CN110694427B - 一种氢分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢分离设备，包括，主控模块，第一、第二净化塔，分别设置在进气口和出气口的电磁阀，分别设置在第一、第二净化塔的出气口的与主控模块电性连接的气流速度传感器，分别裹覆于第一、第二净化塔外壁的与主控模块电性连接的加热机构；其中混合气体由进气管进入第一、第二净化塔滤除氨气后，氢气从出气口排出；气流速度传感器适于检测出气口处氢气排出的流速，并将流速信号发送给主控模块；若氢气流速减缓时，则主控模块关闭对应的净化塔的电磁阀，并启动加热机构，以加热净化塔使其恢复活性，进而第一净化塔和第二净化塔交替使用吸附氨气。该设备能够有效地提高氢气的纯度，并直接持续产出稳定的氢气，且故障率小、安全性高。

Description

一种氢分离设备

技术领域

本发明涉及燃料电池的领域，尤其涉及一种氢分离设备。

背景技术

当今世界矿物燃料燃烧使得CO2排放量剧增,导致全球气候变暖等问题日益加剧。这些问题正受到各国人民的关注。氢是一种极佳的新能源,其优点主要有燃烧热值高,每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3 倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍,其燃烧产物是世界上最干净的水适用范围广,氢燃料电池既可用于汽车、飞机,又可用于分布式电源等其它场合, 如代替煤气、电力管线走进家庭。氢能将是本世纪汽车最理想的能源, 也是人类长远的战略能源。

燃料电池的出现与发展,将给便携式电子设备带来很大的变化,并且还会影响到住宅,汽车业以及社会上各方面的集中供电系统。太阳能供电虽然可以替代部分能源,但它的使用受气候制约,核能利用存在安全问题,唯有燃料电池供电时没有CO2排放,可减轻温室效应,也解决了火力发电污染环境的问题,它是一个纯正的绿色清洁能源。它的低温操作、及时性、高效性等使其成为移动发电的首选设备,特别是在汽车用燃料电池方面有更为广阔的应用前景。

现有技术中，制氨业是一种遍布全球的基础产业,它的制造技术成熟、产品成本低,将氨重整分解成氢气和氮气也相对容易,过程中没有碳的存在,可有效减少碳的排放量。氨气本身是低毒的物质,只有在高浓度下才会产生毒性,但此时氨气的味道足以提醒人们紧急防范。氨气的储存比较安全,运输方便,另外其储氢密度也较大。氨分解后制得的纯氢作为PEMFCS的氢源,是移动便携设备的首选原料。

商业上目前使用了多年的吸附材料为活性炭颗粒。其成本低,且对很多物质的吸附技术已被证实,故而被广泛应用于纯化受污染的流体中。然而,活性炭颗粒受限于它较低的选择性、较慢的吸附动力学、较昂贵的控制系统、低于的100％吸附容量和较高的活化成本。也就是说, 活性炭颗粒缺乏对孔尺寸和吸附的化学物质的综合联系,而这些关联可以很好的帮助我们去控制活性炭吸附特定尺寸的污染物。

但是通过活性炭吸附氨气存在饱和状态，一旦活性炭达到饱和状态，对于氨气就失去了吸附效果，传统的情况下一般采用人工更换活性炭的方式，这样的人工方式耗费大量人力物力财力，不仅降低了氨吸附率，且制得的氢气不纯。

发明内容

基于此，本发明提出了一种氢分离设备，该设备可自动运行，无需人工操作，能够有效地提高氢气的纯度，并直接持续产出稳定的氢气，且设备的故障率小、安全性高。

为解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种氢分离设备，包括：主控模块，第一净化塔和第二净化塔，分别与第一、第二净化塔的底部的进气口连通的进气管，分别与第一、第二净化塔的顶部的出气口连通的出气管，分别设置在进气口和出气口且能够与主控模块电性连接的电磁阀，分别设置在第一、第二净化塔的出气口的与主控模块电性连接的气流速度传感器，分别裹覆于第一、第二净化塔外壁上且能够与主控模块电性连接的脱附机构；

