阴极，所述阳极和所述阴极放入顶部均连接有接线柱，所述空气室的右侧底部设置有废气管，所述空气室的前端插设有进气管，所述进气管的另一端连接空气净化器。
11.优选地，所述氨气回收装置包括液化器，所述液化器的外侧连接有蒸发器，所述液
化器的后端插设有回收管，所述回收管的另一端与反应室的顶部连通，所述液化器的内部设置有弯管，所述弯管的顶部与回收管连通，所述弯管的底部悬空，所述弯管的内部设置有多个导热管，所述导热管与蒸发器连通，所述液化器的顶部插设有氮气管，所述液化器的底部插设有出液管，所述出液管的底部与单向阀的顶部连通。
12.优选的，所述单向阀包括阀体，所述阀体的内部焊接有支撑架，所述支撑架的顶部焊接有插杆，所述插杆的外侧套设有弹簧，所述插杆的顶部套设有升降块，所述弹簧连接升降块和支撑架，所述阀体的内部设置有通气槽，且所述通气槽位于升降块的上方。
13.3.有益效果
14.相比于现有技术，本发明的优点在于：
15.1、本发明利用氨气分解成氮气和氢气的方法制取氢气，由于氨气的储存与运输比氢气的储存运输方便很多，可以在氢燃料电池使用过程中边分解氨气边利用氢气发电，氨气分解是一个催化反应，需要催化剂的参与，催化盒中存放氨气分解所需的催化剂，分解生成的氢气从通气口进入到氢气室内，氢气在催化剂的作用下分解为h
+
和e
_
,h
+
穿过质子交换膜与空气室内部的氧气发生反应生成水，而e
_
经过阳极流入到蓄电池中，由于反应生成的氢气一直持续被消耗，通过不断地抽出氢，我们推动催化反应进一步进行，像电池一样，燃料电池通过转换化学反应产生的能量来产生电能，与电池不同，燃料电池只要提供燃料就可以发电，而不会失去电荷，氢是一种清洁燃料，当在燃料电池中消耗时，会产生水作为其唯一的副产物，十分环保。
16.2、本发明利用液化器对反应室内反应过后的余气进行降温，采用降温的方法将氨气进行回收，氮气的沸点为
‑
195.8℃，氢气的沸点为
‑
252.8℃，氨气的沸点为
‑
33.35℃，所以将混合气体的温度降低至
‑
33.35℃以下，即可将氨气从混合气体中分离出来，具体为：混合气体先通过回收管进入到液化器的内部，然后通过湾区的弯管，弯管增加混合气体在液化器内部的路径，使得混合气体在液化器内部留存更多的时间，达到更好的降温效果，弯管内部的导热管能够将蒸发器的冷气传输到弯管内部，从而对混合气体进行高效降温，降温过后的氨气会液化从弯管底部流出，并且通过出液管输送到单向阀处，而其与气体通过氮气管排出，单向阀可以防止储氨罐内部的氨气从出液管内流出，本装置能够对氨气进行回收，提高氨气的使用效率，并且减少气体排放。
17.3、本发明的这项新技术在交通运输领域可以进行广泛应用，不仅可以运用到轮乱领域，也能放在汽车，卡车，火车，飞机上使用，本装置的污染物排放几乎为0且能源利用率较高，符合环保节能的发展理念，在新能源领域可以占据一席之地。
附图说明
18.图1为本发明的整体内部结构示意图；
19.图2为本发明的储氨罐示意图；
20.图3为本发明的分解装置及氢燃料电池剖面图；
21.图4为本发明的氨气回收装置剖面示意图；
22.图5为本发明的单向阀剖面图；
23.图6为本发明的流程图。
24.图中标号说明：1、储氨罐；101、罐体；102、阀门；103、气压计；104、充气口；2、分解
装置；201、反应室；202、氨气进管；203、催化盒；204、通气口；3、氢燃料电池；301、外壳；302、氢气室；303、空气室；304、阳极；305、阴极；306、质子交换膜；307、接线柱；308、废气管；309、进气管；4、氨气回收装置；401、液化器；402、蒸发器；403、回收管；404、弯管；405、导热管；406、氮气管；407、出液管；5、单向阀；501、阀体；502、支撑架；503、插杆；504、弹簧；505、升降块；506、通气槽；6、空压机；7、空气净化器；8、蓄电池。
具体实施方式
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。
26.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.实施例1：
29.请参阅1
‑
3图，一种船用氨转化为氢气的低温分解设备，包括储氨罐1和分解装置2，储氨罐1的出口连接有分解装置2，分解装置2的右侧连接有氢燃料电池3，分解装置2的顶部连接有氨气回收装置4，储氨罐1的顶部设置有单向阀5，氨气回收装置4的出液口与单向阀5的顶部连接，氢燃料电池3的前端连接有空气净化器7，空气净化器7的前端连接有空压机6，氢燃料电池3的后端连接有蓄电池8。
30.储氨罐1包括罐体101，罐体101的右侧设置有阀门102，阀门102的上方设置有气压计103，罐体101的前端设置有充气口104。
31.分解装置2包括反应室201，反应室201的左侧插设有氨气进管202，氨气进管202的另一端连接阀门102，反应室201的内部设置有催化盒203，反应室201的右侧开设有通气口204，且通气口204与氢燃料电池3连通。
