CN104261348B - 金属钯复合膜氢气分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有金属钯复合膜的氢气分离装置，壳体内设有具有多孔道的支撑体，支撑体的孔道内壁上设有金属钯复合膜，壳体与出气道相通，支撑体的进口端和出口端分别穿过壳体的两端面且与壳体的两端面之间密封连接，进口端和出口端上均套接有金属接头，金属接头套接的内接面处由端口向该端根部依次设有石墨密封圈以及压紧圈；进口端和出口端上均套设有将金属接头旋紧固定的锁紧螺帽，锁紧螺帽靠近该端根部一侧的端部均设有缩口环，缩口环与金属接头的端面之间留有间隙，间隙内设有一端可顶紧压紧圈的弹簧垫。优点是：金属接头处不会因热膨胀系统的不同而造成泄露，使得密封性能增强，在实际应用中可以广泛使用。
Description
技术领域
本发明涉及气体分离器的技术领域，尤其是涉及一种具有金属钯复合膜的氢气分离装置，可以应用于小、中、大规模的氢气分离与纯化。
背景技术
钯复合膜具有优良的氢渗透性能，可用于氢气的分离与提纯。钯复合膜的支撑载体材料有很多，但主要是多孔陶瓷管和多孔不锈钢管，其中又以前者应用最为广泛，这主要归功于其优异的化学稳定性和成熟的制备工艺。现有文献及专利报道中，涉及的钯膜陶瓷载体几乎都是单通道型的，钯复合膜或镀在陶瓷管外侧或镀在内侧。由于每根单通道钯复合膜的膜面积有限，虽然可以简单通过增加膜管的数量来增大膜面积，但这又增大了膜管所占据的空间，提高了设备投资并增加了安装和监测的困难。由于多通道型钯膜的单位体积能提供更大的膜面积，从而使氢气分离器在保证氢透量的同时体积更为小巧，尤其适用于便携式或现场制氢装置。另外，多通道型钯膜是内膜型，其超薄金属层在安装操作过程中不容易受损。基于以上原因，若能将这种多通道型多孔陶瓷为载体的钯复合膜做成高效氢气分离器将会有更好的应用前景。
有文献报道了一种高效的氢气分离膜[Hu Xiaojuan,Huang Yan,ShuShili,Fan Yiqun,Xu Nanping,Journal of Power Sources,181(2008)135-139.]，通过采用多通道钯复合膜，可以获得高的分离面积/体积比。采用多通道陶瓷载体，以化学镀在各通道的内表面形成钯膜，而横截面通过釉子进行致密封孔。再以石墨密封垫通过致密后的横截面将钯复合膜与金属壳体进行连接。然而，由于多通道钯复合膜与金属壳体完全固定在一起，又由于多通道钯复合膜与金属壳体的热膨胀系数不同，所以在加热和冷却过程中，必然导致石墨密封垫处有一定程度的泄露，从而难以实际应用。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种金属接头处不会因热膨胀系统的不同而造成泄露，使得密封性能增强，在实际应用中可以广泛使用的金属钯复合膜氢气分离装置。
为实现上述的目的，本发明提供了以下技术方案：
一种金属钯复合膜氢气分离装置，包括壳体以及设于壳体内的具有多孔道的支撑体，支撑体的孔道内壁上设有金属钯复合膜，壳体上设有与壳体内相通的出气道，所述支撑体的进口端和出口端分别穿过壳体的两端面且与壳体的两端面之间密封连接，进口端和出口端上均套接有金属接头，金属接头套接的内接面分别与进口端和出口端套接的外表面之间由端口向该端根部依次设有石墨密封圈以及压紧圈；所述进口端和出口端上均套设有将金属接头旋紧固定的锁紧螺帽，锁紧螺帽靠近进口端和出口端的根部一侧的端部均设有缩口环，缩口环与金属接头的端面之间留有间隙，间隙内设有一端顶设于缩口环的环面上、另一端顶设于压紧圈上的弹簧垫。
本发明进一步设置为：所述壳体两侧的侧壁上各设一个出气道。
本发明进一步设置为：所述壳体与支撑体之间形成环形的腔体。
本发明进一步设置为：所述壳体两侧的侧壁上各设一个与环形的腔体相通的出气道。
本发明进一步设置为：所述壳体内的支撑体的外表面与壳体的内表面相贴合，多孔道外侧的支撑体或/和壳体上周向间隔设置有若干个轴向的通气道，通气道的两端与壳体两端的内壁之间分别形成两个环形的聚气腔，所述壳体上的两侧各设一个分别与环形的聚气腔相通的出气道。
本发明进一步设置为：所述压紧圈靠近根部一侧的端部沿周向向外延伸成环形的挡环，所述弹簧垫顶靠压紧圈或/和挡环可使挡环与金属接头相对的面贴合密封。
