CN113184809A - 一种基于加氢站的氢气纯化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于加氢站的氢气纯化装置，包括底板、支撑柱和冷却箱，所述底板上表面一侧等距固定连接有四个支撑柱，四个所述支撑柱顶部固定连接有冷却箱，所述冷却箱内壁顶部固定连接有箱盖，所述冷却箱设有螺旋冷凝管，所述冷却箱内壁两侧分别等距固定连接有固定座，且螺旋冷凝管外表面分别与多个固定座固定安装，本发明本发明通过将传统冷凝直管设置成螺纹盘旋状的螺旋冷凝管，一方面可增加冷却接触面积，另一方面通过螺旋冷凝管的离心作用将混杂气体液化附着在管壁上，达到去除杂质的作用；最后在螺旋冷凝管的出气端增加过滤机构以进一步滤除液化后的杂质，起到进一步提纯氢气的目的。

Description

一种基于加氢站的氢气纯化装置

技术领域

本发明涉及氢气生产技术领域，尤其涉及一种基于加氢站的氢气纯化装置。

背景技术

氢气最早于16世纪初被人工合成，常温常压下，氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体。

氢气在生产过程中，初加工制成的氢气具有大量高温，且内部存在大量杂质，这些杂质与氢气的冷凝点不同，可利用此原理对氢气进行冷凝除杂。

传统高温氢气的冷却除杂过程通常使用直管，而直管冷却除杂的效率较低，并且过滤装置不易进行更换清洗。

因此，有必要提供一种基于加氢站的氢气纯化装置解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于加氢站的氢气纯化装置，包括底板、支撑柱和冷却箱，所述底板上表面一侧等距固定连接有四个支撑柱，四个所述支撑柱顶部固定连接有冷却箱，所述冷却箱内壁顶部固定连接有箱盖，所述冷却箱设有螺旋冷凝管，所述冷却箱内壁两侧分别等距固定连接有固定座，且螺旋冷凝管外表面分别与多个固定座固定安装，所述底板上表面一侧固定连接有U型架，所述U型架顶部固定安装有压缩机，所述压缩机的输出端固定安装有第一输气管，且螺旋冷凝管一端穿过箱盖与第一输气管固定连接，所述底板上表面一侧固定连接有过滤机构，所述底板的上表面固定连接有取样装置，所述取样装置与过滤机构固定连接。

优选的，所述过滤机构包括第一进气阀、过滤筒、法兰盘、第二输气管、斗型管、出气孔、活动柱、通气孔、排气管、U型槽和定位机构，所述底板上表面一侧固定连接有过滤筒，且过滤筒有两个，所述过滤筒内壁顶部安装有法兰盘，所述法兰盘一侧固定安装有第二输气管，两个所述第二输气管相连通，所述螺旋冷凝管远离第一输气管的一端穿过冷却箱与其中一个第二输气管的顶部固定连接，所述第二输气管底部穿过法兰盘且位于靠近过滤筒的底部，所述第二输气管底部固定连接有斗型管，且斗型管底部处于密闭状态，所述斗型管外侧等距开设有多个出气孔，所述过滤筒内壁滑动插接活动柱，所述活动柱内部等距开设有通气孔，所述法兰盘顶部远离第二输气管的一侧固定安装有排气管，且排气管底部穿过法兰盘，所述活动柱一侧开设有U型槽，且第二输气管穿过U型槽，所述活动柱顶部安装有定位机构，所述第二输气管的内部安装有第一进气阀。

优选的，所述定位机构包括条形限位块、限位槽、把手和定位槽，所述过滤筒内壁等距固定连接有四个条形限位块，所述活动柱外侧等距开设有四个限位槽，且四个限位槽分别与四个条形限位块滑动插接，所述活动柱顶部通过扭力铰链对称铰接有把手，所述过滤筒内壁对称开设有定位槽，且两个把手的外侧分别与两个定位槽卡接。

