CN111729479A - 一种钯膜组件以及提纯器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钯膜组件以及提纯器，所述钯膜组件，包括：壳体，所述壳体设置有进气口、出气口、排气口以及收容腔；以及至少一个钯膜单元，所述钯膜单元收容于收容腔，包括钯膜以及与钯膜相对设置的扰流板，所述扰流板与钯膜相对的一侧阵列设置有若干凸台；所述钯膜与扰流板之间形成有进气通道，所述钯膜背离扰流板的一侧与相邻钯膜单元的扰流板或者所述收容腔的腔壁之间形成出气通道；所述进气通道的两端分别与所述进气口、排气口相连通，所述出气通道与所述出气口相连通。相较于现有技术，本发明钯膜组件通过扰流板打破气流在钯膜表面规律流动的状态，从而使得富氢混合气体能够更充分地接触到钯膜，进而提高了氢气提纯效率。

Description

一种钯膜组件以及提纯器
技术领域
本发明属于氢气提纯技术领域，尤其涉及一种钯膜组件以及提纯器。
背景技术
近年来，随着氢燃料电池、钢铁、半导体、微电子、石油化工等行业快速发展，高纯氢气的需求量迅猛增大，有力推动了人们对高纯氢气生产和分离技术的研究。钯及其合金膜基于其自身材料特性，具有优良的氢渗透选择性、良好的机械和热稳定性等一系列优点，受到了深入广泛的研究。
目前，钯膜的提纯效率仍然较低，排出的尾气中氢气的含量依旧较高，可达到15%~25%左右。这是由于氢气提纯过程中存在浓差极化效应，即：混合气流流经钯膜表面时，氢气在压力作用下透过钯膜，而其余气体则不能透过，所以逐渐在钯膜表面形成一层气流浓度较高的区域。在浓度梯度的作用下，氢气又会被带进混合气体中，形成边界层，从而使得钯膜透氢阻力增加，进而导致氢气提纯效率下降。
随着行程逐渐增加，富氢混合气体到达钯膜末端时氢气浓度下降，从而使得氢气容易随着尾气流动至提纯器末端，从而使得氢气提纯效率降低。
鉴于上述问题，有必要提供一种新的钯膜组件，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钯膜组件以及具有该钯膜组件的提纯器，所述钯膜组件通过扰流板打破气流在钯膜表面规律流动的状态，从而使得富氢混合气体能够更充分地接触到钯膜，进而提高了氢气提纯效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种钯膜组件，包括：壳体，所述壳体设置有输入富氢混合气体的进气口、输出提纯氢气的出气口、排出尾气的排气口以及收容腔，所述收容腔与所述进气口、出气口、排气口相连通；至少一个钯膜单元，所述钯膜单元收容于所述收容腔，包括钯膜、与所述钯膜相对设置的扰流板以及位于所述钯膜和扰流板之间的第一密封圈，所述扰流板与所述钯膜相对的一侧阵列设置有若干凸台；所述钯膜与所述扰流板之间形成有进气通道，所述钯膜背离所述扰流板的一侧与相邻钯膜单元的扰流板之间形成出气通道；所述第一密封圈设置有与所述进气口相连通的进气槽以及与所述排气口相连通的排气槽，所述进气通道是由所述扰流板、第一密封圈、钯膜共同形成；所述进气通道的两端分别与所述进气口、排气口相连通，所述出气通道与所述出气口相连通。
作为本发明的进一步改进，所述凸台的高度位于0.5毫米~3毫米之间。
作为本发明的进一步改进，所述凸台呈圆柱状。
作为本发明的进一步改进，所述钯膜与所述扰流板之间还设置有滤网，以过滤输入的富氢混合气体；所述滤网位于所述第一密封圈背离所述扰流板的一侧。
作为本发明的进一步改进，所述滤网为不锈钢滤网。
作为本发明的进一步改进，所述滤网背离所述扰流板的一侧还设置有第二密封圈，所述第二密封圈设置有与所述出气口相连通的出气槽；所述出气通道是由所述钯膜、第二密封圈、相邻钯膜单元的扰流板或者所述收容腔的腔壁共同形成。
