CN112978678A - 一种氢气净化提纯系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及氢气提纯技术领域，尤其是涉及一种氢气净化提纯系统，包括提纯装置、氢气冷却器以及尾气冷却器，提纯装置包括壳体以及滤芯，壳体上开设有进气孔、与氢气冷却器连通的收集孔以及与尾气冷却器连通的排气孔，壳体上还连通有保护装置，保护装置包括保护器，保护器与壳体内部连通并且使待提纯气体中的氢气与尾气分离，氢气冷却器与保护器连通用于收集氢气，尾气冷却器与保护器连通用于收集尾气，壳体上设置有用于使收集孔、排气孔敞开或者关断的控制组件，壳体上还设置有用于控制保护器与壳体内部连通或者断开的辅助件，达到了方便氢气的提纯过程顺利进行的效果。

Description

一种氢气净化提纯系统

技术领域

本申请涉及氢气提纯技术领域，尤其是涉及一种氢气净化提纯系统。

背景技术

目前氢气燃烧等质量的热量是传统化石能源的3-5倍，而且氢气燃烧只生成水，水又可以循环使用，氢能源具有更加经济和节能的优点。

相关技术中，公开号为CN111646432A的中国发明专利公开了一种氢气净化提纯系统，包括依次连通的增压单元、过滤装置、一级提纯单元、换热单元以及二级提纯单元，所述增压单元上设有用于通入原料气的进气口，原料气经过所述增压单元、所述过滤装置、所述一级提纯单元、所述换热单元和所述二级提纯单元进行提纯，其中，所述二级提纯单元为钯膜分离器，所述一级提纯单元用于去除对金属钯膜有害的气体；原料气体依次经过增压单元、过滤装置、一级提纯单元、换热单元以及二级提纯单元之后便可以完成氢气提纯的过程。

针对上述相关技术方案，发明人发现：二级提纯单元为钯膜分离器，钯膜的机械性能差，在温度低于300度、氢气压力快速升高的情况下，可能会导致钯膜破裂，影响到氢气的提纯过程。

发明内容

为了方便氢气的提纯过程顺利进行，本申请提供一种氢气净化提纯系统。

本申请提供的一种氢气净化提纯系统采用如下的技术方案：

一种氢气净化提纯系统，包括提纯装置、氢气冷却器以及尾气冷却器，提纯装置包括壳体以及滤芯，壳体上开设有进气孔、与氢气冷却器连通的收集孔以及与尾气冷却器连通的排气孔，壳体上还连通有保护装置，保护装置包括保护器，保护器与壳体内部连通并且使待提纯气体中的氢气与尾气分离，氢气冷却器与保护器连通用于收集氢气，尾气冷却器与保护器连通用于收集尾气，壳体上设置有用于使收集孔、排气孔敞开或者关断的控制组件，壳体上还设置有用于控制保护器与壳体内部连通或者断开的辅助件。

通过采用上述技术方案，系统运行的过程中，经过处理之后的待提纯气体通入到提纯装置内部，经过提纯分离之后，氢气经过收集孔进入到氢气冷却器，尾气经过排气孔进入到尾气冷却器内部；一旦提纯装置内部的滤芯（即钯膜）出现破碎时，控制组件会使收集孔以及排气孔封闭，辅助件使保护器与壳体内部连通，此时通入壳体的气体会进入到保护器内部，待提纯气体在保护器内部可以将氢气分离出来，分离出来的氢气会进入到氢气冷却器内部，尾气会进入到尾气冷却器内部，这样就保证了氢气的提纯过程。

优选的，保护器包括收集壳，收集壳内部设置有竖直的收集管，收集管与壳体内部连通，收集管的上端头与氢气冷却器连通，收集管的下端头与尾气冷却器连通。

通过采用上述技术方案，进入到收集管的待提纯气体中主要是氢气和一氧化碳，氢气与一氧化碳的密度相差较大，氢气会位于一氧化碳的上方，因此氢气冷却器在收集管的上端头收集到的为氢气，在收集管下端头收集到的是提纯之后的尾气，即一氧化碳。