优选的，所述定位槽外侧呈圆角状。

优选的，所述通气孔截面呈倒锥型状。

优选的，所述取样装置包括连接管、第二进气阀、竖板、储水箱、收集箱、弹簧、活动环、电磁铁、铁环、固定管、密封垫和止回阀，所述排气管的表面固定连接有连接管，所述连接管的内部安装有第二进气阀，所述底板上表面固定连接有竖板，两个所述连接管均与竖板固定连接，所述连接管表面远离排气管的一端套设有弹簧，两个所述弹簧的一端与竖板固定连接，所述弹簧的另一端固定连接有活动环，所述连接管远离排气管的一端固定连接有电磁铁，所述电磁铁的表面配合安装有铁环，所述连接管的表面远离排气管的一端滑动安装有固定管，所述铁环与固定管固定连接，所述活动环的表面配合安装有密封垫，所述密封垫与固定管固定连接，两个所述固定管远离竖板的一端固定连接均安装有收集箱，所述收集箱的底部安装有止回阀，所述底板的上表面位于竖板的旁安装有储水箱。

优选的，所述排气管的内部安装有出气阀。

优选的，所述U型架一侧固定安装有控制器，且电磁铁、第一进气阀、第二进气阀、出气阀、冷却箱和压缩机均与控制器电性连接。

与相关技术相比较，本发明提供的具有如下有益效果：

1、本发明通过将传统冷凝直管设置成螺纹盘旋状的螺旋冷凝管，一方面可增加冷却接触面积，另一方面通过螺旋冷凝管的离心作用将混杂气体液化附着在管壁上，达到去除杂质的作用；最后在螺旋冷凝管的出气端增加过滤机构以进一步滤除液化后的杂质，起到进一步提纯氢气的目的。

2、采用铝合金精密失蜡铸造工艺制造出螺旋冷凝管，螺旋冷凝管放置在-60℃冷却液态冷却介质中，螺旋结构的好处在于扩大接触面积，利用气流的冲击通道壁提高换热效率，利用离心力使冷却液化或结晶的杂质组分粘附在通道壁上，通过运行定位机构使得过滤机构内部的部件易于取出进行清洗。

3、控制器由电脑或者其他控制终端精准控制，控制器控制出气阀关闭，第二进气阀打开，被过滤后的氢气从连接管进入收集箱的内部，收集箱初始时盛装满水，通入过滤后的气体，打开储水箱的箱盖，水通过止回阀流入储水箱内，便于进行取样检查，如若过滤筒内部水因吸纳杂质达到饱和，失去过滤作用，则会影响过滤出氢气的质量，由控制器控制定时进行取样检查能够监测过滤氢气的质量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图之一；

图2为本发明的冷却箱内部结构示意图；

图3为本发明的过滤筒内部结构示意图；

图4为本发明的过滤筒结构示意图；

图5为本发明的把手结构示意图；

图6为本发明的第二输气管结构示意图；

图7为本发明的活动柱剖视结构示意图；

图8为本发明的整体结构示意图之二。

图中标号：1、底板；2、支撑柱；3、冷却箱；4、箱盖；5、螺旋冷凝管；6、固定座；7、U型架；8、压缩机；9、第一输气管；10、过滤机构；11、过滤筒；12、法兰盘；13、第二输气管；14、斗型管；15、出气孔；16、活动柱；17、通气孔；18、排气管；19、U型槽；20、定位机构；21、条形限位块；22、限位槽；23、把手；24、定位槽；25、控制器；26、取样装置；27、第一进气阀；28、连接管；29、第二进气阀；30、竖板；31、收集箱；32、弹簧；33、活动环；34、电磁铁；35、铁环；36、固定管；37、密封垫；38、止回阀；39、出气阀；40、储水箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

