CN115888310A - 一种氢气纯化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氢气纯化技术领域，公开了一种结构简便且可靠性较高的氢气纯化器，具备：限定腔体(30)，包括一个用于将含有氢气的混合气流输送至腔体的输入口(对应A)，及一个用于将纯氢气排出腔体外部的输出口(对应B)；分离区(对应200、300及400)，其轴向设置在限定腔体(30)内，在分离区(对应200、300及400)内设有用于吸附混合气流中的水气及可透过纯氢气的填充材料。

Description

一种氢气纯化器

技术领域

本发明涉及氢气纯化技术领域，更具体地说，涉及一种氢气纯化器。

背景技术

纯化器在氢气提纯系统中是较为常用的组件。目前，许多氢气生产工艺(如水电解或煤)只能产出不纯的氢气，即氢气中含有水气或其他杂质，在将含有水气的气流输送至后级设备(如加氢站)时，需纯化器纯化该混合气体，例如除去混合气体的水气。然而，现有的纯化器通常采用丝网及分子筛配合使用，对混合气体进行提纯，分子筛易受高压气体冲击，使其物理结构产生变化，致使其吸附性能下降。

因此，如何减缓输入高压气体对分子筛的冲击，以保证其吸附性能成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述现有的纯化器通常采用丝网及分子筛配合使用，对混合气体进行提纯，分子筛易受高压气体冲击，使其物理结构产生变化，致使其吸附性能下降的缺陷，提供一种结构简便且可靠性较高的氢气纯化器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种氢气纯化器，具备：

限定腔体，包括一个用于将含有氢气的混合气流输送至腔体的输入口，及

一个用于将纯氢气排出腔体外部的输出口；

分离区，其轴向设置在所述限定腔体内，在所述分离区内设有用于吸附所述混合气流中的水气及可透过纯氢气的填充材料。

在一些实施方式中，在所述限定腔体内设有至少三个所述分离区，在所述分离区内分别设有所述填充材料。

在一些实施方式中，所述填充材料选取为分子筛及瓷球。

在一些实施方式中，所述分子筛填充于所述限定腔体中间的所述分离区，

所述瓷球填充于所述限定腔体两端的所述分离区，

且所述瓷球的端面分别与所述分子筛的端面相抵。

在一些实施方式中，在所述瓷球的端面侧分别设有丝网，所述丝网的端面与所述瓷球的外端面贴合设置。

在一些实施方式中，在所述丝网的端面侧分别设有花板，所述花板与所述丝网的外端面贴合设置。

在一些实施方式中，所述丝网的目数选取为20目至40目。

在一些实施方式中，所述限定腔体由罐体、下盖体及上盖体组成，

在所述下盖体及所述上盖体内均设有气流缓冲区。

在一些实施方式中，在所述上盖体的气流缓冲区内还设有调节板，所述调节板通过轴向设置的螺杆与设置在所述罐体上端的所述花板可活动连接。

在一些实施方式中，所述上盖体通过法兰组件与所述罐体可拆卸连接。

在本发明所述的氢气纯化器中，包括限定腔体及分离区，其中，限定腔体包括一个用于将含有氢气的混合气流输送至腔体的输入口，及一个用于将纯氢气排出腔体外部的输出口；分离区轴向设置在限定腔体内，在分离区内设有用于吸附混合气流中水气及可透过纯氢气的填充材料。与现有技术相比，通过在限定腔体内设置分离区，并在分离区内填充不同类型的材料，以减缓输入高压气流的冲击，以保持其物理结构的稳定性，并维持其吸附性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供氢气纯化器一实施例的立体图；

图2是本发明提供氢气纯化器一实施例的爆炸图；

图3是本发明提供氢气纯化器一实施例的剖视图；

图4是本发明提供氢气纯化器另一实施例的剖视图；

图5是本发明提供氢气纯化器再一实施例的剖视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-图5所示，在本发明的氢气纯化器的第一实施例中，氢气纯化器10包括罐体101、下盖体102、上盖体113及填充材料(对应105、106及107)。

如图3所示，限定腔体30由中空结构的罐体101、下盖体102及上盖体113构成。

其中，限定腔体30用于承载填充材料(对应105、106及107)以吸附输入混合气流中的水气或杂质。

具体地，限定腔体30包括一个输入口(对应A端口)及输出口(对应B端口)，其中，输入口(对应A端口)用于将含有氢气的混合气流输送至腔体，的输出口(对应B端口)用于将纯氢气排出腔体外部。

即，电解槽产生的氢气或前级纯化器处理后的混合气流经管路由输入口(对应A端口)输入限定腔体30内。

进一步地，如图3所示，分离区(对应200、300及400)轴向设置在限定腔体30内，在分离区(对应200、300及400)内设有用于吸附混合气流中水气及可透过纯氢气的填充材料。

