CN113102849B - 一种电解加工中氢气的分离收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解加工中氢气的分离收集装置，属于电解加工技术领域。包括氢气分离机构和氢气收集机构；氢气分离机构包括依次连接的第一储氢管和第二储氢管；所述第一储氢管和第二储氢管均由同轴的外管和内管构成；内管由依次套设的外支撑管、防水涤纶布和内支撑管固定连接构成；外支撑管和内支撑管均为多孔塑料管；氢气收集机构包括氢气罐、第一鼓风机、第一出气管、第一进气管、第二鼓风机、第二出气管和第二进气管。本发明利用具有防水涤纶布的氢气分离机构将氢气从电解加工反应后的电解液内分离出来，再通过氢气收集机构收集氢气，再通过鼓风机往进气管内充入氢气把防水涤纶布上被电解产物堵塞的气孔冲开，保证氢气分离系统的正常工作。

Description

一种电解加工中氢气的分离收集装置

技术领域

本发明属于电解加工技术领域，具体涉及一种电解加工中氢气的分离收集装置。

背景技术

电解加工是一种利用阳极金属电解蚀除原理进行工件成形加工的特种加工方法。工件接电源的正极，阴极接电源的负极，两极之间保持较小的间隙。电解液从间隙中流过，两极之间形成导电通路。电解加工过程的电极反应，即在电极与电解液界面上所进行的电化学反应，阳极处为金属失电子产生金属阳离子，阴极处氢离子得电子还原为氢气，大量氢气气泡随电解液流动而从加工区域流出。

电解加工具有加工范围广、生产率较高，加工表面质量好，不存在机械切削力，无工具损耗等特点。在航空航天、兵器制造、医疗器械、汽车工业等众多领域有广泛应用。

氢气被称为未来世界能源的核心，也被认为是世界上最清洁的可再生燃料。目前，市面上96%的氢气都是从化石燃料中制取的。化石燃料是不可再生资源，而且燃烧化石燃料会产生大量有毒气体和二氧化碳污染环境。利用可再生能源制备氢气，将是碳减排的重要路径之一，而电解制氢气被认为是制备氢气的有效方法之一。

目前国内外对电解产物的研究方向主要侧重于对产物中有害化学成分的处理和回收，并未涉及电解过程中产生的氢气的处理和回收。在电解加工过程中及时排除产生的大量氢气，可以有效消除因火花短路放电等引起氢气爆炸的安全隐患；从电解液中收集的氢气可以作为清洁能源，符合绿色制造的要求。所以，针对目前对电解加工产生氢气的分离收集和再利用方面的研究空白，特别需要设计并制造一种电解液分离收集氢气系统，实现对电解液中氢气的高效处理及回收，并作为新能源对氢气再利用。

发明内容

为了实现电解加工产生的氢气的分离及收集，本发明提供一种电解加工中氢气的分离收集装置。

一种电解加工中氢气的分离收集装置包括氢气分离机构和氢气收集机构；

所述氢气分离机构包括依次连接的第一储氢管171和第二储氢管172；所述第一储氢管171和第二储氢管172均由同轴的外管和内管构成；所述第一储氢管171包括依次连接的第一直管和第一S管，第一直管的管端为进口173；所述第二储氢管172包括依次连接的第二直管和第二S管，第二直管的管端为出口174；第一储氢管171的第一S管的内管和第二储氢管172第二S管的内管固定连接；

所述第一S管的外管上分别开设有第一进气口1711和第一出气口1712；所述第二S管的外管上分别开设有第二出气口1721和第二进气口1722；

所述氢气收集机构包括氢气罐6、第一鼓风机5、第一出气管14、第一进气管15、第二鼓风机19、第二出气管24和第二进气管23；

所述第一出气管14的一端连通着第一S管的外管上的第一进气口1711，第一出气管14的另一端连通着氢气罐6的底部；所述第一进气管15的一端连通着第一S管的外管上的第一出气口1712，第一进气管15的另一端连通着氢气罐6的底部，第二鼓风机19串联在第一进气管15上；

所述第二出气管24的一端连通着第二S管的外管上的第二进气口1722，第二出气管24的另一端连通着氢气罐6的底部；所述第二进气管23的一端连通着第二S管的外管上的第二出气口1721，第二进气管23的另一端连通着氢气罐6的底部，第一鼓风机5串联在第二进气管23上；

所述内管由依次套设的外支撑管175、防水涤纶布176和内支撑管177固定连接构成；外支撑管175和内支撑管177均为多孔塑料管。

进一步地具体技术方案如下：

所述第一储氢管171进口处的外管和内管之间、第一储氢管171出口处的外管和内管之间分别设有第一密封端盖179；所述第二储氢管172进口处的外管和内管之间、第二储氢管172出口处的外管和内管之间分别设有第二密封端盖1710。