在具体实施过程中，请参照图1、图2和图8所示，一种基于加氢站的氢气纯化装置，包括底板1、支撑柱2和冷却箱3，所述底板1上表面一侧等距固定连接有四个支撑柱2，四个所述支撑柱2顶部固定连接有冷却箱3，所述冷却箱3内壁顶部固定连接有箱盖4，所述冷却箱3设有螺旋冷凝管5，所述冷却箱3内壁两侧分别等距固定连接有固定座6，且螺旋冷凝管5外表面分别与多个固定座6固定安装，所述底板1上表面一侧固定连接有U型架7，所述U型架7顶部固定安装有压缩机8，所述压缩机8的输出端固定安装有第一输气管9，且螺旋冷凝管5一端穿过箱盖4与第一输气管9固定连接，所述底板1上表面一侧固定连接有过滤机构10，所述底板1的上表面固定连接有取样装置26，所述取样装置26与过滤机构10固定连接。

压缩机8将高温氢气提速后，高温氢气从第一输气管9经过螺旋冷凝管5，冷却箱3内部处于密闭并且填充有冷却介质，通过将传统冷凝直管设置成螺纹盘旋状的螺旋冷凝管5，一方面可增加冷却接触面积，另一方面通过螺旋冷凝管5的离心作用将混杂气体液化附着在管壁上，达到去除杂质的作用；最后在螺旋冷凝管5的出气端增加过滤机构10以进一步滤除液化后的杂质，起到进一步提纯氢气的目的；采用铝合金精密失蜡铸造工艺制造出螺旋冷凝管5，螺旋冷凝管5放置在-60℃冷却液态冷却介质中，螺旋结构的好处在于扩大接触面积，利用气流的冲击通道壁提高换热效率，利用离心力使冷却液化或结晶的杂质组分粘附在通道壁上，通过运行定位机构20使得过滤机构10内部的部件易于取出进行清洗。

请参阅图1、图3、图4、图5、图6和图7，所述过滤机构10包括第一进气阀27、过滤筒11、法兰盘12、第二输气管13、斗型管14、出气孔15、活动柱16、通气孔17、排气管18、U型槽19和定位机构20，所述底板1上表面一侧固定连接有过滤筒11，且过滤筒11有两个，所述过滤筒11内壁顶部安装有法兰盘12，所述法兰盘12一侧固定安装有第二输气管13，两个所述第二输气管13相连通，所述螺旋冷凝管5远离第一输气管9的一端穿过冷却箱3与其中一个第二输气管13的顶部固定连接，所述第二输气管13底部穿过法兰盘12且位于靠近过滤筒11的底部，所述第二输气管13底部固定连接有斗型管14，且斗型管14底部处于密闭状态，所述斗型管14外侧等距开设有多个出气孔15，所述过滤筒11内壁滑动插接活动柱16，所述活动柱16内部等距开设有通气孔17，所述法兰盘12顶部远离第二输气管13的一侧固定安装有排气管18，且排气管18底部穿过法兰盘12，所述活动柱16一侧开设有U型槽19，且第二输气管13穿过U型槽19，所述活动柱16顶部安装有定位机构20，所述第二输气管13的内部安装有第一进气阀27，在运行过滤机构10时，过滤筒11内部填充有大量清水，氢气与液化后的杂质同时从螺旋冷凝管5进入第二输气管13，最终从斗型管14外围的出气孔15排入清水，液化杂质溶于清水，而氢气在水底快速上浮，在上浮过程中，氢气被活动柱16阻挡，只能从多个通气孔17和U型槽19经过，从而增加氢气经过清水的时间，进一步排出氢气中未溶解的杂质，氢气最终排出水面，从排气管18排出，在过滤筒11的底部可安装有液体浓度传感器，其与控制器通过导线连接，当液体浓度传感器感应水中某一杂质与水混合形成的溶液浓度超过预设值时，则传输信号至控制器25，控制器25控制其中一个第一进气阀27关闭，另一个进气阀打开，避免影响整体过滤进程，提高过滤的效率。