其中，混合气体由进气管进入第一、第二净化塔滤除氨气后，氢气从出气口排出；所述气流速度传感器用于检测第一净化塔和第二净化塔的出气口处氢气排出的氢气流速，并将流速信号发送给主控模块；

若检测到其中一个净化塔的出气口处的氢气流速减缓时，即检测到氢气流速是随时间变化的减函数时或者氢气流速低于某一个设定的阈值时，则主控模块关闭对应的净化塔的电磁阀，并启动脱附机构，使得净化塔内的活性炭层进行脱附，以恢复活性炭的活性；同时另外一个净化塔则打开电磁阀并保持脱附机构关闭，以通过出气口排出氢气。

进一步的，所述第一、第二净化塔分别设置有触头，所述触头安装在第一净化塔和第二净化塔的底部；所述触头分别与净化塔所对应的电磁阀和脱附机构电性连接，以控制电磁阀和脱附机构的启闭；

所述第一、第二净化塔之间设置有与主控模块电性连接的触发机构；所述触发机构根据主控模块检测的氢气流速减缓的触发信号，在第一净化塔和第二净化塔之间移动，从而与对应的触头接触导通。

进一步的，所述触发机构包括：C字型的滑轨、设置在滑轨开口内的且与主控模块电连接的导电条，以及由主控模块控制沿滑轨滑动的滑块；其中

所述滑块上设置有下端与导电条接触的导电片；

所述导电片的上端设置有延伸出滑块的导电头；

所述导电头能够与所述触头接触以导通所述第一净化塔或第二净化塔所对应的脱附机构和电磁阀。

进一步的，所述滑块设置有驱动机构；

所述驱动机构包括分别设置在滑块四端角处的驱动轮，以及在同轴的两驱动轮之间设置有与主控模块电性连接的驱动电机；其中

在所述气流速度传感器检测到其中一个净化塔的出气口处的氢气流速减缓时，

所述主控模块控制驱动电机驱动所述驱动轮沿滑轨往返滚动，以使导电头依次交替与第一、第二净化塔对应的触头接触导通，以通过主控模块控制对应的电磁阀和脱附机构的开关状态。