作为本发明的进一步改进，所述钯膜、扰流板呈管状，所述扰流板套在所述钯膜上。
一种提纯器，包括钯膜组件，所述钯膜组件包括壳体，所述壳体设置有输入富氢混合气体的进气口、输出提纯氢气的出气口、排出尾气的排气口以及收容腔，所述收容腔与所述进气口、出气口、排气口相连通；以及至少一个钯膜单元，所述钯膜单元收容于所述收容腔，包括钯膜以及与所述钯膜相对设置的扰流板，所述扰流板与所述钯膜相对的一侧阵列设置有若干凸台；所述钯膜与所述扰流板之间形成有进气通道，所述钯膜背离所述扰流板的一侧与相邻钯膜单元的扰流板或者所述收容腔的腔壁之间形成出气通道；所述进气通道的两端分别与所述进气口、排气口相连通，所述出气通道与所述出气口相连通。
作为本发明的进一步改进，所述凸台的高度位于0.5毫米~3毫米之间。
作为本发明的进一步改进，所述钯膜与所述扰流板之间还设置有滤网，以过滤输入的富氢混合气体；所述滤网位于所述第一密封圈背离所述扰流板的一侧；所述滤网背离所述扰流板的一侧还设置有第二密封圈，所述第二密封圈设置有与所述出气口相连通的出气槽；所述出气通道是由所述钯膜、第二密封圈、相邻钯膜单元的扰流板或者所述收容腔的腔壁共同形成。
本发明的有益效果是：本发明钯膜组件通过扰流板打破气流在钯膜表面规律流动的状态，从而使得富氢混合气体能够更充分地接触到钯膜，进而提高了氢气提纯效率。
附图说明
图1是本发明钯膜组件的立体结构示意图。
图2是壳体的结构示意图。
图3是钯膜单元的结构示意图。
图4是图3所示钯膜单元的爆炸图。
图5是第二密封圈的结构示意图。
图6是滤网的结构示意图。
图7是第一密封圈的结构示意图。
图8是扰流板的结构示意图。
图9是现有方案中富氢混合气体流经钯膜时气体流动方向示意图。
图10是本发明富氢混合气体流经钯膜时气体流动方向示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
请参阅图1、图2、图3以及图4所示，本发明揭示了一种钯膜组件100，包括壳体10以及收容于所述壳体10内的至少一个钯膜单元20。在本实施例中，所述钯膜单元20的数量为3个，但是在其它实施例中，所述钯膜单元20的数量可以依需而设。
请参阅图2以及图1所示，所述壳体10包括第一端板11、与所述第一端板11相对设置的第二端板12以及收容腔13。所述第一端板11上设置有贯穿所述第一端板11的进气口111、出气口112以及排气口113。所述进气口111位于所述第一端板11的一端，所述出气口112、排气口113位于所述第一端板11背离所述进气口111的一端。所述进气口111用以输入富氢混合气体，所述出气口112用以输出提纯氢气，所述排气口113用以排出尾气。所述尾气是指富氢混合气体经所述钯膜单元20过滤后剩余的非富氢混合气体。在本实施例中，所述进气口111、出气口112、排气口113设置于所述壳体10的同一侧，但是在其它实施例中，所述进气口111、出气口112、排气口113亦可以设置于所述壳体10的不同侧。所述收容腔13是由所述第一端板11、第二端板12共同形成，用以收容所述钯膜单元20。在本实施例中，所述收容腔13是开放式的，但是在其它实施例中，所述收容腔13亦可以是封闭式的。
