一种实验室用的真空型水汽制氢装置

技术领域

本发明涉及水解制氢技术领域，具体为一种实验室用的真空型水汽制氢装置。

背景技术

氢是一种化学元素，在元素周期表中位于第一位，氢通常的单质形态是氢气，它是无色无味无臭，极易燃烧，由双原子分子组成的气体，氢气是最轻的气体，氢原子则有极强的还原性，在高温下氢非常活泼，除稀有气体元素外，几乎所有的元素都能与氢生成化合物。

水解制氢技术作为一种绿色环保的制氢技术，已有大规模应用，其中，水解制氢是通过能与水反应生成氢气的化学物与水反应制取氢气，水解制氢原理简单，且可以实现氢气的即时制取。

在实验室中通过水解制氢也是一个经常需要进行的试验，水晶制氢能够方便的制取氢气，但是在现有的实验过程中，水解制氢装置都是通过水解制氢材料与水直接接触的方法来制取氢气，但是，水与水解制氢材料接触会迅速发生化学反应，产生氢气，导致制氢速率很难控制，且在实验过程中，为了保证二者充分反应，有时候也需要人工对其辅助，例如摇晃和搅拌等，但是整个水解制氢装置是通过玻璃导管连接，导致整个装置不便移动。为此，我们提出一种实验室用的真空型水汽制氢装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实验室用的真空型水汽制氢装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种实验室用的真空型水汽制氢装置，包括支撑架一，所述支撑架一上设置有储水瓶，所述储水瓶底部设置有加热件，通过所述加热件将储水瓶内的水转化为水汽，所述储水瓶一侧设置有反应瓶，所述反应瓶内设置有水解制氢材料，所述储水瓶与反应瓶之间设置有连接管一，所述连接管一两端分别与储水瓶和反应瓶连通，所述反应瓶一侧设置有用以收集氢气的收集瓶，所述反应瓶与收集瓶之间设置有连接管二，所述连接管二两端分别与反应瓶和收集瓶连接；

所述反应瓶外侧设置有壳体，所述壳体底部设置有底座，所述壳体上设置有连接件，所述连接件能够将壳体和底座连接，所述底座上设置有移动件，所述反应瓶能够放置在移动件上，所述连接管一上设置有连接管三，所述连接管三端部设置有驱动机构，所述驱动机构能够驱使移动件带动反应瓶在壳体内移动，进而使得水解制氢材料充分与水汽反应，所述驱动机构上设置有定位件，所述驱动机构和移动件通过定位件进行连接；

所述外壳顶部开口处设置有连接软管，所述连接软管端部设置有连接口，所述反应瓶通过连接口与壳体的顶部开口连接，所述连接口外侧设置有紧固件，通过所述紧固件将反应瓶的瓶口与连接口紧密连接。

优选的，所述移动件包括设置在底座上的连接弹簧，所述连接弹簧端部设置有放置台，所述放置台一侧转动设置有连接杆，所述连接杆端部转动设置有移动杆，所述移动杆活动贯穿底座侧壁。

优选的，所述连接件包括分别设置在壳体和底座外壁的固定杆一和固定杆二，所述固定杆一上活动设置有固定套，所述固定套与固定杆二为过盈连接，所述固定杆一端部设置有限位块。

优选的，所述外壳内壁设置有多个缓冲橡胶块。

优选的，所述坚固件包括包裹在连接口外壁的紧固气囊，所述紧固气囊上设置有气管，所述气管一端贯穿壳体，且所述气管端部设置有按压气囊，且所述气管上设置有放气阀门。

优选的，所述驱动机构包括设置在连接管三底端的连接块，所述连接块底部设置有活塞缸，所述连接块内开设有腔体，所述连接块两端均设置有输送管，所述储水瓶内产生的水汽通过连接管一和连接管三进入到腔体内，进而通过输送管进入到活塞缸内；