优选的，收集管由上到下依次设置有两层，每层收集管均设置有多个，两层收集管之间同时连通有连通管，连通管与壳体内部连通，氢气冷却器以及尾气冷却器在两层收集管相互远离的端头上与收集管内部连通。

通过采用上述技术方案，待提纯气体进入保护器时会首先进入到连通管内部，然后待提纯气体在连通管中便可完成分离，氢气会向上进入上方的收集管中，尾气会向下进入下方的收集管中，这样可以提升最终收集的氢气的纯度。

优选的，连通管的横截面形状为涡状，每层收集管均沿着连通管的延伸方向均匀分布。

通过采用上述技术方案，将连通管设置成涡状，可以增加在连通管上安装的收集管的数量，这样就可以在提升所获氢气的纯度的前提下，加快提纯速度。

优选的，控制组件包括使收集孔敞开或者封闭的第一控制件、使排气孔敞开或者封闭的第二控制件以及用于对第一控制件、第二控制件进行控制的控制部。

通过采用上述技术方案，壳体内部的滤芯出现故障时会触发控制部，控制部会进一步对第一控制件以及第二控制件进行控制，进而改变收集孔以及排气孔的状态。

优选的，第一控制件包括沿着收集孔的轴线依次设置在收集孔内部的两个第一固定板，两个第一固定板之间设置有第一活动板，第一活动板与第一固定板转动连接，在第一固定板的侧面上均匀开设有多个同时贯穿第一活动板以及两个第一固定板的通气孔，壳体上设置有带动第一活动板转动的第一驱动件。

通过采用上述技术方案，收集孔敞开的状态下，第一固定板与第一活动板上的通气孔相对应；壳体内部的滤芯出现故障时，控制部会通过第一驱动件带动第一活动板在两个第一固定板之间转动，直到第一固定板与第一活动板上的通气孔完全错位，这样第一固定板与第一活动板边可对收集孔进行封闭。

优选的，第一驱动件包括嵌入到壳体侧壁内部的驱动齿轮，第一活动板的周面上开设有与驱动齿轮相啮合的齿槽，壳体上设置有带动驱动齿轮转动的驱动电机。

通过采用上述技术方案，需要带动第一活动板在两个第一固定板之间转动时，驱动电机带动驱动齿轮在壳体上转动，驱动齿轮与第一活动板周面上的齿槽相啮合，这样驱动齿轮就会带动第一活动板在两个第一固定板之间转动。

优选的，第二控制件包括设置在排气孔内部的第二固定板以及第二活动板，第二固定板与第一固定板结构相同，第二活动板与第一活动板结构相同，驱动齿轮与第二活动板之间设置有用于传动的第一齿轮组。

通过采用上述技术方案，驱动齿轮带动第一活动板转动的过程中，也会通过第一齿轮组带动第二活动板在两个第二固定板之间转动，第二活动板与第一活动板结构相同，第二固定板与第二固定板结构相同，当第二活动板转动过一定的角度之后便可改变排气孔的状态。

优选的，壳体上与连通管位置相对的位置开设有辅助孔，辅助件包括设置在辅助孔内部的第三固定板以及第三活动板，第三固定板与第一固定板结构相同，第三活动板与第一活动板结构相同，驱动齿轮与第三活动板之间设置有用于传动的第二齿轮组。

通过采用上述技术方案，驱动齿轮转动的过程中，驱动齿轮也会通过第二齿轮组带动第三活动板在两个第三固定板之间转动，第三固定板与第一固定板结构相同，第三活动板与第一活动板结构相同，当第三活动板转动过一定角度之后便可改变辅助孔的状态。

优选的，辅助孔开设在壳体的顶面上。

通过采用上述技术方案，待提纯气体通入壳体内部之后，仅仅能在辅助孔的位置进入到保护器内部，待提纯气体在壳体内部就可以实现初步的预提纯，即在壳体内部，氢气便会与其他密度较大的气体初步分离。