32.氢燃料电池3包括外壳301，外壳301的内部设置有质子交换膜306，外壳301被质子交换膜306分割为两部分，靠近反应室201的一侧为氢气室302，远离反应室201的一侧为空气室303，质子交换膜306与氢气室302之间连接有阳极304，质子交换膜306的与空气室303之间连接有阴极305，阳极304和阴极305放入顶部均连接有接线柱307，空气室303的右侧底部设置有废气管308，空气室303的前端插设有进气管309，进气管309的另一端连接空气净化器7。
33.本发明利用氨气分解成氮气和氢气的方法制取氢气，由于氨气的储存与运输比氢气的储存运输方便很多，可以在氢燃料电池使用过程中边分解氨气边利用氢气发电，氨气分解是一个催化反应，需要催化剂的参与，催化盒203中存放氨气分解所需的催化剂，分解生成的氢气从通气口204进入到氢气室302内，氢气在催化剂的作用下分解为h
+
和e
_
,h
+
穿过
质子交换膜306与空气室内部的氧气发生反应生成水，而e
_
经过阳极304流入到蓄电池8中，由于反应生成的氢气一直持续被消耗，通过不断地抽出氢，我们推动催化反应进一步进行，像电池一样，燃料电池通过转换化学反应产生的能量来产生电能，与电池不同，燃料电池只要提供燃料就可以发电，而不会失去电荷，氢是一种清洁燃料，当在燃料电池中消耗时，会产生水作为其唯一的副产物，十分环保。
34.实施例2：
35.请参阅4
‑
5图，结合实施例1的基础有所不同之处在于，氨气回收装置4包括液化器401，液化器401的外侧连接有蒸发器402，液化器401的后端插设有回收管403，回收管403的另一端与反应室201的顶部连通，液化器401的内部设置有弯管404，弯管404的顶部与回收管403连通，弯管404的底部悬空，弯管404的内部设置有多个导热管405，导热管405与蒸发器402连通，液化器401的顶部插设有氮气管406，液化器401的底部插设有出液管407，出液管407的底部与单向阀5的顶部连通。
36.单向阀5包括阀体501，阀体501的内部焊接有支撑架502，支撑架502的顶部焊接有插杆503，插杆503的外侧套设有弹簧504，插杆503的顶部套设有升降块505，弹簧504连接升降块505和支撑架502，阀体501的内部设置有通气槽506，且通气槽506位于升降块505的上方。
37.本发明利用液化器401对反应室201内反应过后的余气进行降温，采用降温的方法将氨气进行回收，氮气的沸点为
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195.8℃，氢气的沸点为
‑
252.8℃，氨气的沸点为
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33.35℃，所以将混合气体的温度降低至
‑
33.35℃以下，即可将氨气从混合气体中分离出来，具体为：混合气体先通过回收管403进入到液化器401的内部，然后通过湾区的弯管404，弯管404增加混合气体在液化器401内部的路径，使得混合气体在液化器401内部留存更多的时间，达到更好的降温效果，弯管404内部的导热管405能够将蒸发器402的冷气传输到弯管404内部，从而对混合气体进行高效降温，降温过后的氨气会液化从弯管404底部流出，并且通过出液管407输送到单向阀5处，而其与气体通过氮气管406排出，单向阀5可以防止储氨罐1内部的氨气从出液管407内流出，本装置能够对氨气进行回收，提高氨气的使用效率，并且减少气体排放。
38.实施例3：
39.请参阅6图，本装置的工作流程为：
40.s1、储氨罐1释放氨气进入到反应室201内部进行氨气的分解，反应方程式为(1)；空压机6对空气进行压缩并注入到空气净化器7内进行净化；
[0041][0042]
s2、反应室201分解产生的氢气进入到氢气室302内，余气进入到氨气回收装置4内进行氨气回收；空气净化器7净化后的空气进入到空气室303内；
[0043]
s3、氢气室302内部的氢气在催化剂的作用下分解成h
+
和e
_
，反应方程式为(2)，h
+
穿过质子交换膜306进入到空气室303内，而e
_
经过阳极304到达蓄电池8，再从蓄电池8到达阴极305；
[0044][0045]
s4、空气室303内部的氧气与e
_
在催化剂的作用下生成o2‑
，o2‑
和h
+
结合生成h2o，反应方程式分别为(3)和(4)。
[0046][0047]
o2‑
+2h
+
＝h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0048]
本发明的这项新技术在交通运输领域可以进行广泛应用，不仅可以运用到轮乱领域，也能放在汽车，卡车，火车，飞机上使用，本装置的污染物排放几乎为0且能源利用率较高，符合环保节能的发展理念，在新能源领域可以占据一席之地。
[0049]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。