进一步的，所述脱附机构具体为加热机构，所述加热机构包括分别裹覆于第一、第二净化塔外的加热炉，以及设置在加热炉内的若干加热块；其中

所述加热块分别与触头电性连接；

所述第一、第二净化塔分别设置有排气口；以及

所述排气口设置有单向进气阀，在所述电磁阀关闭后和加热机构进行加热之前，通过加压或者抽气经所述单向进气阀排出塔内多余的氢气；

在所述导电头与触头接触导通后，所述加热块加热净化塔，以使净化塔吸附的氨气释放并从排气口排出而恢复活性。

进一步的，所述排气口设置有气体排出收集装置；

所述气体排出收集装置包括由排气口向外延伸的导管、适于盛水的排气杯体和适于收集氢气的集气杯；其中

所述集气杯适于盛满水后倒置在排气杯内；

所述导管的另一端深入集气杯内，以向排气杯内导入氢气排出排气杯内的水，以收集氢气。

进一步的，所述导管上设置有与主控模块电性连接的抽气机，所述抽气机设置在所述单向进气阀的出口下游处；

在所述电磁阀关闭后且加热机构进行加热之前，所述抽气机将净化塔内残留的氢气通过导管抽离到集气杯内。

进一步的，所述集气杯的开口处的内壁铰接有盖体；

所述盖体的外沿设置有适于密封集气杯的密封条。

进一步的，所述第一、第二净化塔内均布有若干活性炭层，以多级吸附氨气；

在所述活性炭层吸附满氨气后，所述加热机构适于对活性炭层加热以脱附氨气。

进一步的，所述的脱附机构为减压脱附机构、冲洗脱附机构、置换脱附机构、磁化脱附机构或者超声波脱附机构。

本发明的提出了一种氢分离设备，其相对于现有技术，具备以下优点：

1)本发明的氢分离设备可自动运行，无需人工操作，其包括主控模块，第一、第二净化塔，分别与第一、第二净化塔的底部的进气口连通的进气管，分别与第一、第二净化塔的顶部的出气口连通的出气管，分别设置在进气口和出气口且与主控模块电性连接的电磁阀，分别设置在第一、第二净化塔的出气口的与主控模块电性连接的气流速度传感器，分别裹覆于第一、第二净化塔外壁的与主控模块电性连接的加热机构；其中混合气体由进气管进入第一、第二净化塔滤除氨气后，氢气从出气口排出；所述气流速度传感器适于检测出气口处氢气排出的流速，并将流速信号发送给主控模块；若氢气流速减缓时，则主控模块关闭对应的净化塔的电磁阀，并启动加热机构，以加热净化塔使其恢复活性，进而第一净化塔和第二净化塔交替使用吸附氨气，这种交替脱附的设备提高了氨气的吸附率，能够时刻保证左右两个塔内活性炭层的高吸附性，进而提高了氢气的纯度，且能够直接持续产出氢气。

2)其次，本发明的氢气分离设备进行交替脱附的可靠性高且成本较低，整个装置紧凑，体积小于一般的反应釜且适用于方便运输和安装，其进气口位于塔下方且出气口位于塔上方使得系统特别适合于氢气与氨气的分离(利用了氢气的浮力)，且不需要额外的压力装置，整个装置的脱附控制是依靠硬件构成的移动触发机构来进行触发控制的，因此可在现场通过肉眼就能够实时了解到设备的工作状态，且这种依赖于硬件移动的触发方式更加可靠，使得设备出现故障的几率更小。

3)此外，本发明兼顾了氢气分离后脱附加热时的安全性问题，针对触发机构和收集装置进行了具体设计，触发机构的滑动结构特别适合于本发明中频繁的带动导电头进行短距离的平行移动和信号的触发控制，从而及时有效地控制脱附机构对氨气进行脱附，而收集装置结合塔上部设置的排气口能够避免上浮的氢气在加热时意外点燃爆炸并安全的回收氨，且通过排水法能够清楚看到氢气收集的量，另外，还能够通过设置抽气机来避免氢气残留在冷却塔内，避免在加热脱附时出现危险。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一种氢分离设备的优选实施例的主视图；

图2是本发明的触发机构的优选实施例的侧视图；

图3是图1中A部分的局部放大图示意图。

图中：110-第一净化塔，120-第二净化塔，130-进气口，140-进气管，150-出气口，160-出气管，170-触头，180-排气口，181-单向进气阀，190-活性炭层，200-电磁阀，300-气流速度传感器，400-加热机构， 410-加热炉，420-加热块，500-触发机构，510-滑轨，520-导电条，530- 滑块，540-导电片，541-导电头，550-驱动机构，551-驱动轮，552-驱动电机，600-气体排出收集装置，610-导管，620-排气杯，630-集气杯， 640-抽气机，650-盖体，651-密封条。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