综上所述，本申请具有以下技术效果：

1.通过设置了保护装置，壳体内部的滤芯受损之后，壳体内部的气体会就进入到保护装置内部并且在保护装置内部进行提纯分离，这样就保证了氢气提纯过程顺利进行；

2.通过设置了相互联动的第一控制件、第二控制件以及辅助件，使收集孔、排气孔以及辅助孔的打开与关闭保持同步，这样更方便人们对提纯系统进行控制。

附图说明

图1是本申请实施例中提纯系统的流程图；

图2是本申请实施例中提纯装置的整体结构图；

图3是本申请实施例中保护装置的整体结构图；

图4本申请实施例中的提纯装置隐藏封盖之后的爆炸图；

图5是本申请实施例中控制部的控制流程图。

图中，1、提纯装置；11、壳体；12、收集孔；14、辅助孔；16、嵌入槽；17、封盖；2、保护装置；21、保护器；22、控制组件；23、辅助件；231、第三固定板；232、第三活动板；24、收集壳；25、提纯部件；251、收集管；252、连通管；3、第一控制件；31、第一固定板；32、第一活动板；33、第一驱动件；331、驱动齿轮；332、驱动电机；333、第一齿轮组；334、第二齿轮组；34、通气孔；4、第二控制件；41、第二固定板；42、第二活动板；5、控制部；51、超声波传感器；52、单片机。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

参照图1和图2，本申请提供了一种氢气净化提纯系统，包括提纯装置1、氢气冷却器、尾气冷却器以及保护装置2，提纯装置1包括壳体11以及设置在壳体11内部的滤芯，在本实施例中，滤芯为钯膜；在壳体11的侧壁上开设有收集孔12以及进气孔（图中未显示），氢气冷却器在收集孔12的位置与壳体11内部连通；在壳体11的底壁上开设有排气孔，尾气冷却器在排气孔的位置与壳体11内部连通；在壳体11的顶面上开设有辅助孔14，保护装置2在辅助孔14的位置与壳体11内部连通并且可以控制收集孔12、排气孔以及辅助孔14的敞开或者密封，保护装置2与氢气冷却器以及尾气冷却器连通。

提纯系统运行过程中，待提纯气体在进气孔的位置进入到壳体11内部，壳体11内部的钯膜滤芯可以对待提纯气体进行过滤，氢气穿过收集孔12进入到氢气冷却器，其他气体（尾气）会穿过排气孔进入到尾气冷却器；如果因为温度较低等原因导致壳体11内部的滤芯受损时，保护装置2会使收集孔12以及排气孔封闭，使辅助孔14敞开，此时壳体11内部的待提纯气体会穿过辅助孔14进入到保护装置2内部，保护装置2可以将待提纯气体中的氢气分离出来；分离出来的氢气会进入到氢气冷却器中，其他气体（尾气）会进入到尾气冷却器中，这样就完成了氢气净化提纯的过程，保护装置2的设置，使提纯系统可以在滤芯受损的情况下保证氢气提纯的过程顺利进行。

参照图3和图4，保护装置2包括保护器21、控制组件22以及辅助件23，保护器21包括呈罐状放置在壳体11的一侧的收集壳24以及设置在收集壳24内部的提纯部件25，收集壳24在辅助孔14的位置与壳体11内部连通，提纯部件25设置在收集壳24内部并且可以分离出待提纯气体中的氢气，控制组件22设置在壳体11上并且可以对收集孔12、排气孔的敞开与密封进行控制，辅助件23设置在壳体11上并且可以控制辅助孔14的敞开与密封。待提纯气体通入壳体11中导致滤芯受损时，控制组件22会使收集孔12以及排气孔封闭，同时辅助件23会使辅助孔14敞开，这样壳体11中的待提纯气体便会进入收集壳24中，收集壳24中的提纯部件25同样可以将待提纯气体中的氢气分离出来，分离出来的氢气会进入到氢气冷却器中，其他气体（尾气）会进入到尾气冷却器中。