本发明进一步设置为：所述出气道的端部套接有金属接头，金属接头套接的内接面与出气道的端部套接的外表面之间由端口向该端根部依次设有石墨密封圈以及压紧圈；所述出气道的端部上套设有将金属接头旋紧固定的锁紧螺帽，锁紧螺帽靠出气道的根部一侧的的端部设有缩口环，缩口环与金属接头的端面之间留有间隙，间隙内设有一端顶设于缩口环的环面上、另一端顶设于压紧圈上的弹簧垫。
本发明进一步设置为：所述压紧圈靠近根部一侧的端部沿周向向外延伸成环形的挡环，所述弹簧垫顶靠压紧圈或/和挡环可使挡环与金属接头相对的面贴合密封。
本发明进一步设置为：所述壳体和支撑体均为陶瓷材料制成，壳体的外表面上覆盖有一层陶瓷釉；或壳体与穿出壳体两端面外的支撑体的外表面上均覆盖有一层陶瓷釉。
本发明进一步设置为：所述进口端和出口端上套设锁紧螺帽的部分为缩颈部,石墨密封圈、压紧圈以及弹簧垫均设于相对应的缩颈部上。
通过采用上述技术方案，本发明所达到的技术效果为：通过在金属接头处设置石墨密封圈、压紧圈以及弹簧垫，金属弹簧增强了金属接头与金属钯复合膜连接的密封性，从而提高了本装置整体的密封性，金属接头处不会因热膨胀系统的不同而造成泄露，使得密封性能增强，在实际应用中可以广泛使用，同时设置两个出气道，可以收集两种以上纯度的氢气，使得产品的适用范围更广，而且效率高，产生的经济效益也高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的实施例1的壳体和支撑体的结构示意图。
图2为本发明的实施例1的整体结构示意图。
图3为本发明的图2的剖面结构示意图。
图4为本发明的实施例2的壳体和支撑体的示意图。
图5为本发明的实施例2的整体结构示意图。
图6为本发明的图5的剖面结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
参照图1～3，为本发明公开的一种金属钯复合膜氢气分离装置，取多通道陶瓷作为金属钯复合膜22的支撑体11，多通道陶瓷支撑体11由18个孔道组成。多通道陶瓷管作为氢气分离装置的壳体10，采用常规涂陶瓷釉23的方法，在多通道陶瓷管壳体10的外表面覆盖一层陶瓷釉23，采用常规化学镀的方法，在多通道陶瓷支撑体11孔道内表面，两头横截面及没有被陶瓷釉覆盖的外表面形成连续的金属钯复合膜22，即壳体10和支撑体11均为陶瓷材料制成，壳体10的外表面上覆盖有一层陶瓷釉23；或壳体10与穿出壳体10两端面外的支撑体11的外表面上均覆盖有一层陶瓷釉23。多孔道的支撑体11设置于壳体10内，支撑体11的孔道内壁上设有金属钯复合膜22，壳体10上设有与壳体10内相通的出气道12，支撑体11的进口端111和出口端112分别穿过壳体10的两端面且与壳体10的两端面之间密封连接。
壳体10与支撑体11之间形成环形的腔体18，壳体10两侧的侧壁上各设一个与环形的腔体相通的出气道12。
进口端111和出口端112上均套接有金属接头13，金属接头13套接的内接面分别与进口端111和出口端112套接的外表面之间由端口向该端根部依次设有石墨密封圈14以及压紧圈15；所述进口端111和出口端112上均套设有将金属接头旋紧固定的锁紧螺帽16，锁紧螺帽16靠近进口端111和出口端112的根部一侧的端部均设有缩口环161，缩口环161与金属接头13的端面之间留有间隙17，间隙17内设有一端顶设于缩口环161的环面上、另一端顶设于压紧圈15上的弹簧垫24。所述进口端111和出口端112上套设锁紧螺帽16的部分为缩颈部24、25,石墨密封圈14、压紧圈15以及弹簧垫24均设于相对应的缩颈部24、25上。其中弹簧垫24可以加强支撑体11端部与金属接头13两者间由于加热和冷却引起的不同材质的热胀冷缩所产生的端口密封性，参照图2。
参照图2，压紧圈15靠近根部一侧的端部沿周向向外延伸成环形的挡环21，所述弹簧垫24顶靠压紧圈15或/和挡环21可使挡环21与金属接头13相对的面贴合密封。
参照图2，出气道12的端部套接有金属接头13，金属接头13套接的内接面与出气道12的端部套接的外表面之间由端口向该端根部依次设有石墨密封圈14以及压紧圈15；所述出气道12的端部上套设有将金属接头13旋紧固定的锁紧螺帽16，锁紧螺帽16靠出气道12的根部一侧的的端部设有缩口环161，缩口环161与金属接头13的端面之间留有间隙17，间隙17内设有一端顶设于缩口环161的环面上、另一端顶设于压紧圈15上的弹簧垫24。