所述第一储氢管171的进口173连通着第一进液管11的一端，第一进液管11的另一端连通着三通球阀9的第一端口，第一进液管11上串联着第一进液阀10；第一进液管11的一侧连通着第二出液管8，第二出液管8上串联着第二出液阀7；三通球阀9的第二端口连通着第二进液管12的一端，第二进液管12的另一端通过串联的第二进液阀20连通着第一出液管21；第一出液管21的一端连通着第二储氢管172的出口174，第一出液管21上串联着第一出液阀22。

所述第一鼓风机5和第二鼓风机19均为漩涡风机。

所述第一出气管14串联着第一气体流量计13，所述第二出气管24串联着第二气体流量计18。

所述氢气分离机构外部罩设有防护罩16。

所述第一进液阀10、第二进液阀20、第一出液阀22和第二出液阀7均为二通球阀。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明首先利用具有防水涤纶布的氢气分离机构将氢气从电解加工反应后的电解液内分离出来，用硬质多孔塑料作为防水涤纶布的支撑物，成本低廉；再通过氢气收集机构收集分离出来的氢气，再通过鼓风机往进气管内充入氢气把防水涤纶布上被电解产物堵塞的气孔冲开，保证氢气分离系统的正常工作。同时，本发明可以有效消除电解加工中因火花短路放电等引起氢气爆炸的安全隐患。

2.首先本发明收集氢气的核心装置氢气分离管是由防水涤纶布、多孔塑料管、S管和密封端盖等部件组成，都是市面上常见且价格低廉的部件；防水涤纶布夹在内支撑管和外支撑管中间，并用喉箍箍紧，外部再套有直管和S管，两储氢管两端用密封端盖密封，氢气分离管各部件连接装配简单，所以本发明装置结构简单易行。以电解加工钛合金为例，每加工1kg钛合金，理论上可以产生933L氢气，收集氢气效率高。本发明装置收集的氢气是电解加工工件过程中附加产生的气体，本发明装置不是专门利用电解的方法去产生并收集氢气，所以氢气生成成本低。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1去掉防护罩的俯视图。

图3为氢气分离机构示意图。

图4为氢气收集机构示意图。

图5为氢气分离管示意图。

图6为氢气分离管爆炸图。

图7为氢气分离管剖视图。

图8为图7的局部放大图。

图9为鼓风机和进气管连接示意图。

图10为本发明使用状态图。

图11为实施例中工作步骤一原理图。

图12为实施例中工作步骤二原理图。

图13为实施例中工作步骤三原理图。

图14为实施例中工作步骤四原理图。

上图中序号：电解加工机床1、电解液循环系统2、收集氢气系统3、底座4、第一鼓风机5、氢气罐6、第二出液阀7、第二出液管8、三通球阀9、第一进液阀10、第一进液管11、第二进液管12、第一气体流量计13、第一出气管14、第一进气管15、防护罩16、氢气分离管17、第二气体流量计18、第二鼓风机19、第二进液阀20、第一出液管21、第一出液阀22、第二进气管23、第二出气管24、包括多级离心泵25、清液槽26、过滤器27、浊液槽28、流量泵29、第一储氢管171、第一进气口1711、第一出气口1712、第二储氢管172、第二出气口1721、第二进气口1722、进液口173、出液口174、外支撑管175、防水涤纶布176、内支撑管177、喉箍178、第一密封端盖179、第二密封端盖1710。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步地说明。

实施例

参见图1和图2，一种电解加工中氢气的分离收集装置包括氢气分离机构和氢气收集机构；参见图3和图5，氢气分离机构包括依次连接的第一储氢管171和第二储氢管172。氢气分离机构外部罩设有防护罩16。

参见图6，第一储氢管171和第二储氢管172均由同轴的外管和内管构成。第一储氢管171包括依次连接的第一直管和第一S管，第一直管的管端为进口173；所述第二储氢管172包括依次连接的第二直管和第二S管，第二直管的管端为出口174；第一储氢管171的第一S管的内管和第二储氢管172第二S管的内管固定连接。

参见图6，第一S管的外管上分别开设有第一进气口1711和第一出气口1712；所述第二S管的外管上分别开设有第二出气口1721和第二进气口1722。

参见图4，氢气收集机构包括氢气罐6、第一鼓风机5、第一出气管14、第一进气管15、第二鼓风机19、第二出气管24和第二进气管23。第一鼓风机5和第二鼓风机19均为漩涡风机。

参见图1，第一出气管14的一端连通着第一S管的外管上的第一进气口1711，第一出气管14的另一端连通着氢气罐6的底部；第一进气管15的一端连通着第一S管的外管上的第一出气口1712，第一进气管15的另一端连通着氢气罐6的底部，第二鼓风机19串联在第一进气管15上。

