基于铝或镁水中搅拌摩擦焊接过程的制氢方法及装置

摘要

基于铝或镁水中搅拌摩擦焊接过程的制氢方法及装置，它涉及一种制氢方法及装置。本发明为解决现有生物制氢方法工艺复杂、污染环境以及现有电解水制氢和化学反应制氢方法均需添加化学试剂或合金元素的问题。方法：一、安装被焊铝板或镁板；二、注水；三、选择焊具参数；四、安装焊具；五、安装氢气收集组件；六、对被焊铝板或镁板进行搅拌摩擦焊接；七、在搅拌摩擦焊缝形成过程中，被焊部位的铝板或镁板与水发生化学反应，反应的同时即产生氢气，氢气持续产生并聚集到收集罩内，经由导气管进到储存器中，即氢气制备完成。装置：不锈钢垫板放置在水槽底部，氢气收集组件位于不锈钢垫板的上方，且收集罩垂直于不锈钢垫板设置。本发明用于制备氢气。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制氢方法及装置。

背景技术

氢能是一种高效、清洁的能源，由于氢可再生能力强、对环境污染小且产热量大，近年来对其研究与应用得到了越来越多的重视。现有制氢方法有生物制氢、电解水制氢以及化学反应制氢等方法，生物制氢是利用活性污泥对有机废水中有机质的发酵作用产生含氢的发酵气体，经碱液洗脱塔脱去二氧化碳后制成氢气，该方法工艺复杂、污染环境、制氢转换率较低、且成本高；现有的电解水制氢和化学反应制氢均需添加化学试剂或合金元素，制氢的同时不仅对环境造成污染，而且还要脱去其它气体，转换率较低、可控性差、制氢成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于铝或镁水中搅拌摩擦焊接过程的制氢方法及装置，为解决现有生物制氢方法工艺复杂、污染环境以及现有电解水制氢和化学反应制氢方法均需添加化学试剂或合金元素，制氢的同时对环境造成污染、可控性差、制氢成本较高的问题。

本发明的方法是通过以下步骤实现的：步骤一、安装被焊工件铝板或镁板：将被焊工件铝板或镁板放置于不锈钢垫板的上端面上，用卡具将被焊工件铝板或镁板与不锈钢垫板牢固定位；步骤二、注水：将水注入到水槽内，且水位超过被焊工件铝板或镁板的上端面30mm～50mm；步骤三、选择焊具参数：焊具上的搅拌头轴肩直径为20mm～40mm，搅拌针的直径为5mm～10mm，搅拌针的长度为5mm～10mm；步骤四、安装焊具：将焊具上端的夹持体装在焊机外轴套上；步骤五、安装氢气收集组件：将氢气收集组件上的收集罩套在焊具上，且收集罩的上端用卡箍固定在焊机外轴套上；步骤六，对被焊工件铝板或镁板进行搅拌摩擦焊接：焊接时，焊具的旋转速度为400转/分钟～1000转/分钟，焊接速度为50毫米/分钟～500毫米/分钟，搅拌摩擦焊接过程中形成搅拌摩擦焊缝；步骤七、制备氢气：在搅拌摩擦焊缝的形成过程中，被焊部位的铝板或镁板与水发生化学反应，反应的同时即产生氢气，氢气持续产生并聚集到收集罩内，经由导气管进到储存器中，即氢气制备完成。

本发明的装置由水槽、不锈钢垫板和氢气收集组件组成，氢气收集组件由收集罩、导气管和储存器组成，导气管的一端与收集罩连通，导气管的另一端与储存器连通，不锈钢垫板放置在水槽中的底端面上，氢气收集组件位于不锈钢垫板的上方，且氢气收集组件上的收集罩垂直于不锈钢垫板放置。

本发明具有以下优点：一、本发明采用在水环境中对活性金属铝板或镁板进行搅拌摩擦焊接，在搅拌头的“切削与磨削”作用下，会持续不断地形成铝或镁的新鲜表面，并在一定的摩擦温度下与水发生反应而生成氢气，这一过程充分利用了搅拌摩擦过程特有的“切削与磨削”作用，在不添加其他任何化学试剂或合金元素的前提下，有效解决了活性金属与水反应造成表面被氧化所带来的制氢不连续问题，而且制氢方法简单、制氢过程不需添加化学试剂或合金元素，生成的副产物对环境无污染且可循环再利用，具有可控性好、制氢效率高、制氢成本低、清洁环保等优点。

附图说明

图1是本发明具体实施方式五的结构主剖视图（图1也是具体实施方式一的步骤示意图）。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：步骤一、安装被焊工件铝板或镁板5：将被焊工件铝板或镁板5放置于不锈钢垫板2的上端面上，用卡具6将被焊工件铝板或镁板5与不锈钢垫板2牢固定位；步骤二、注水：将水注入到水槽1内，且水位超过被焊工件铝板或镁板5的上端面30mm～50mm；步骤三、选择焊具7参数：焊具7上的搅拌头轴肩直径为20mm～40mm，搅拌针的直径为5mm～10mm，搅拌针的长度为5mm～10mm；步骤四、安装焊具7：将焊具7上端的夹持体装在焊机外轴套8上；步骤五、安装氢气收集组件3：将氢气收集组件3上的收集罩3-1套在焊具7上，且收集罩3-1的上端用卡箍9固定在焊机外轴套8上；步骤六，对被焊工件铝板或镁板5进行搅拌摩擦焊接：焊接时，焊具7的旋转速度为400转/分钟～1000转/分钟，焊接速度为50毫米/分钟～500毫米/分钟，搅拌摩擦焊接过程中形成搅拌摩擦焊缝A；步骤七、制备氢气：在搅拌摩擦焊缝A的形成过程中，被焊部位的铝板或镁板与水发生化学反应，反应的同时即产生氢气，氢气持续产生并聚集到收集罩3-1内，经由导气管3-2进到储存器3-3中，即氢气制备完成。在搅拌摩擦焊接过程中，被焊材料与搅拌头发生摩擦产热，并在搅拌头的搅拌作用下发生剧烈的塑性变形，正是这种热-机耦合作用导致了固态焊缝的形成。实际上，搅拌摩擦焊接过程可以看成是搅拌头对被焊材料的“切削与磨削”的综合作用过程。搅拌头持续的“切削与磨削”被焊材料，可以使被焊材料持续暴露出新鲜的表面，由于是在水环境下进行铝或镁的搅拌摩擦焊接，因此，铝或镁的新鲜表面与水的持续反应，而生成氢气。铝或镁为活性金属，与水反应后能生成氢气。步骤七中被焊部位的铝板或镁板与水发生化学反应的化学方程式分别为：、。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤五中收集罩3-1的材质为有机玻璃。有机玻璃既透明可视，又不易破碎。其它步骤与具体实施方式一相同。

 具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式由水槽1、不锈钢垫板2和氢气收集组件3组成，氢气收集组件3由收集罩3-1、导气管3-2和储存器3-3组成，导气管3-2的一端与收集罩3-1连通，导气管3-2的另一端与储存器3-3连通，不锈钢垫板2放置在水槽1中的底端面上，氢气收集组件3位于不锈钢垫板2的上方，且氢气收集组件3上的收集罩3-1垂直于不锈钢垫板2放置。

 具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的收集罩3-1为圆锥形，且圆锥形的大径一端朝向不锈钢垫板2。这样有利于氢气的聚集。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。