请参阅图1、图3、图4、图5、图6和图7，所述定位机构20包括条形限位块21、限位槽22、把手23和定位槽24，所述过滤筒11内壁等距固定连接有四个条形限位块21，所述活动柱16外侧等距开设有四个限位槽22，且四个限位槽22分别与四个条形限位块21滑动插接，所述活动柱16顶部通过扭力铰链对称铰接有把手23，所述过滤筒11内壁对称开设有定位槽24，且两个把手23的外侧分别与两个定位槽24卡接，在运行定位机构20时，由于活动柱16长时间浸泡在水内，在需要更换清水并且需要清洗活动柱16时，首先拆除法兰盘12，通过克服扭力铰链的弹力使得把手23转动一定角度，从而使得把手23与定位槽24脱离卡接，进而可向上拉动活动柱16，最终将活动柱16排出过滤筒11，在安装活动柱16时，通过将四个条形限位块21分别与活动柱16上的四个限位槽22对接滑动，两个把手23由于扭力铰链的作用保持与过滤筒11内壁紧密接触，在运行至定位槽24时两个把手23恢复与两个定位槽24的卡接，由于活动柱16开设有U型槽19，避免活动柱16与第二输气管13产生冲突。

请参阅图4，所述定位槽24外侧呈圆角状，便于把手23与定位槽24的活动配合，减少在安装或拆除活动柱16时定位槽24对把手23的划伤。

请参阅图7，所述通气孔17截面呈倒锥型状，使得氢气气泡的半径在水内上浮过程中逐渐变窄，增加氢气在水内滞留时间。

所述取样装置26包括连接管28、第二进气阀29、竖板30、储水箱40、收集箱31、弹簧32、活动环33、电磁铁34、铁环35、固定管36、密封垫37和止回阀38，所述排气管18的表面固定连接有连接管28，所述连接管28的内部安装有第二进气阀29，所述底板1上表面固定连接有竖板30，两个所述连接管28均与竖板30固定连接，所述连接管28表面远离排气管18的一端套设有弹簧32，两个所述弹簧32的一端与竖板30固定连接，所述弹簧32的另一端固定连接有活动环33，所述连接管28远离排气管18的一端固定连接有电磁铁34，所述电磁铁34的表面配合安装有铁环35，所述连接管28的表面远离排气管18的一端滑动安装有固定管36，所述铁环35与固定管36固定连接，所述活动环33的表面配合安装有密封垫37，所述密封垫37与固定管36固定连接，两个所述固定管36远离竖板30的一端固定连接均安装有收集箱31，所述收集箱31的底部安装有止回阀38，所述底板1的上表面位于竖板30的旁安装有储水箱40，控制器控制出气阀39关闭，第二进气阀29打开，被过滤后的氢气从连接管28进入收集箱31的内部，收集箱31初始时盛装满水，通入过滤后的气体，打开储水箱40的盖子，水通过止回阀38流入储水箱40内，便于进行取样检查，如若过滤筒11内部水因吸纳杂质达到饱和，失去过滤作用，则会影响过滤出氢气的质量，由控制器控制定时进行取样检查能够保证过滤氢气的质量，电磁铁34通电对铁环35产生吸附作用，固定管36与连接管28配合时，弹簧32处于被压缩状态，弹簧32被压缩产生的反作用力作用于活动环33的表面，活动环33与密封垫37在弹簧32弹力作用下紧密接触，保证密封性，只需通过控制器25控制电磁铁34断电，即可完成收集箱31的安装和拆卸。

所述排气管18的内部安装有出气阀39，便于控制被过滤后的氢气排出。

所述U型架7一侧固定安装有控制器25，且电磁铁34、第一进气阀27、第二进气阀29、出气阀39、冷却箱3和压缩机8均与控制器25电性连接方便控制整体装置运行，控制器25与现有的控制电路原理相似，在此不再赘述。