所述活塞缸内设置有移动塞，所述移动塞上设置有活塞杆，水汽进入到活塞缸内推动移动塞移动，所述腔体内活动设置有滑盖，所述连接块上设置有传动件，所述活塞杆通过传动件带动滑盖在腔体内移动，使滑盖分别将位于连接块两端的输送管封闭，进而使水汽交替的从活塞缸的两端进入推动移动塞作往复运动。

优选的，所述传动件包括活动贯穿连接块的传动杆，所述传动杆一端与滑盖固定连接，所述传动杆上设置有两个固定柱，所述活塞缸上设置有横杆，所述横杆上转动设置有两个转动杆，所述转动杆上开设有与固定柱配合使用的滑槽；

所述活塞杆端部设置有连接盘，所述连接盘顶部设置有驱动杆，所述驱动杆位于两个转动杆之间，在所述活塞杆进行往复运动时，所述驱动杆通过转动杆带动传动杆往复运动。

优选的，所述连接盘内开设有圆槽，所述连接盘表面开设有横槽，所述定位件包括设置在连接盘内的复位弹簧，所述复位弹簧端部设置有移动板，所述移动杆端部转动设置有定位杆，所述定位杆端部设置有与横槽插接配合的定位板。

优选的，所述加热件为酒精喷灯，也可以为其他的实验室用加热装置，例如电加热器，且水解制氢材料为铝粉，也可为其他遇水反应产生氢气的活泼金属及其化合物和催化剂，可选地，水解制氢材料为包括Mg、Li、Al、Ca、Na、K、LiH、NaH、KH、MgH2、AlH3、CaH2等中的一种或几种和催化剂。

优选的，所述连接管一和连接管三上均设置有调节阀门，所述连接管二上设置有干燥瓶，所述干燥瓶内放置有干燥剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明，通过设置壳体和底座，能够将反应瓶放置在壳体内部，进而通过移动件在实验时使得反应瓶能够在壳体内晃动，当反应瓶晃动时，能够带动瓶内的水解制氢材料充分的与水汽接触，使得反应更加彻底。

2、本发明，通过设置驱动机构，能够通过水汽带动驱动机构作业，一方面能够避免实验人员手动对反应瓶进行摇晃，减轻了实验人员的负担，另一方面也能够通过进一步的利用水蒸气，间接的控制水汽进入到反应瓶的速度进而控制反应速率。

3、本发明，通过在壳体内壁设置有缓冲橡胶块，能够防止反应瓶在移动过程中撞击壳体，避免反应瓶损坏，且在连接管二上设置有干燥瓶，能够对氢气内含有的水蒸气进行吸收，避免制取的氢气内含有太多水汽。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明图1另一方位结构示意图；

图3为本发明图2局部剖视结构示意图；

图4为本发明局部结构示意图；

图5为本发明图4中A区放大结构示意图；

图6为本发明驱动机构结构示意图；

图7为本发明图6另一方位结构示意图；

图8为本发明壳体剖视结构示意图；

图9为本发明壳体结构示意图。

图中：1-支撑架一；2-储水瓶；3-加热件；4-连接件；41-固定杆一；42-固定杆二；43-固定套；44-限位块；45-缓冲橡胶块；5-移动件；51-连接弹簧；52-放置台；53-连接杆；54-移动杆；6-驱动机构；61-连接块；62-活塞缸；63-腔体；64-输送管；65-移动塞；66-活塞杆；67-滑盖；7-定位件；8-紧固件；81-紧固气囊；82-气管；83-按压气囊；9-传动件；91-传动杆；92-固定柱；93-横杆；94-转动杆；95-滑槽；96-连接盘；97-驱动杆；98-圆槽；99-横槽；910-复位弹簧；911-移动板；912-定位杆；913-定位板；10-反应瓶；11-连接管一；12-收集瓶；13-连接管二；14-壳体；15-底座；16-连接管三；17-连接软管；18-连接口；19-调节阀门；20-干燥瓶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种实验室用的真空型水汽制氢装置，包括支撑架一1，支撑架一1上设置有储水瓶2，储水瓶2底部设置有加热件3，通过加热件3将储水瓶2内的水转化为水汽，储水瓶2一侧设置有反应瓶10，反应瓶10内设置有水解制氢材料，储水瓶2与反应瓶10之间设置有连接管一11，连接管一11两端分别与储水瓶2和反应瓶10连通，储水瓶2内的水汽通过连接管一11进入到反应瓶10内与其中的水解制氢材料反映产生氢气；