图1是本发明的一种氢分离设备的优选实施例的主视图。

如图1所示，本发明的氢分离设备，包括，主控模块，第一净化塔110、第二净化塔120，分别与第一净化塔110、第二净化塔120的进气口130连通的进气管140，分别与第一净化塔110、第二净化塔120 的出气口150连通的出气管160，分别设置在进气口130和出气口150 且能够与主控模块电性相连的电磁阀200，分别设置在第一净化塔110、第二净化塔120的出气口150的与主控模块电性相连的气流速度传感器300，分别裹覆于第一净化塔110、第二净化塔120外壁上且能够与主控模块电性相连的加热机构400；其中第一净化塔110和第二净化塔 120高度和体积相同，且相互平行设置(从而使得在双塔相互连通时没有压差，保证设备以及生产的安全)，此外，混合气体由进气管140进入第一净化塔110、第二净化塔120滤除氨气后，氢气从出气口150排出；所述气流速度传感器300适于检测出气口150处氢气排出的流速，并将流速信号发送给主控模块；若氢气流速减缓时(例如检测到氢气流速是随时间变化的递减函数时或者氢气流速低于某一个设定的阈值时)，则主控模块关闭对应的净化塔的电磁阀200，并启动加热机构400，以加热净化塔使其恢复活性，进而第一净化塔110和第二净化塔120 交替使用吸附氨气，提高了氨气的吸附率，进而提高了氢气的纯度。

在本实施例中，所述第一净化塔110、第二净化塔120分别设置有触头170，优选地，如图1所示，所述触头安装在净化塔的底部右下角；所述触头170分别与电磁阀200和加热机构400电性相连，以控制电磁阀200和加热机构400的启闭；所述第一净化塔110、第二净化塔120之间设置有与主控模块电性相连的触发机构500；所述触发机构 500根据主控模块检测到的基于氢气流速减缓的触发信号，与对应的触头170接触导通，当第一净化塔110内吸附饱和后，如果检测到氢气流速减缓时，主控模块控制触发机构500向第一净化塔110移动并提前使第一净化塔110对应的电磁阀200关闭，启动加热机构400以使第一净化塔110内的氨气加热脱附；当第二净化塔120内吸附饱和后，主控模块控制触发机构500向第二净化塔120移动并提前使第二净化塔120对应的电磁阀200关闭，启动加热机构400以使第二净化塔120内的氨气加热脱附，进而交替使用第一净化塔110和第二净化塔120，不需要人工操作。

值得一提的是，本发明的氢分离设备特别适合于图2中等高设置的吸附设备，各个部件的工作顺序和动作时间使得氢气的生产以及氨气的脱附能够持续有序的进行，大大提高了氢气的纯度和产量,且使得在切换净化塔时产出的氢气的流速流量也能保持稳定(因为净化塔规格一致且无压差)，故特别适合于本申请中氢分离和氨气分离领域。

图2是本发明的触发机构的优选实施例的侧视图。

如图2所示，在本实施例中，触发机构500作为主控模块分别与电磁阀200和加热机构400连接的中间电连接装置，所述触发机构500 包括：两个对置设置的C字型的滑轨510、设置在滑轨510开口内的一个与主控模块连接的导电条520，以及由主控模块控制沿滑轨510 滑动的滑块530；其中滑块530设置在两个滑轨510之间，所述滑块 530上设置有下端与导电条520接触的导电片540；所述导电片540的上端设置有延伸出滑块530的导电头541；所述导电头541与触头170 接触以导通第一净化塔110、第二净化塔120对应的加热机构400和电磁阀200，进而交替导通第一净化塔110和第二净化塔120。其中，所述滑轨510的个数也可以为一个，只要其能够使得导电条520沿其滑动即可。

在本实施例中，所述滑块530设置有驱动机构550；所述驱动机构 550包括分别设置在滑块530四端角处的驱动轮551，以及在同轴的两驱动轮551之间设置有与主控模块电性相连的驱动电机552，所述驱动轮551设置在滑轨510的C字型凹槽内；其中在所述气流速度传感器 300检测到出气口150处氢气流速减缓时，所述主控模块控制驱动电机 552驱动所述驱动轮551沿滑轨510往返滚动，以使触头170依次交替与第一净化塔110、第二净化塔120对应的触头170接触导通，以控制电磁阀200和加热机构400的开关状态，进而交替使第一净化塔110 和第二净化塔120导通。需要指出的是，在触头170与导电头541断开时，则电磁阀200和加热机构400又分别回到了初始的电磁阀打开和加热机构关闭状态，以使得净化塔立即转而投入产氢的工作状态。因为整个装置的体积小且两个触头170之间的距离较短，故其触发动作速度较快，在触发机构移动完毕后，投入进行氢分离的净化塔则刚好能够稳定的进入产氢状态，此时另外一个净化塔立即开始进入封闭的脱硝状态，从而使得氢气的产量和质量相对平稳，不受到切换的影响。