使用本技术方案，通过在限定腔体30内设置分离区(对应200、300及400)，并在分离区(对应200、300及400)内填充不同类型的材料，以减缓输入高压气流的冲击，以保持其物理结构的稳定性，可有效维持其吸附性能。

在一些实施方式中，如图3所示，为了保证氢气纯化器的水气吸附效果，可在限定腔体30内设置至少三个分离区(对应200、300及400)，其分别设为第一分离区(对应200)、第二分离区(对应300)及第三分离区(对应400)。

其中，在分离区(对应200、300及400)内分别设有填充材料。

如图4所示，填充材料可选取为分子筛及活性炭(对应106)作为吸附材料；或

填充材料可选取为瓷球、氧化铝球或钢球(对应105及107)作为进气端及出气端的气压缓冲材料。

具体而言，可在第二分离区(对应300)内填充分子筛或活性炭(对应106)中任一种；在第一分离区(对应200)及第三分离区(对应400)内填充瓷球、氧化铝球或钢球(对应105及107)中任一种。

进一步地，分子筛或活性炭(对应106)填充于限定腔体30中间的分离区(对应300)，

瓷球、氧化铝球或钢球(对应105及107)填充于限定腔体30两端的分离区(对应200、300及400)，且瓷球、氧化铝球或钢球(对应105及107)的端面分别与分子筛或活性炭(对应106)的端面相抵。

举例而言，当在第二分离区(对应300)内填充分子筛(对应106)时，可在其两端的第一分离区(对应200)及第三分离区(对应400)选择填充瓷球(对应105及107)；或

选择填充氧化铝球(对应105及107)；或

选择填充钢球(对应105及107)。

当在第二分离区(对应300)内填充活性炭(对应106)时，可在其两端的第一分离区(对应200)及第三分离区(对应400)选择填充瓷球(对应105及107)；或

选择填充氧化铝球(对应105及107)；或

选择填充钢球(对应105及107)。

填充材料在限定腔体30内的分离区(对应200、300及400)的排序可为：

瓷球、分子筛及瓷球；

瓷球、活性炭及瓷球；

氧化铝球、分子筛及氧化铝球；

氧化铝球、活性炭及氧化铝球；

钢球、分子筛及钢球；

钢球、活性炭及钢球。

为了保持一致性，可以理解的是，在第一分离区(对应200)及第三分离区(对应400)选择填充的材料是相同的。其中，上述填充材料均为细小的圆形的颗粒，且不应小于丝网(对应104及108)的目数，图2中所示的仅仅作为示意图。

吸附阶段：高压的混合气流从输入口(对应A端口)进入限定腔体30内部，经瓷球、氧化铝球或钢球(对应105)缓冲，使气体充分缓冲扩散，再经分子筛及活性炭(对应106)对混合气流中的水分吸附后，经输出口(对应B端口)输出纯氢气。

再生阶段：限定腔体30内的高压氢气从输入口(对应A端口)排空后，在输出口(对应B端口)通入纯化后的氢气，冲洗、排空罐内残留气体从输入口(对应A端口)排出。

需要说明的是，当在第二分离区(对应300)内填充分子筛(对应106)时，在其两端的第一分离区(对应200)及第三分离区(对应400)填充瓷球(对应105及107)；或

氧化铝球(对应105及107)；或钢球(对应105及107)，此时，氢气纯化器10具备再生功能；当在第二分离区(对应300)内填充活性炭(对应106)时，此时，氢气纯化器10不具备再生功能，即活性炭(对应106)失效后，需要重新更换活性炭(对应106)，才具备吸附效果。

在一些实施方式中，如图3所示，为了提高填充材料设置的可靠性，可在瓷球、氧化铝球或钢球(对应105及107)的端面侧分别设置丝网(对应104及108)，其中，丝网(对应104及108)可以由镍和铜的合金制成，其用于增加填充材料在第一分离区(对应200)及第三分离区(对应400)稳定性及可靠性。

其中，丝网(对应104及108)的目数选取为20目至40目；或

可将丝网(对应104及108)的目数选取为30目，其用于防止分子筛或活性炭(对应106)在压实的过程中产生碎屑，掉落在管道内。

具体地，如图5所示，丝网(对应104及108)设置为第一丝网(对应104)及第二丝网(对应108)。

其中，第一丝网(对应104)的一侧端面(对应104b)与设置在第二分离区(对应200)的瓷球、氧化铝球或钢球(对应105)的外端面(可以理解为与第一丝网(对应104)的端面(对应104b)在同一截面上)相贴合设置。

第二丝网(对应108)的端面(对应108a)与瓷球、氧化铝球或钢球(对应107)的外端面(可以理解为与第二丝网(对应108)的端面(对应108a)在同一截面上)贴合设置。