参照图3，提纯部件25包括收集管251以及连通管252，连通管252设置在一水平面内并且横向截面形状呈涡状，连通管252的一端延伸到收集壳24的外侧并且在辅助孔14的位置与壳体11内部连通；收集管251由上到下共设置有两层，每层均包括多个收集管251，多个收集管251沿着连通管252的延伸方向依次均匀间隔设置并且均与连通管252内部连通。待提纯气体会首先进入到连通管252内部，待提纯气体中杂质主要是一氧化碳，一氧化碳的密度大于氢气的密度，连通管252中的一氧化碳会向下进入到下层的收集管251中，氢气会向上进入到上层的收集管251中，最终氢气会被氢气冷却器收集，一氧化碳等尾气会被尾气冷却器收集。

参照图4，控制组件22包括第一控制件3、第二控制件4以及控制部5，第一控制件3设置在壳体11上并且可以控制收集孔12的敞开或者密封，第二控制件4设置在壳体11上并且可以控制排气孔的敞开或者密封，控制部5设置在壳体11上并且可以对第一控制件3、第二控制件4以及辅助件23进行控制。

参照图4，第一控制件3包括第一固定板31、第一活动板32以及第一驱动件33，第一固定板31、第一活动板32均与收集孔12相适配，第一固定板31共设置有两个，两个第一固定板31沿着收集孔12的轴线方向依次设置并且均与壳体11固定连接，第一活动板32位于两个第一固定板31之间并且第一活动板32与其中一个第一固定板31转动连接；第一固定板31上开设有六个贯穿第一活动板32以及两个第一固定板31的通气孔34，六个通气孔34沿着收集孔12中心轴线的周向均匀分布，第一驱动件33设置在壳体11上并且可以带动第一活动板32在两个第一固定板31之间转动。

提纯系统正常运行的过程中，第一活动板32上的通气孔34位置与两个第一固定板31上的收集孔12位置一一对应，此时在壳体11中分离出的氢气穿过收集孔12进入氢气冷却器；壳体11内部的滤芯受损时，第一驱动件33带动第一活动板32在两个第一固定板31之间转动，直到第一活动板32上的通气孔34位置与第一固定板31上的通气孔34位置相互错位，这样第一活动板32与第一固定板31就可以对收集孔12进行封闭。

参照图4，第二控制件4包括设置在排气孔内部的第二固定板41以及第二活动板42，辅助件23包括设置在辅助孔14内部的第三固定板231以及第三活动板232，第二固定板41、第三固定板231的结构均与第一固定板31的结构相同，第二活动板42、第三活动板232的结构均与第一活动板32的结构相同。

参照图4，第一驱动件33包括驱动齿轮331、驱动电机332、第一齿轮组333以及第二齿轮组334，在壳体11的外表面上开设有嵌入槽16，驱动齿轮331设置在嵌入槽16内部并且与壳体11转动连接，在第一活动板32、第二活动板42以及第三活动板232的周面上开设有齿槽，第一活动板32上的齿槽可以与驱动齿轮331相啮合；第一齿轮组333设置在第一活动板32与第二活动板42之间，第一活动板32可以通过第一齿轮组333带动第二活动板42一起同步转动；第二齿轮组334设置在驱动齿轮331与第三活动板232之间，驱动齿轮331可以通过第二齿轮组334带动第三活动板232一起同步转动，壳体11上设置有将驱动齿轮331、第一齿轮组333以及第二齿轮组334封锁在嵌入槽16内部的封盖17，封盖17与壳体11通过螺栓可拆卸连接；驱动电机332固定在封盖17上并且可以带动驱动齿轮331转动。

壳体11内部的滤芯受损时，驱动电机332会带动驱动齿轮331转动，驱动齿轮331与第一活动板32相互啮合，驱动齿轮331会带动第一活动板32转动；同时，驱动齿轮331也会通过第二齿轮组334带动第三活动板232转动，第二活动板42会通过第一齿轮组333带动第二活动板42转动；最终，收集孔12以及排气孔会转换到封闭状态，辅助孔14转换到敞开的状态，这样壳体11内部的待提纯气体便会穿过辅助孔14进入到收集壳24中完成氢气提纯过程。