请参阅图4以及图3所示，所述钯膜单元20收容于所述收容腔13，包括依序设置的第二密封圈21、钯膜22、滤网23、第一密封圈24以及扰流板25。请参阅图5所示，所述第二密封圈21设置有与所述进气口111相配合的第一进气开口211、与所述出气口112相配合的第一出气开口212、与所述排气口113相配合的第一排气开口213、与所述钯膜22相配合的第二通气开口214以及出气槽215，所述出气槽215与所述第一出气开口212、第二通气开口214相连通。所述钯膜22呈片状，设置在所述滤网23上，并正对着所述第二通气开口214。请参阅图6所示，所述滤网23为不锈钢滤网，其上设置有与所述第一进气开口211相配合的第二进气开口231、与所述第一出气开口212相配合的第二出气开口232、与所述第一排气开口213相配合的第二排气开口233以及若干用以过滤输入的富氢混合气体的滤孔234。请参阅图7所示，所述第一密封圈24设置有与所述第二进气开口231相配合的第三进气开口241、与所述第二出气开口232相配合的第三出气开口242、与所述第二排气开口233相配合的第三排气开口243、与所述钯膜22相配合的第一通气开口244、进气槽245以及排气槽246。所述第一通气开口244正对着所述钯膜22，所述进气槽245与所述第三进气开口241、第一通气开口244相连通，所述排气槽246与所述第三排气开口243、第一通气开口244相连通。请参阅图8所示，所述扰流板25设置有与所述第三进气开口241相配合的第四进气开口251、与所述第三出气开口242相配合的第四出气开口252、与所述第三排气开口243相配合的第四排气开口253以及若干阵列设置的凸台254，所述凸台254与所述第一通气开口244正对。在本实施例中，所述凸台呈圆柱状，其高度位于0.5毫米~3毫米之间。当所述凸台254的高度位于0.5毫米~3毫米之间时，可以有效兼顾所述钯膜单元20的体积和扰流效果。
所述第二密封圈21、钯膜22与相邻钯膜单元20的扰流板25或者所述收容腔13的腔壁（即：第一端板11）共同形成一出气通道；所述钯膜22、第一密封圈24、扰流板25共同形成一进气通道。所述第一进气开口211、第二进气开口231、第三进气开口241、第四进气开口251共同形成一进气管道。所述进气管道的一端与所述进气口111相连通，另一端通过所述进气槽245与所述进气通道相连通。所述第一出气开口212、第二出气开口232、第三出气开口242、第四出气开口252共同形成一出气管道。所述出气管道的一端与所述出气口112相连通，另一端通过所述出气槽215与所述出气通道相连通。所述第一排气开口213、第二排气开口233、第三排气开口243、第四排气开口253共同形成一排气管道。所述排气管道的一端与所述排气口113相连通，另一端通过所述排气槽246与所述进气通道相连通。相较于现有技术，本发明钯膜组件100通过在所述第一密封圈24上设置进气槽245、排气槽246，在所述第二密封圈21上设置出气槽215，从而使得本发明钯膜组件100的进气通道、出气通道、排气管道结构简单，易于生产、装配，并且也易于扩展成多个钯膜单元20组成的钯膜单元组。
当使用本发明钯膜组件100时，首先向所述进气口111注入富氢混合气体，所述富氢混合气体沿着所述进气管道进入所述进气通道。氢气透过所述钯膜22后进入所述出气通道，并经所述出气槽215、出气通道后，从所述出气口112输出提纯氢气。尾气则经所述排气槽246、排气管道后，从所述排气口113排出尾气。气体的流向请参阅图4中箭头所示。
请参阅图9所示，富氢混合气体流经现有钯膜表面时，靠近钯膜外壁的气流流速慢，中间部分气流流速快，在最外侧的部分气流形成湍流，从而使得部分气流接触不到钯膜，进而导致氢气提纯效率降低。请参阅图10所示，本发明钯膜组件100通过设置若干所述凸台254从而使得流经钯膜22表面的气流形成湍流，打破了现有方案中气流在钯膜表面规律流动的状态，从而使得富氢混合气体能够与所述钯膜22进行充分接触，进而有效提升了氢气提纯效率。