工作原理：压缩机8将高温氢气提速后，高温氢气从第一输气管9经过螺旋冷凝管5，冷却箱3内部处于密闭并且填充有冷却介质，通过将传统冷凝直管设置成螺纹盘旋状的螺旋冷凝管5，一方面可增加冷却接触面积，另一方面通过螺旋冷凝管5的离心作用将混杂气体液化附着在管壁上，达到去除杂质的作用；最后在螺旋冷凝管5的出气端增加过滤机构10以进一步滤除液化后的杂质，起到进一步提纯氢气的目的；采用铝合金精密失蜡铸造工艺制造出螺旋冷凝管5，螺旋冷凝管5放置在-60℃冷却液态冷却介质中，螺旋结构的好处在于扩大接触面积，利用气流的冲击通道壁提高换热效率，利用离心力使冷却液化或结晶的杂质组分粘附在通道壁上，通过运行定位机构20使得过滤机构10内部的部件易于取出进行清洗。

在运行过滤机构10时，过滤筒11内部填充有大量清水，氢气与液化后的杂质同时从螺旋冷凝管5进入第二输气管13，最终从斗型管14外围的出气孔15排入清水，液化杂质溶于清水，而氢气在水底快速上浮，在上浮过程中，氢气被活动柱16阻挡，只能从多个通气孔17和U型槽19经过，从而增加氢气经过清水的时间，进一步排出氢气中未溶解的杂质，氢气最终排出水面，从排气管18排出。

在运行定位机构20时，由于活动柱16长时间浸泡在水内，在需要更换清水并且需要清洗活动柱16时，首先拆除法兰盘12，通过克服扭力铰链的弹力使得把手23转动一定角度，从而使得把手23与定位槽24脱离卡接，进而可向上拉动活动柱16，最终将活动柱16排出过滤筒11，在安装活动柱16时，通过将四个条形限位块21分别与活动柱16上的四个限位槽22对接滑动，两个把手23由于扭力铰链的作用保持与过滤筒11内壁紧密接触，在运行至定位槽24时两个把手23恢复与两个定位槽24的卡接，由于活动柱16开设有U型槽19，避免活动柱16与第二输气管13产生冲突。

控制器25控制出气阀39关闭，第二进气阀29打开，被过滤后的氢气从连接管28进入收集箱31的内部，收集箱31初始时盛装满水，通入过滤后的气体，打开储水箱40的盖子，水通过止回阀38流入储水箱40内，便于进行取样检查，如若过滤筒11内部水因吸纳杂质达到饱和，失去过滤作用，则会影响过滤出氢气的质量，由控制器25控制定时进行取样检查能够保证过滤氢气的质量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于加氢站的氢气纯化装置，包括底板(1)、支撑柱(2)和冷却箱(3)，其特征在于，所述底板(1)上表面一侧等距固定连接有四个支撑柱(2)，四个所述支撑柱(2)顶部固定连接有冷却箱(3)，所述冷却箱(3)内壁顶部固定连接有箱盖(4)，所述冷却箱(3)设有螺旋冷凝管(5)，所述冷却箱(3)内壁两侧分别等距固定连接有固定座(6)，且螺旋冷凝管(5)外表面分别与多个固定座(6)固定安装，所述底板(1)上表面一侧固定连接有U型架(7)，所述U型架(7)顶部固定安装有压缩机(8)，所述压缩机(8)的输出端固定安装有第一输气管(9)，且螺旋冷凝管(5)一端穿过箱盖(4)与第一输气管(9)固定连接，所述底板(1)上表面一侧固定连接有过滤机构(10)，所述底板(1)的上表面固定连接有取样装置(26)，所述取样装置(26)与过滤机构(10)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于加氢站的氢气纯化装置，其特征在于，所述过滤机构(10)包括第一进气阀(27)、过滤筒(11)、法兰盘(12)、第二输气管(13)、斗型管(14)、出气孔(15)、活动柱(16)、通气孔(17)、排气管(18)、U型槽(19)和定位机构(20)，所述底板(1)上表面一侧固定连接有过滤筒(11)，且过滤筒(11)有两个，所述过滤筒(11)内壁顶部安装有法兰盘(12)，所述法兰盘(12)一侧固定安装有第二输气管(13)，两个所述第二输气管(13)相连通，所述螺旋冷凝管(5)远离第一输气管(9)的一端穿过冷却箱(3)与其中一个第二输气管(13)的顶部固定连接，所述第二输气管(13)底部穿过法兰盘(12)且位于靠近过滤筒(11)的底部，所述第二输气管(13)底部固定连接有斗型管(14)，且斗型管(14)底部处于密闭状态，所述斗型管(14)外侧等距开设有多个出气孔(15)，所述过滤筒(11)内壁滑动插接活动柱(16)，所述活动柱(16)内部等距开设有通气孔(17)，所述法兰盘(12)顶部远离第二输气管(13)的一侧固定安装有排气管(18)，且排气管(18)底部穿过法兰盘(12)，所述活动柱(16)一侧开设有U型槽(19)，且第二输气管(13)穿过U型槽(19)，所述活动柱(16)顶部安装有定位机构(20)，所述第二输气管(13)的内部安装有第一进气阀(27)。