因此，上述的控制方式和控制条件能够保证活性炭层时刻具备高吸附性，在氢气流速减缓时就进行触发导通控制，可以保证任何一个塔在工作时具备高吸附性，此时其中一个塔在进行氨气脱附操作，而另外一个塔则可以同时进行氢分离工作，时刻保证氢气的产量与质量；这种基于两座净化塔的交替控制方式能够提高氢气的纯度，并保证氢气产出的稳定性。

在本实施例中，所述加热机构400包括分别裹覆于第一净化塔110、第二净化塔120外的加热炉410，以及设置在加热炉410内的若干加热块420；其中所述加热块420分别与触头170电性相连，并能够通过触发机构500的导电条520以及导电头541与主控模块电连接；所述第一净化塔110、第二净化塔120分别设置有排气口180；以及所述排气口180设置有单向进气阀181；在所述导电头541与触头170接触导通后，主控模块通过与触发机构的导电条520电连接来控制所述加热块 420加热净化塔，以使净化塔吸附的氨气释放并从排气口180的单向进气阀181排出而恢复活性，进而第一净化塔110和第二净化塔120交替使用吸附氨气，提高了氨气的吸附效率和氢气的产量。

此外，加热完毕后(可预先设置固定的加热时间)，如果检测到另外一个工作的净化塔的流速减缓时，则主控模块控制导电头541与另外一个净化塔的触头170导通，停止该净化塔的加热工作并通过主控模块控制该净化塔对应的电磁阀200打开且停止加热块420的加热，随后继续通入混合气体，进行氢气的分离收集工作，同时控制另外一个净化塔进入上述提及的氨气脱附工作状态，依次循环，从而通过机械移动的导电头541时刻保证一个净化塔处于氨气脱附状态，另外一个净化塔处于氢分离的工作状态，以提高产出的氢气的纯度，保证氢气产量以及流量的稳定性。

图3是图1中A部分的局部放大图示意图。

如图3所示，在本实施例中，为了保证加热时的安全性，所述排气口180设置有气体排出收集装置600；所述气体排出收集装置600 包括由排气口180向外延伸的导管610、适于盛水的排气杯620和适于收集氢气的集气杯630；其中所述集气杯630适于盛满水后倒置在排气杯620内；所述导管610的另一端深入集气杯630内，以向排气杯620 内导入氢气排出排气杯620内的水，以收集氢气，在关闭电磁阀200 后，对净化塔加热前，通过加压或者抽气将净化塔内的残余的氢气排出收集，避免氢气加热爆炸的情况，通过排水法能够清楚看到集气杯 630中氢气收集的量。

需要指出的是，由于本发明的电磁阀200和加热机构400是同时被与触发机构500电性相连的主控模块所控制的，为了实现关闭电磁阀200后的一段时间内的加热机构400的不加热工作状态，故可以将加热机构400的加热块420设置为延迟加热，例如可在加热块420与主控模块之间设置了一个延时的定时器，定时器接收到加热触发信号后定时延迟一定时间(如20s-3min)后再进行加热，在此延时期间，可及时通过加压或者抽气将净化塔内的残余的氢气排出收集，以避免加热块420加热的时候因为塔内存在过多氢气而爆炸。

在本实施例中，所述导管610上设置有与主控模块电性相连的抽气机640，抽气机640设置在单向进气阀181的出口下游；在所述电磁阀200关闭后，所述抽气机640立即将净化塔内残留的氢气通过导管 610收集在集气杯630内，进而保证了残留的氢气具有足够的压力穿过导管610排入集气杯630内，避免氢气残留在冷却塔内。