参照图5，控制部5包括超声波传感器51以及单片机52，超声波传感器51固定在壳体11的内壁上，超声波传感器51与单片机52耦接，单片机52与驱动电机332耦接；控制部5工作过程中，超声波传感器51朝着壳体11内部的滤芯发出超声波并接收，超声波传感器51接收到超声波信号之后向单片机52发出检测信号，单片机52根据检测信号判断滤芯是否受损，滤芯受损时，单片机52控制驱动电机332启动，改变壳体11上收集孔12、排气孔以及辅助孔14的状态。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种氢气净化提纯系统，包括提纯装置(1)、氢气冷却器以及尾气冷却器，提纯装置(1)包括壳体(11)以及滤芯，壳体(11)上开设有进气孔、与氢气冷却器连通的收集孔(12)以及与尾气冷却器连通的排气孔，其特征在于：壳体(11)上还连通有保护装置(2)，保护装置(2)包括保护器(21)，保护器(21)与壳体(11)内部连通并且使待提纯气体中的氢气与尾气分离，氢气冷却器与保护器(21)连通用于收集氢气，尾气冷却器与保护器(21)连通用于收集尾气，壳体(11)上设置有用于使收集孔(12)、排气孔敞开或者关断的控制组件(22)，壳体(11)上还设置有用于控制保护器(21)与壳体(11)内部连通或者断开的辅助件(23)。

2.根据权利要求1所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：保护器(21)包括收集壳(24)，收集壳(24)内部设置有竖直的收集管(251)，收集管(251)与壳体(11)内部连通，收集管(251)的上端头与氢气冷却器连通，收集管(251)的下端头与尾气冷却器连通。

3.根据权利要求2所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：收集管(251)由上到下依次设置有两层，每层收集管(251)均设置有多个，两层收集管(251)之间同时连通有连通管(252)，连通管(252)与壳体(11)内部连通，氢气冷却器以及尾气冷却器在两层收集管(251)相互远离的端头上与收集管(251)内部连通。

4.根据权利要求3所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：连通管(252)的横截面形状为涡状，每层收集管(251)均沿着连通管(252)的延伸方向均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：控制组件(22)包括使收集孔(12)敞开或者封闭的第一控制件(3)、使排气孔敞开或者封闭的第二控制件(4)以及用于对第一控制件(3)、第二控制件(4)进行控制的控制部(5)。

6.根据权利要求5所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：第一控制件(3)包括沿着收集孔(12)的轴线依次设置在收集孔(12)内部的两个第一固定板(31)，两个第一固定板(31)之间设置有第一活动板(32)，第一活动板(32)与第一固定板(31)转动连接，在第一固定板(31)的侧面上均匀开设有多个同时贯穿第一活动板(32)以及两个第一固定板(31)的通气孔(34)，壳体(11)上设置有带动第一活动板(32)转动的第一驱动件(33)。

7.根据权利要求6所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：第一驱动件(33)包括嵌入到壳体(11)侧壁内部的驱动齿轮(331)，第一活动板(32)的周面上开设有与驱动齿轮(331)相啮合的齿槽，壳体(11)上设置有带动驱动齿轮(331)转动的驱动电机(332)。

8.根据权利要求7所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：第二控制件(4)包括设置在排气孔内部的第二固定板(41)以及第二活动板(42)，第二固定板(41)与第一固定板(31)结构相同，第二活动板(42)与第一活动板(32)结构相同，驱动齿轮(331)与第二活动板(42)之间设置有用于传动的第一齿轮组(333)。

9.根据权利要求8所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：壳体(11)上与连通管(252)位置相对的位置开设有辅助孔(14)，辅助件(23)包括设置在辅助孔(14)内部的第三固定板(231)以及第三活动板(232)，第三固定板(231)与第一固定板(31)结构相同，第三活动板(232)与第一活动板(32)结构相同，驱动齿轮(331)与第三活动板(232)之间设置有用于传动的第二齿轮组(334)。

10.根据权利要求9所述的一种氢气净化提纯系统，其特征在于：辅助孔(14)开设在壳体(11)的顶面上。

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