3.根据权利要求2所述的一种基于加氢站的氢气纯化装置，其特征在于，所述定位机构(20)包括条形限位块(21)、限位槽(22)、把手(23)和定位槽(24)，所述过滤筒(11)内壁等距固定连接有四个条形限位块(21)，所述活动柱(16)外侧等距开设有四个限位槽(22)，且四个限位槽(22)分别与四个条形限位块(21)滑动插接，所述活动柱(16)顶部通过扭力铰链对称铰接有把手(23)，所述过滤筒(11)内壁对称开设有定位槽(24)，且两个把手(23)的外侧分别与两个定位槽(24)卡接。

4.根据权利要求3所述的一种基于加氢站的氢气纯化装置，其特征在于，所述定位槽(24)外侧呈圆角状。

5.根据权利要求2所述的一种基于加氢站的氢气纯化装置，其特征在于，所述通气孔(17)截面呈倒锥型状。

6.根据权利要求2所述的一种基于加氢站的氢气纯化装置，其特征在于，所述取样装置(26)包括连接管(28)、第二进气阀(29)、竖板(30)、储水箱(40)、收集箱(31)、弹簧(32)、活动环(33)、电磁铁(34)、铁环(35)、固定管(36)、密封垫(37)和止回阀(38)，所述排气管(18)的表面固定连接有连接管(28)，所述连接管(28)的内部安装有第二进气阀(29)，所述底板(1)上表面固定连接有竖板(30)，两个所述连接管(28)均与竖板(30)固定连接，所述连接管(28)表面远离排气管(18)的一端套设有弹簧(32)，两个所述弹簧(32)的一端与竖板(30)固定连接，所述弹簧(32)的另一端固定连接有活动环(33)，所述连接管(28)远离排气管(18)的一端固定连接有电磁铁(34)，所述电磁铁(34)的表面配合安装有铁环(35)，所述连接管(28)的表面远离排气管(18)的一端滑动安装有固定管(36)，所述铁环(35)与固定管(36)固定连接，所述活动环(33)的表面配合安装有密封垫(37)，所述密封垫(37)与固定管(36)固定连接，两个所述固定管(36)远离竖板(30)的一端固定连接均安装有收集箱(31)，所述收集箱(31)的底部安装有止回阀(38)，所述底板(1)的上表面位于竖板(30)的旁安装有储水箱(40)。

7.根据权利要求6所述的一种基于加氢站的氢气纯化装置，其特征在于，所述排气管(18)的内部安装有出气阀(39)。

8.根据权利要求1所述的一种基于加氢站的氢气纯化装置，其特征在于，所述U型架(7)一侧固定安装有控制器(25)，且电磁铁(34)、第一进气阀(27)、第二进气阀(29)、出气阀(39)、冷却箱(3)和压缩机(8)均与控制器(25)电性连接。

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