在本实施例中，所述集气杯630的开口处的内壁铰接有盖体650；所述盖体650的外沿设置有适于密封集气杯630的密封条651，盖体 650位于集气杯630内，盖体650盖合是通过向外打开的方式，这样的方式能够保证密封氢气后集气杯630内不残留水份，盖体650的外沿尺寸与集气杯630的内径尺寸相同，以实现密封配合，在盖合的时候，通过密封条651密封盖体650与集气杯630内壁之间的间隙，使得盖体650与集气杯630过盈配合，为了方便盖体650合盖，可以在盖体650上设置把手，以便操作。

在本实施例中，所述第一净化塔110、第二净化塔120内均布有若干活性炭层190，以多级吸附氨气，进而保证对于氨气的吸附的完整性；活性炭中主要成分为碳，含有少量氧、氮、氢、硫等元素，具有极强的吸附和净化能力，用在氨气吸附中能够起到吸附氨气且让氢气通过的作用，在所述活性炭层190吸附满氨气后，所述加热机构400适于对活性炭层190加热以脱附氨气，进而活性炭层190能够重复使用，节约了对于活性炭吸附后的危废处理的成本，将废活的活性炭的处置成本由每吨上万元降至几千元，使得活性炭层190能够恢复吸附性能，而成本却只有新的活性炭层190的40％-60％，又降低了企业的活性炭购买成本，且无需人工手动操作。

已知的，目前活性炭层190的脱附一般采用以下几种方式：

(1)升温脱附。物质的吸附量是随温度的升高而减小的，将吸附剂的温度升高，可以使已被吸附的组分脱附下来，这种方法也称为变温脱附，整个过程中的温度是周期变化的。微波脱附是由升温脱附改进的一种技术，微波脱附技术已应用于气体分离、干燥和空气净化及废水处理等方面。在实际工作中，这种方法也是最常用的脱附方法。

(2)减压脱附。物质的吸附量是随压力的升高而升高的，在较高的压力下吸附，降低压力或者抽真空，可以使吸附剂再生，这种方法也称为变压吸附。此法常常用于气体脱附。

(3)冲洗脱附。用不被吸附的气体(液体)冲洗吸附剂，使被吸附的组分脱附下来。采用这种方法必然产生冲洗剂与被吸附组分混合的问题，需要用别的方法将它们分离，因此这种方法存在多次分离的不便性。

(4)置换脱附。置换脱附的工作原理是用比被吸附组分的吸附力更强的物质将被吸组分置换下来。其后果是吸附剂上又吸附了置换上去的物质，必须用别的方法使它们分离。例如，活性炭对Ca2⁺、C1^-有一定的吸附能力，这些离子占据了吸附活性中心，可对活性炭吸附无机单质或有机物产生不利影响。因此，用活性炭吸附待分离溶液中的物质后，选用CaCl₂作为脱附剂可降低活性炭对吸附质的吸附稳定性，从而达到降低脱附活化能的目的。

(5)磁化脱附。由于单分子水的性质比簇团中的水份子活泼得多，能充分显示它的偶极子特性，从而使水的极性增强。预磁处理能增大水的极性，这就能充分解释经过预磁处理后活性炭的吸附容量减小的现象。当磁场强度增大时，分离出的单个水份子越多，则阻碍作用就越大，从而吸附容量减小得也就越多。活性炭本身为非极性物质，活性炭的表面由于活化作用而具有氧化物质，且吸附剂是在湿空气条件下活化而成，它使活性炭的表面氧化物质以酸性氧化物占优势，从而使活性炭具有极性，能够吸附极性较强的物质。由于这些带极性的基团易于吸附活性炭吸附和脱附原理使活性炭具有极性，能够吸附极性较强的物质。由于这些带极性的基团易于吸附带极性的水，从而阻碍了吸附剂在水溶液中吸附非极性物质。这种方法常用于溶液中对吸附质的脱附。