在本实施例中，所述钯膜22、扰流板25呈板状，但是在其它实施例中，所述钯膜22、扰流板25亦可以呈管状，所述扰流板25套在所述钯膜22上。
本发明还揭示了一种提纯器，所述提纯器包括所述钯膜组件100。
相较于现有技术，本发明钯膜组件100通过所述扰流板25打破气流在所述钯膜22表面规律流动的状态，从而使得富氢混合气体能够更充分地接触到钯膜22，进而提高了氢气提纯效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钯膜组件，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体设置有输入富氢混合气体的进气口、输出提纯氢气的出气口、排出尾气的排气口以及收容腔，所述收容腔与所述进气口、出气口、排气口相连通；以及
至少一个钯膜单元，所述钯膜单元收容于所述收容腔，包括钯膜、与所述钯膜相对设置的扰流板以及位于所述钯膜和扰流板之间的第一密封圈，所述扰流板与所述钯膜相对的一侧阵列设置有若干凸台；所述钯膜与所述扰流板之间形成有进气通道，所述钯膜背离所述扰流板的一侧与相邻钯膜单元的扰流板之间形成出气通道；所述第一密封圈设置有与所述进气口相连通的进气槽以及与所述排气口相连通的排气槽，所述进气通道是由所述扰流板、第一密封圈、钯膜共同形成；所述进气通道的两端分别与所述进气口、排气口相连通，所述出气通道与所述出气口相连通。
2.如权利要求1所述的钯膜组件，其特征在于：所述凸台的高度位于0.5毫米~3毫米之间。
3.如权利要求1所述的钯膜组件，其特征在于：所述凸台呈圆柱状。
4.如权利要求1所述的钯膜组件，其特征在于：所述钯膜与所述扰流板之间还设置有滤网，以过滤输入的富氢混合气体；所述滤网位于所述第一密封圈背离所述扰流板的一侧。
5.如权利要求4所述的钯膜组件，其特征在于：所述滤网为不锈钢滤网。
6.如权利要求4所述的钯膜组件，其特征在于：所述滤网背离所述扰流板的一侧还设置有第二密封圈，所述第二密封圈设置有与所述出气口相连通的出气槽；所述出气通道是由所述钯膜、第二密封圈、相邻钯膜单元的扰流板或者所述收容腔的腔壁共同形成。
7.如权利要求1所述的钯膜组件，其特征在于：所述钯膜、扰流板呈管状，所述扰流板套在所述钯膜上。
8.一种提纯器，其特征在于，包括钯膜组件，所述钯膜组件包括
壳体，所述壳体设置有输入富氢混合气体的进气口、输出提纯氢气的出气口、排出尾气的排气口以及收容腔，所述收容腔与所述进气口、出气口、排气口相连通；以及
至少一个钯膜单元，所述钯膜单元收容于所述收容腔，包括钯膜、与所述钯膜相对设置的扰流板以及位于所述钯膜和扰流板之间的第一密封圈，所述扰流板与所述钯膜相对的一侧阵列设置有若干凸台；所述钯膜与所述扰流板之间形成有进气通道，所述钯膜背离所述扰流板的一侧与相邻钯膜单元的扰流板之间形成出气通道；所述第一密封圈设置有与所述进气口相连通的进气槽以及与所述排气口相连通的排气槽，所述进气通道是由所述扰流板、第一密封圈、钯膜共同形成；所述进气通道的两端分别与所述进气口、排气口相连通，所述出气通道与所述出气口相连通。
9.如权利要求8所述的提纯器，其特征在于：所述凸台的高度位于0.5毫米~3毫米之间。
10.如权利要求8所述的提纯器，其特征在于：所述钯膜与所述扰流板之间还设置有滤网，以过滤输入的富氢混合气体；所述滤网位于所述第一密封圈背离所述扰流板的一侧；所述滤网背离所述扰流板的一侧还设置有第二密封圈，所述第二密封圈设置有与所述出气口相连通的出气槽；所述出气通道是由所述钯膜、第二密封圈、相邻钯膜单元的扰流板或者所述收容腔的腔壁共同形成。
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