参见图2，第二出气管24的一端连通着第二S管的外管上的第二进气口1722，第二出气管24的另一端连通着氢气罐6的底部；第二进气管23的一端连通着第二S管的外管上的第二出气口1721，第二进气管23的另一端连通着氢气罐6的底部，第一鼓风机5串联在第二进气管23上。

参见图2，第一出气管14串联着第一气体流量计13，所述第二出气管24串联着第二气体流量计18。

内管由依次套装的外支撑管175、防水涤纶布176和内支撑管177固定连接构成。外支撑管175和内支撑管177均为多孔塑料管。

参见图6，第一储氢管171进口处的外管和内管之间、第一储氢管171出口处的外管和内管之间分别设有第一密封端盖179；所述第二储氢管172进口处的外管和内管之间、第二储氢管172出口处的外管和内管之间分别设有第二密封端盖1710。

参见图1，第一储氢管171的进口173连通着第一进液管11的一端，第一进液管11的另一端连通着三通球阀9的第一端口，第一进液管11上串联着第一进液阀10；第一进液管11的一侧连通着第二出液管8，第二出液管8上串联着第二出液阀7；三通球阀9的第二端口连通着第二进液管12的一端，第二进液管12的另一端通过串联的第二进液阀20连通着第一出液管21；第一出液管21的一端连通着第二储氢管172的出口174，第一出液管21上串联着第一出液阀22。

第一进液阀10、第二进液阀20、第一出液阀22和第二出液阀7均为二通球阀。

参见图10，电解液循环系统2包括多级离心泵25、清液槽26、过滤器27、浊液槽28和流量泵29；本发明分离收集装置的第一出液管21和第二出液管8分别连通至电解液循环系统2的浊液槽28。

本发明的工作过程详细步骤如下：

步骤一，如图11所示，进行电解液正向流动分离氢气，电解加工机床1流出的反应后的电解液流到三通球阀9左通口，此时三通球阀9上通口打开，第一进液阀10打开，第一出液阀22打开，第二出液阀7关闭，第二进液阀20关闭，电解液流入到第一进液管11中，电解液再流入到氢气分离管17的内支撑管177中，电解液中的氢气受到高速流动电解液的压力和剪切力，电解液中的氢气穿过内支撑管177、防水涤纶布176和外支撑管175流入到外支撑管175和第一储氢管171之间密封环形空腔，电解液正向流动时，绝大部分氢气流入到外支撑管175和第一储氢管171之间密闭环形空腔中，极少部分氢气流入到外支撑管175和第二储氢管172之间密封环形空腔中，电解产物和电解液无法透过防水涤纶布176，部分电解产物附着在防水涤纶布176上堵塞防水涤纶布176上气孔，分离氢气后的电解液再流入到第一出液管21中，最后流入到电解液循环系统2的浊液槽28中，同时，如图5所示，外支撑管175和第一储氢管171之间密封环形空腔内的氢气通过第一储氢管171上的第一出气口1712流入到第一出气管14中，最后流入氢气罐6中。

步骤二，如图12所示，当第一气体流量计13检测出氢气流量低于规定值时，进行电解液反向流动分离氢气，首先，第二鼓风机19工作，氢气罐6中的氢气通过第一进气管19向外支撑管175和第一储氢管171之间密封环形空腔内充入氢气，气压把与第一储氢管171环套的防水涤纶布176上被电解产物堵塞的气孔冲开，流入到电解液内的负责冲开防水涤纶布176上堵塞气孔的氢气流入到外支撑管175和第二储氢管172之间密封环形空腔中，外支撑管175和第二储氢管172之间密封环形空腔内的氢气通过第二储氢管172上的第二出气口1721流入到第二出气管24中，最后流入氢气罐6中。

步骤三，如图13所示，防水涤纶布176上堵塞气孔冲开后，关闭第二鼓风机19，关闭第一进液阀10，打开第二进液阀20，关闭第一出液阀22，打开第二出液阀7，电解液流入到第二进液管12中，电解液再流入到氢气分离管17的内支撑管177中，电解液中的氢气受到高速流动电解液的压力和剪切力，电解液中的氢气穿过内支撑管177、防水涤纶布176和外支撑管175流入到外支撑管175和第二储氢管172之间密封环形空腔，电解液反向流动时，大部分氢气流入到外支撑管175和第二储氢管172之间密封环形空腔中，少部分氢气流入到外支撑管175和第一储氢管171之间密封环形空腔中，电解产物和电解液无法透过防水涤纶布176，部分电解产物附着在防水涤纶布176上堵塞防水涤纶布176上气孔，分离氢气后的电解液再流入到第二出液管8中，最后流入到电解液循环系统2的浊液槽28中，同时，外支撑管175和第二储氢管172之间密封环形空腔内的氢气通过第二储氢管172上的第二出气口1721流入到第二出气管24中，氢气最后流入氢气罐6中。