(6)超声波脱附。超声波(场)是通过产生协同作用来改变吸附相平衡关系的，在超声波(场)作用下的吸附体系中添加第三组分后，体系相平衡关系朝固相吸附量减少方向移动的程度大于在常规条件下的吸附体系。根据超声波的作用原理推测，可能是因为第三组分改变了流体相的极性，增加了空化核的表面张力，使得微小气核受到压缩而发生崩溃闭合周期缩短的现象，从而产生更强烈的超声空化作用。因此，在用活性炭吸附待分离溶液中的物质后，可以用超声波(场)产生协同作用来改变吸附相平衡关系，降低活性炭对吸附质的吸附稳定性，从而达到降低脱附化能的目的。在本实施例中采用升温脱附的方法，如采用其余脱附的方法，本发明对此不做限制。

因此，本发明中用于活性炭层190脱附的加热机构400可以替换为对应的减压脱附机构、冲洗脱附机构、置换脱附机构、磁化脱附机构、超声波脱附机构，只要是能够对活性炭层190上的氨物质进行脱附的脱附机构即可，且其脱附机构的开关状态通过触发机构500受到主控模块的控制，且由于减压脱附、冲洗脱附、置换脱附、磁化脱附、超声波脱附操作没有因为净化塔内存在少量氢气而爆炸的危险，故在脱附机构不为加热机构400时，可以无需延时就进行脱附操作。

在本实施例中，可以但不仅限于采用PLC、单片机、嵌入式处理器等智能芯片，如西门子PLC、51系列、STM32单片机实现，本发明不涉及对主控模块本身电路的改进，以及通过主控模块控制电磁阀200 和加热机构400的启闭，驱动电机552的工作，气流速度传感器300检测出气口150处空气流速，控制抽气机640进行抽气。

综上所述，本实施例的氢分离设备，由进气口130向第一净化塔 110和第二净化塔120排入氨气与氢气的混合气体，并分别通过第一净化塔110和第二净化塔120吸附氨气，第一净化塔110和第二净化塔 120吸附氨气饱和后，混合气体再通过活性炭层190从排出氢气的出气口150通过出气管160排出后，气流速度传感器300就会检测到出气口150处的氢气排出速度减慢，即为对应的冷却塔吸附饱和状态，主控模块控制驱动电机552带动驱动轮551滚动，驱动轮551滚动带动滑块530沿着滑轨510滑动以使导电头541与触点接触使得对应的电磁阀200关闭，通过抽风机将净化塔内残余的氢气从排气口180通过导管610排入排气杯620内，氢气浮起并收集在集气杯630中，待集气杯630中装满氢气后，盖上盖体650取出集气杯630，更换下个集气杯630进行收集，抽气一段时间(时间长度可由净化塔的容量决定)，待净化塔内氢气排空后，通过加热块420对净化塔加热，以使净化塔内的活性炭层190加热后脱附，氨气从排气口180排出后融入水中，这样的方式能够使得第一净化塔110和第二净化塔120交替使用吸附氨气，不需要人工操作更换活性炭层190，提高了氨气的吸附率，进而提高了氢气的纯度。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种氢分离设备，其特征在于，包括：

主控模块，第一净化塔和第二净化塔，分别与第一、第二净化塔的底部的进气口连通的进气管，分别与第一、第二净化塔的顶部的出气口连通的出气管，分别设置在进气口和出气口且能够与主控模块电性连接的电磁阀，分别设置在第一、第二净化塔的出气口的与主控模块电性连接的气流速度传感器，分别裹覆于第一、第二净化塔外壁上且能够与主控模块电性连接的脱附机构；

其中，混合气体由进气管进入第一、第二净化塔滤除氨气后，氢气从出气口排出；所述气流速度传感器用于检测第一净化塔和第二净化塔的出气口处氢气排出的氢气流速，并将流速信号发送给主控模块；