反应瓶10一侧设置有用以收集氢气的收集瓶12，收集瓶12瓶口朝下，且收集瓶12的出气管82端部离收集瓶12的瓶口接近，由于氢气的密度比空气要小，因此，氢气在进入到收集瓶12内时会在收集瓶12的上部分，然后空气从收集瓶12的底部排出，因此采用向下排空气法，反应瓶10与收集瓶12之间设置有连接管二13，连接管二13两端分别与反应瓶10和收集瓶12连接；

反应瓶10外侧设置有壳体14，壳体14底部设置有底座15，壳体14上设置有连接件4，连接件4能够将壳体14和底座15连接，底座15上设置有移动件5，反应瓶10能够放置在移动件5上，连接管一11上设置有连接管三16，连接管三16端部设置有驱动机构6，驱动机构6能够驱使移动件5带动反应瓶10在壳体14内移动，进而使得水解制氢材料充分与水汽反应，驱动机构6上设置有定位件7，驱动机构6和移动件5通过定位件7进行连接；

外壳顶部开口处设置有连接软管17，连接软管17端部设置有连接口18，反应瓶10通过连接口18与壳体14的顶部开口连接，连接口18外侧设置有紧固件8，通过紧固件8将反应瓶10的瓶口与连接口18紧密连接。

移动件5包括设置在底座15上的连接弹簧51，连接弹簧51端部设置有放置台52，放置台52一侧转动设置有连接杆53，连接杆53端部转动设置有移动杆54，移动杆54活动贯穿底座15侧壁，在实验时，将反应瓶10放置在放置台52上，然后当移动杆54进行往复运动时，移动杆54通过连接杆53带动放置台52在底座15上移动，进而带动放置在放置台52上的反应瓶10移动，使得反应瓶10内的水解制氢材料充分与水汽反应；

放置台52可以设置为橡胶材料，能够对反应瓶10起到一定的保护作用，避免反应瓶10在刚性冲击下发生破裂导致材料泄露。

连接件4包括分别设置在壳体14和底座15外壁的固定杆一41和固定杆二42，固定杆一41上活动设置有固定套43，固定套43与固定杆二42为过盈连接，固定杆一41端部设置有限位块44；

当把反应瓶10放在放置台52上后，将底座15与壳体14对接上，然后让固定杆一41与固定杆二42贴合，移动固定套43使其套设在固定杆一41和固定杆二42的外侧，由于固定杆二42与固定套43为过盈连接，因此能够将底座15和壳体14较为稳定的进行连接。

外壳内壁设置有多个缓冲橡胶块45，能够防止反应瓶10在移动过程中撞击壳体14，避免反应瓶10损坏。

坚固件包括包裹在连接口18外壁的紧固气囊81，紧固气囊81上设置有气管82，气管82一端贯穿壳体14，且气管82端部设置有按压气囊83，且气管82上设置有放气阀门图中未画出，按压气囊83能够对紧固气囊81进行充气使其膨胀，然后连接口18与反应瓶10瓶口之间的空隙会被紧固气囊81填满，使其反应瓶10瓶口与连接口18紧密连接，避免其在移动时脱离连接口18。

驱动机构6包括设置在连接管三16底端的连接块61，连接块61底部设置有活塞缸62，连接块61内开设有腔体63，腔体63用来盛放连接管三16输送过来的水蒸气，连接块61两端均设置有输送管64，输送管64能够将水蒸气送到活塞缸62的两端，储水瓶2内产生的水汽通过连接管一11和连接管三16进入到腔体63内，进而通过输送管64进入到活塞缸62内；