步骤四，如图14所示，当第二气体流量计18检测出氢气流量低于规定值时，进行电解液正向流动分离氢气，首先，第一鼓风机5工作，氢气罐6中的氢气通过第二进气管23向外支撑管175和第二储氢管172之间密封环形空腔内充入氢气，气压把与第二储氢管172环套的防水涤纶布176上被电解产物堵塞的气孔冲开，流入到电解液内的负责冲开防水涤纶布176上堵塞气孔的氢气流入到多外支撑管175和第一储氢管171之间环形空腔中，外支撑管175和第一储氢管171之间环形空腔内的氢气通过第一储氢管171上的第一出气口1712流入到第一出气管14中，氢气最后流入氢气罐6中。

步骤五，如图11所示，防水涤纶布176上堵塞气孔冲开后，关闭第一鼓风机5，打开三通球阀9右通口，打开第一进液阀10，关闭第二进液阀20，打开第一出液阀22，关闭第二出液阀7，电解液流入到第一进液管11中，完成一次工作循环。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电解加工中氢气的分离收集装置，其特征在于：包括氢气分离机构和氢气收集机构；

所述氢气分离机构包括依次连接的第一储氢管（171）和第二储氢管（172）；所述第一储氢管（171）和第二储氢管（172）均由同轴的外管和内管构成；所述第一储氢管（171）包括依次连接的第一直管和第一S管，第一直管的管端为进口（173）；所述第二储氢管（172）包括依次连接的第二直管和第二S管，第二直管的管端为出口（174）；第一储氢管（171）的第一S管的内管和第二储氢管（172）第二S管的内管固定连接；

所述第一S管的外管上分别开设有第一进气口（1711）和第一出气口（1712）；所述第二S管的外管上分别开设有第二出气口（1721）和第二进气口（1722）；

所述氢气收集机构包括氢气罐（6）、第一鼓风机（5）、第一出气管（14）、第一进气管（15）、第二鼓风机（19）、第二出气管（24）和第二进气管（23）；

所述第一出气管（14）的一端连通着第一S管的外管上的第一进气口（1711），第一出气管（14）的另一端连通着氢气罐（6）的底部；所述第一进气管（15）的一端连通着第一S管的外管上的第一出气口（1712），第一进气管（15）的另一端连通着氢气罐（6）的底部，第二鼓风机（19）串联在第一进气管（15）上；

所述第二出气管（24）的一端连通着第二S管的外管上的第二进气口（1722），第二出气管（24）的另一端连通着氢气罐（6）的底部；所述第二进气管（23）的一端连通着第二S管的外管上的第二出气口（1721），第二进气管（23）的另一端连通着氢气罐（6）的底部，第一鼓风机（5）串联在第二进气管（23）上；

所述内管由依次套设的外支撑管（175）、防水涤纶布（176）和内支撑管（177）固定连接构成；所述外支撑管（175）和内支撑管（177）均为多孔塑料管。

2.根据权利要求1所述的一种电解加工中氢气的分离收集装置，其特征在于：所述第一储氢管（171）进口处的外管和内管之间、第一储氢管（171）出口处的外管和内管之间分别设有第一密封端盖（179）；所述第二储氢管（172）进口处的外管和内管之间、第二储氢管（172）出口处的外管和内管之间分别设有第二密封端盖（1710）。

3.根据权利要求1所述的一种电解加工中氢气的分离收集装置，其特征在于：所述第一储氢管（171）的进口（173）连通着第一进液管（11）的一端，第一进液管（11）的另一端连通着三通球阀（9）的第一端口，第一进液管（11）上串联着第一进液阀（10）；第一进液管（11）的一侧连通着第二出液管（8），第二出液管（8）上串联着第二出液阀（7）；三通球阀（9）的第二端口连通着第二进液管（12）的一端，第二进液管（12）的另一端通过串联的第二进液阀（20）连通着第一出液管（21）；第一出液管（21）的一端连通着第二储氢管（172）的出口（174），第一出液管（21）上串联着第一出液阀（22）。

4.根据权利要求1所述的一种电解加工中氢气的分离收集装置，其特征在于：所述第一鼓风机（5）和第二鼓风机（19）均为漩涡风机。

5.根据权利要求1所述的一种电解加工中氢气的分离收集装置，其特征在于：所述第一出气管（14）串联着第一气体流量计（13），所述第二出气管（24）串联着第二气体流量计（18）。

6.根据权利要求1所述的一种电解加工中氢气的分离收集装置，其特征在于：所述氢气分离机构外部罩设有防护罩（16）。

7.根据权利要求3所述的一种电解加工中氢气的分离收集装置，其特征在于：所述第一进液阀（10）、第二进液阀（20）、第一出液阀（22）和第二出液阀（7）均为二通球阀。