进一步地，瓷球、氧化铝球或钢球(对应105)的另一端面(105b)与分子筛或活性炭(对应106)的一端面(106a)相贴合；瓷球、氧化铝球或钢球(对应107)的另一端面(或内端面)与分子筛或活性炭(对应106)的另一端面(106b)相贴合。

在一些实施方式中，如图2所示，为了减缓通入混合气流的气压冲击，可在丝网(对应104及108)的端面侧分别设置花板(对应103及109)，其中，花板(对应103及109)可设置为第一花板(对应103)及第二花板(对应109)。

其中，第一花板(对应103)及第二花板(对应109)水平设置在限定腔体30的两端。

具体地，第一花板(对应103)的内端面与第一丝网(对应104)的外端面贴合设置；第二花板(对应109)的内端面与第二丝网(对应107)的外端面贴合设置，通过第一花板(对应103)及第二花板(对应109)对第一丝网(对应104)及第二丝网(对应107)进行定位，进而提高其配置的稳定性。

在一些实施方式中，如图2所示，为了保证腔体的密封性，可将限定腔体30由罐体101、下盖体102及上盖体113组成，其中，罐体101设置中空结构的圆柱体。

气流从输入口(对应A端口)设置在下盖体102底侧的端部，气体输出口(对应B端口)设置上盖体113的顶部。

具体地，下盖体102通过焊接的方式设置在罐体101的底侧，上盖体113通过法兰组件110可拆卸设置在罐体101的上端。

法兰组件110设置中空结构(对应110a)，中空结构(对应110a)与气流缓冲区(对应500)连通。

其中，在下盖体102及上盖体113内均设有气流缓冲区(对应100及500)，气流缓冲区(对应100及500)设置为第一气流缓冲区(对应100)及第二气流缓冲区(对应500)，即，高压的混合气流从输入口(对应A端口)进入第一气流缓冲区(对应100)，经瓷球、氧化铝球或钢球(对应105)缓冲，使气体充分缓冲扩散，再经分子筛及活性炭(对应106)对混合气流中的水分吸附后，经上盖体113的气体输出口(对应113a)输出纯氢气。

在一些实施方式中，为了提高填充材料密实度，可在上盖体113的第二气流缓冲区(对应500)内设置调节板(对应111)，其中，调节板(对应111)与第二花板(对应109)平行设置，且相互之间设有间隔，该间隔可设置为50cm-90cm，可根据具体需求而设定。

具体地，调节板(对应111)通过轴向设置的螺杆112与设置在罐体101上端的第二花板(对应109)可活动连接，需要调整时，将设置在上盖体113的盲板法兰组件114拆离，再旋钮螺杆112，使得第二花板(对应109)沿着罐体101的轴线运动，或压实填充材料或增加填充材料相互之间的间隙。

使用本技术方案，可对分子筛或活性炭(对应106)进行压实，使其填充更紧密，上盖体113与罐体101设置为可拆拆，当分子筛或活性炭(对应106)使用失效后，可以拆开更换。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种氢气纯化器，其特征在于，具备：

限定腔体，包括一个用于将含有氢气的混合气流输送至腔体的输入口，及一个用于将纯氢气排出腔体外部的输出口；

分离区，其轴向设置在所述限定腔体内，在所述分离区内设有用于吸附所述混合气流中的水气及可透过纯氢气的填充材料。

2.根据权利要求1所述的氢气纯化器，其特征在于，

在所述限定腔体内设有至少三个所述分离区，在所述分离区内分别设有所述填充材料。

3.根据权利要求1或2所述的氢气纯化器，其特征在于，

所述填充材料选取为分子筛及瓷球。

4.根据权利要求3所述的氢气纯化器，其特征在于，

所述分子筛填充于所述限定腔体中间的所述分离区，

所述瓷球填充于所述限定腔体两端的所述分离区，

且所述瓷球的端面分别与所述分子筛的端面相抵。

5.根据权利要求4所述的氢气纯化器，其特征在于，

在所述瓷球的端面侧分别设有丝网，所述丝网的端面与所述瓷球的外端面贴合设置。

6.根据权利要求5所述的氢气纯化器，其特征在于，

在所述丝网的端面侧分别设有花板，所述花板与所述丝网的外端面贴合设置。

7.根据权利要求6所述的氢气纯化器，其特征在于，

所述丝网的目数选取为20目至40目。

8.根据权利要求6所述的氢气纯化器，其特征在于，

所述限定腔体由罐体、下盖体及上盖体组成，

在所述下盖体及所述上盖体内均设有气流缓冲区。

9.根据权利要求8所述的氢气纯化器，其特征在于，

在所述上盖体的气流缓冲区内还设有调节板，所述调节板通过轴向设置的螺杆与设置在所述罐体上端的所述花板可活动连接。

10.根据权利要求9所述的氢气纯化器，其特征在于，

所述上盖体通过法兰组件与所述罐体可拆卸连接。

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