活塞缸62内设置有移动塞65，移动塞65上设置有活塞杆66，水汽进入到活塞缸62内推动移动塞65移动，且由于水蒸气能够从活塞缸62的两端进入，因此当水蒸气从活塞缸62的左边进入时，水蒸气能够推动移动塞65向右移动，当水蒸气从活塞缸62的右边进入时，水蒸气能够推动移动塞65向左移动；

腔体63内活动设置有滑盖67，滑盖67在腔体63内移动，当滑盖67在腔体63左侧时，滑盖67将活塞缸62左边的输送管64封闭，使得水蒸气只能从活塞缸62的右边进入，进而推动移动塞65向左移动，反之，当滑盖67在腔体63右侧时，滑盖67将活塞缸62右边的输送管64封闭，使得水蒸气只能从活塞缸62的左边进入，进而推动移动塞65向右移动；

连接块61上设置有传动件9，活塞杆66通过传动件9带动滑盖67在腔体63内移动，使滑盖67分别将位于连接块61两端的输送管64封闭，进而使水汽交替的从活塞缸62的两端进入推动移动塞65作往复运动。

传动件9包括活动贯穿连接块61的传动杆91，传动杆91一端与滑盖67固定连接，传动杆91上设置有两个固定柱92，活塞缸62上设置有横杆93，横杆93上转动设置有两个转动杆94，转动杆94上开设有与固定柱92配合使用的滑槽95；

活塞杆66端部设置有连接盘96，连接盘96顶部设置有驱动杆97，驱动杆97位于两个转动杆94之间，在活塞杆66进行往复运动时，驱动杆97通过转动杆94带动传动杆91往复运动；

当活塞杆66移动至最右侧时，驱动杆97会带动转动杆94转动，使得转动杆94的另一端带动传动杆91向左移动，传动杆91带动滑盖67向左移动，然后滑盖67将左侧的输送管64封闭，进而水蒸气只能通过右侧的输送管64进入到活塞缸62右侧，水蒸气推动移动塞65向左移动，移动塞65带动活塞杆66向左移动，然后当活塞杆66移动至最左侧时，驱动杆97会带动转动杆94转动，使得转动杆94的另一端带动传动杆91向右移动，进而使得传动杆91带动滑盖67向左移动，这样就能实现活塞杆66在水蒸气的作用下实现往复运动。

连接盘96内开设有圆槽98，连接盘96表面开设有横槽99，定位件7包括设置在连接盘96内的复位弹簧910，复位弹簧910端部设置有移动板911，移动杆54端部转动设置有定位杆912，定位杆912端部设置有与横槽99插接配合的定位板913；

将定位板913插入到连接盘96内，然后转动定位杆912，定位杆912带动定位板913在圆槽98内转动，使得定位板913不能从横槽99内脱离，且在复位弹簧910的作用下，移动板911也会压紧定位板913，使得定位板913不会轻易移动，这样就实现了活塞杆66与移动杆54的连接，在拆卸时只需要转动定位板913使其从横槽99内脱离即可，安装和拆卸都非常方便。

加热件3为酒精喷灯，酒精喷灯为实验室常用的加热装置，操作简单，在本实验中也可以采用电加热对出水哦平进行加热，且水解制氢材料为铝粉，水解制氢材料也可为其他为遇水反应产生氢气的活泼金属及其化合物和催化剂，可选地，水解制氢材料为包括Mg、Li、Al、Ca、Na、K、LiH、NaH、KH、MgH2、AlH3、CaH2等中的一种或几种和催化剂，Al、Mg、Na等金属在地球上含量丰富，来源广泛，价格低廉，密度低，且反应过程不产生含碳和氮的有害物质，产物环境友好，且水解制氢材料为粉末状，可以增大水解制氢材料与水汽的接触面积，提高反应速率。

连接管一11和连接管三16上均设置有调节阀门19，通过调节阀门19能够控制水汽进入到反应瓶10以及腔体63内的速度，能够更好地控制反应速率，连接管二13上设置有干燥瓶20，干燥瓶20内放置有干燥剂，干燥剂为不与氢气发生反应的物质，在本实验中采用生石灰，能够有效去除氢气内的水汽，得到干燥的氢气。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。