CN117654228B - 一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水电解制氢气液分离技术领域，具体提出了一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，包括：分离罐与冷却机构。本发明所设计的一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，通过冷却机构中的多个螺旋状冷介质流通管对冷介质进行输送，增加了冷介质的流通路径的同时不会扩大冷介质流通管的空间占比，还增加了气体与冷介质流通管的接触面积，同时还可以将冷介质均匀分散在分离罐罐内的上方，当气体进入分离罐内并向上浮动时，气体可以得到快速的降温，使气体中的水分凝聚成大的水滴从而与氢气分离，降低氢气中的含水量，延长设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及水电解制氢气液分离技术领域，具体提出了一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备。
背景技术
由于在电解水制氢时，产生氢气会夹带大量水蒸气，而水分含量较高的氢气可能会导致设备内部的腐蚀，尤其是在高温下，水蒸气会加速金属腐蚀的速度，缩短了设备的使用寿命，同时也导致氢气的纯度降低。
目前主要通过在分离设备与外部增加换热器的方式，使氢气含水量降低，但是这样不仅增加了设备成本，还会由于外部的连接导致可能的泄露点增加，造成一定安全隐患。因此，现在亟需一种能分离气体中的水蒸气并降低气体温度的冷却气液分离设备。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，以解决相关技术中需要额外增加换热器从而降低氢气中水蒸气，与气体温度较高对分离设备造成腐蚀，降低设备使用寿命的技术问题。
为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，包括：分离罐，分离罐由罐体与罐体两端安装的端盖组成，其中一个端盖上开设有进气口，罐体的顶部设置有出气口，罐体的顶部靠近其两端处分别开设有冷介质入口与冷介质出口，冷介质入口靠近未开设有进气口的端盖一侧，冷介质入口与冷介质出口之间设置有位于分离罐内的冷却机构，出气口位于冷却机构上方且靠近冷介质入口的一侧。
所述冷却机构包括两个弧形架，两个弧形架之间连接有沿其弧形面均匀排布的冷介质流通管，冷介质流通管呈螺旋状，多个冷介质流通管上共同连接有沿分离罐轴线均匀排布的折流板，折流板上开设有均匀排布的多个流通孔，多个折流板倾斜排布，且沿分离罐竖直切面交错布置，多个冷介质流通管的端部共同安装有分聚流通组，冷介质入口与冷介质出口上均安装有连接管，两个分聚流通组分别与两个连接管相连接。
所述分离罐的底部靠近其两端处分别开设有碱液进口与碱液出口。
在一种可能实施的方式中，所述分聚流通组包括连接在弧形架上且与冷介质流通管一一对应的分支管，分支管贯穿弧形架且与冷介质流通管连通，多个分支管远离弧形架的一端共同连接有总管，总管由水平管与水平管两端共同连接的弧形管以及水平管中部连接的弯管组成，弧形管与多个分支管均连通，弯管通过连接组件与连接管相连接。
在一种可能实施的方式中，所述连接组件包括转动连接在弯管远离水平管一端且与弯管连通的管套，管套内固定连接有插管，插管与弯管连通，插管插入连接管内且与连接管之间通过螺纹配合的方式相连接，连接管的下端外侧壁呈倾斜状，管套内壁靠近下端处安装有密封圈，密封圈的上端内环面侧壁呈倾斜状。
在一种可能实施的方式中，所述罐体的内壁下端靠近两端处均安装有阻隔板，碱液进口与碱液出口均位于两个阻隔板之间，两个阻隔板沿罐体轴线的竖直剖切面呈倒八字型排布，且冷介质入口与冷介质出口位于两个阻隔板的上端之间，罐体的内壁下端靠近两端处均开设有辅排液口，辅排液口位于阻隔板倾斜面下方。
在一种可能实施的方式中，所述折流板呈波浪形，折流板上开设有多个连接孔，冷介质流通管贯穿连接孔并与连接孔之间通过支架相连接。
在一种可能实施的方式中，所述管套的外侧壁安装有耳板，耳板上开设有插孔，罐体的内壁顶部连接有上下滑动的插杆。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：1.本发明所设计的一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，通过冷却机构中的多个螺旋状冷介质流通管对冷介质进行输送，增加了冷介质的流通路径的同时不会增大冷介质流通管的空间占比，还增加了气体与冷介质流通管的接触面积，同时还可以将冷介质均匀分散在分离罐内部的上方，当气体进入分离罐内并向上浮动时，气体可以得到快速的降温，使气体中的水分凝聚成大的水滴从而与氢气分离，降低氢气中的含水量，延长设备的使用寿命。
2.本发明通过碱液进口将碱液输送至分离罐内下方，通过碱液吸收气体中的水分，可以对气体中的水蒸气含量进行进一步的降低。