实施例2
参照图4～6，其整体结构与实施例1中的结构相同，其不同的结构为：取多通道陶瓷作为金属钯复合膜22的支撑体11和壳体10，多通道陶瓷支撑体11由38个孔道组成。多通道陶瓷四周20个孔道两端采用多通道陶瓷进行封口，形成壳体，参照图6。壳体10内的支撑体11的外表面与壳体10的内表面相贴合，多孔道外侧的支撑体11或/和壳体10上周向间隔设置有若干个轴向的通气道19，通气道19的两端与壳体10两端的内壁之间分别形成两个环形的聚气腔20，所述壳体10上的两侧各设一个分别与环形的聚气腔20相通的出气道12。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金属钯复合膜氢气分离装置，包括壳体以及设于壳体内的具有多孔道的支撑体，支撑体的孔道内壁上设有金属钯复合膜，壳体上设有与壳体内相通的出气道，其特征在于：所述支撑体的进口端和出口端分别穿过壳体的两端面且与壳体的两端面之间密封连接，进口端和出口端上均套接有金属接头，金属接头套接的内接面分别与进口端和出口端套接的外表面之间由端口向该端根部依次设有石墨密封圈以及压紧圈；所述进口端和出口端上均套设有将金属接头旋紧固定的锁紧螺帽，锁紧螺帽靠近进口端和出口端的根部一侧的端部均设有缩口环，缩口环与金属接头的端面之间留有间隙，间隙内设有一端顶设于缩口环的环面上、另一端顶设于压紧圈上的弹簧垫。
2.根据权利要求1所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述壳体两侧的侧壁上各设一个出气道。
3.根据权利要求1所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述壳体与支撑体之间形成环形的腔体。
4.根据权利要求3所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述壳体两侧的侧壁上各设一个与环形的腔体相通的出气道。
5.根据权利要求1所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述壳体内的支撑体的外表面与壳体的内表面相贴合，多孔道外侧的支撑体或/和壳体上周向间隔设置有若干个轴向的通气道，通气道的两端与壳体两端的内壁之间分别形成两个环形的聚气腔，所述壳体上的两侧各设一个分别与环形的聚气腔相通的出气道。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述压紧圈靠近根部一侧的端部沿周向向外延伸成环形的挡环，所述弹簧垫顶靠压紧圈或/和挡环可使挡环与金属接头相对的面贴合密封。
7.根据权利要求1～5任意一项所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述出气道的端部套接有金属接头，金属接头套接的内接面与出气道的端部套接的外表面之间由端口向该端根部依次设有石墨密封圈以及压紧圈；所述出气道的端部上套设有将金属接头旋紧固定的锁紧螺帽，锁紧螺帽靠出气道的根部一侧的的端部设有缩口环，缩口环与金属接头的端面之间留有间隙，间隙内设有一端顶设于缩口环的环面上、另一端顶设于压紧圈上的弹簧垫。
8.根据权利要求7所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述压紧圈靠近根部一侧的端部沿周向向外延伸成环形的挡环，所述弹簧垫顶靠压紧圈或/和挡环可使挡环与金属接头相对的面贴合密封。
9.根据权利要求1～5任意一项所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述壳体和支撑体均为陶瓷材料制成，壳体的外表面上覆盖有一层陶瓷釉；或壳体与穿出壳体两端面外的支撑体的外表面上均覆盖有一层陶瓷釉。
10.根据权利要求1所述的金属钯复合膜氢气分离装置，其特征在于：所述进口端和出口端上套设锁紧螺帽的部分为缩颈部,所述石墨密封圈、压紧圈以及弹簧垫均设于相对应的缩颈部上。
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