若检测到其中一个净化塔的出气口处的氢气流速减缓时，即检测到氢气流速是随时间变化的减函数时或者氢气流速低于某一个设定的阈值时，则主控模块关闭对应的净化塔的电磁阀，并启动脱附机构，使得净化塔内的活性炭层进行脱附，以恢复活性炭的活性；同时另外一个净化塔则打开电磁阀并保持脱附机构关闭，以通过出气口排出氢气；

所述第一、第二净化塔分别设置有触头，所述触头安装在第一净化塔和第二净化塔的底部；所述触头分别与净化塔所对应的电磁阀和脱附机构电性连接，以控制电磁阀和脱附机构的启闭；

所述第一、第二净化塔之间设置有与主控模块电性连接的触发机构；所述触发机构根据主控模块检测的氢气流速减缓的触发信号，在第一净化塔和第二净化塔之间移动，从而与对应的触头接触导通；

所述触发机构包括：C字型的滑轨、设置在滑轨开口内的且与主控模块电连接的导电条，以及由主控模块控制沿滑轨滑动的滑块；其中

所述滑块上设置有下端与导电条接触的导电片；

所述导电片的上端设置有延伸出滑块的导电头；

所述导电头能够与所述触头接触以导通所述第一净化塔或第二净化塔所对应的脱附机构和电磁阀。

2.如权利要求1所述的一种氢分离设备，其特征在于，

所述滑块设置有驱动机构；

所述驱动机构包括分别设置在滑块四端角处的驱动轮，以及在同轴的两驱动轮之间设置有与主控模块电性连接的驱动电机；其中

在所述气流速度传感器检测到其中一个净化塔的出气口处的氢气流速减缓时，

所述主控模块控制驱动电机驱动所述驱动轮沿滑轨往返滚动，以使导电头依次交替与第一、第二净化塔对应的触头接触导通，以通过主控模块控制对应的电磁阀和脱附机构的开关状态。

3.如权利要求1所述的一种氢分离设备，其特征在于，

所述脱附机构具体为加热机构，所述加热机构包括分别裹覆于第一、第二净化塔外的加热炉，以及设置在加热炉内的若干加热块；其中

所述加热块分别与触头电性连接；

所述第一、第二净化塔分别设置有排气口，所述排气口设置在净化塔的上部；以及

所述排气口设置有单向进气阀，在所述电磁阀关闭后和加热机构进行加热之前，通过加压或者抽气经所述单向进气阀排出塔内多余的氢气；

在所述导电头与触头接触导通后，所述加热块加热净化塔，以使净化塔吸附的氨气释放并从排气口排出而恢复活性。

4.如权利要求3所述的一种氢分离设备，其特征在于，

所述排气口设置有气体排出收集装置；

所述气体排出收集装置包括由排气口向外延伸的导管、适于盛水的排气杯体和适于收集氢气的集气杯；其中

所述集气杯适于盛满水后倒置在排气杯内；

所述导管的另一端深入集气杯内，以向排气杯内导入氢气排出排气杯内的水，以收集氢气。

5.如权利要求4所述的一种氢分离设备，其特征在于，

所述导管上设置有与主控模块电性连接的抽气机，所述抽气机设置在所述单向进气阀的出口下游处；

在所述电磁阀关闭后且加热机构进行加热之前，所述抽气机将净化塔内残留的氢气通过导管抽离到集气杯内。

6.如权利要求5所述的一种氢分离设备，其特征在于，

所述集气杯的开口处的内壁铰接有盖体；

所述盖体的外沿设置有适于密封集气杯的密封条。

7.如权利要求3所述的一种氢分离设备，其特征在于，

所述第一、第二净化塔内均布有若干活性炭层，以多级吸附氨气；

在所述活性炭层吸附满氨气后，所述加热机构适于对活性炭层加热以脱附氨气。

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