3.本发明中的多个折流板交错排布，可对气体的流动进行导向以及延长气体的流动路径，折流板与冷介质流通管的配合使得水蒸气可以得到充分的冷却，进一步降低了气体中的水蒸气含量。
4.本发明通过冷介质与碱液配合从而对气体中的水蒸气进行降温冷凝与吸收，并且延长冷介质的流通路径以及延长气体的流动路径长度使得气体可以得到充分的冷却，有效的降低了气体中的水蒸气含量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明整体立体结构示意图。
图2是本发明冷却机构的局部立体结构示意图。
图3是本发明图1的俯视图。
图4是本发明图3中的A-A向剖视图。
图5是本发明图4中的B处放大图。
附图标记：1、分离罐；2、罐体；20、阻隔板；21、辅排液口；3、端盖；4、进气口；5、出气口；6、冷介质入口；7、冷介质出口；8、冷却机构；80、弧形架；81、冷介质流通管；82、折流板；820、连接孔；821、支架；83、流通孔；84、分聚流通组；840、分支管；841、水平管；842、弧形管；843、弯管；850、管套；851、插管；852、密封圈；860、耳板；861、插杆；9、碱液进口；10、碱液出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参阅图1、图3与图4，一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，包括：分离罐1，分离罐1由罐体2与罐体2两端安装的端盖3组成，其中一个端盖3上开设有进气口4，罐体2的顶部设置有出气口5，罐体2的顶部靠近其两端处分别开设有冷介质入口6与冷介质出口7，冷介质入口6靠近未开设有进气口4的端盖3一侧，冷介质入口6与冷介质出口7之间设置有位于分离罐1内的冷却机构8，出气口5位于冷却机构8上方且靠近冷介质入口6的一侧。
参阅图1与图2，所述冷却机构8包括两个弧形架80，两个弧形架80之间连接有沿其弧形面均匀排布的冷介质流通管81，冷介质流通管81呈螺旋状，多个冷介质流通管81上共同连接有沿分离罐1轴线均匀排布的折流板82，折流板82上开设有均匀排布的多个流通孔83，多个折流板82倾斜排布，且沿分离罐1竖直切面交错布置，多个冷介质流通管81的端部共同安装有分聚流通组84，冷介质入口6与冷介质出口7上均安装有连接管，两个分聚流通组84分别与两个连接管相连接。
气体从进气口4进入分离罐1内，气体在分离罐1内停留的同时，冷介质经冷介质入口6进入与其连接的分聚流通组84内，冷介质通过分聚流通组84分流进入多个冷介质流通管81内并向冷介质出口7一侧流淌，由于气体向上浮动，气体中的热量与冷介质流通管81内的冷介质产生热交换，使得气体可以得到快速的降温，气体中的水蒸气发生凝结，从而实现有效的气液分离效果，降低了氢气中的水蒸气含量，同时多个折流板82的倾斜排布，使得气体沿着折流板82进行流动，增加气体的流动路径，使得气体中的水蒸气得到充分降低。
通过多个呈螺旋状的冷介质流通管81延长冷介质的流淌路径，扩大气体与冷介质流通管81的接触面积，并且冷介质通过多个呈螺旋状的冷介质流通管81分散排布，以对分离罐1内气体进行全面快速冷却，使得气体中的水蒸气发生凝结，降低氢气中的含水量，同时多个折流板82的倾斜排布，增加了气体与折流板82的接触面积，进一步提高气液分离的效率。
参阅图4，所述分离罐1的底部靠近其两端处分别开设有碱液进口9与碱液出口10，将碱液送入罐体2内，通过碱液(通常是氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液)吸收气体中的水分，降低气体中水分的含量。
参阅图2，所述分聚流通组84包括连接在弧形架80上且与冷介质流通管81一一对应的分支管840，分支管840贯穿弧形架80且与冷介质流通管81连通，多个分支管840远离弧形架80的一端共同连接有总管，总管由水平管841与水平管841两端共同连接的弧形管842以及水平管841中部连接的弯管843组成，弧形管842与多个分支管840均连通，弯管843通过连接组件与连接管相连接。
冷介质从冷介质入口6进入与冷介质入口6相连接的分聚流通组84内时，冷介质通过弯管843进入总管内，然后再通过总管分流进入每个冷介质流通管81内，起到了分流的作用；冷介质流至冷介质出口7一侧的分聚流通组84内时，冷介质出口7一侧的总管将多个冷介质流通管81内的冷介质进行聚集，然后通过弯管843与冷介质出口7上安装的连接管排出，以便于将冷却机构8的两端快速且便捷的与冷介质入口6、冷介质出口7相连接。
参阅图5，所述连接组件包括转动连接在弯管843远离水平管841一端且与弯管843连通的管套850，管套850内固定连接有插管851，插管851与弯管843连通，插管851插入连接管内且与连接管之间通过螺纹配合的方式相连接，连接管的下端外侧壁呈倾斜状，管套850内壁靠近下端处安装有密封圈852，密封圈852的上端内环面侧壁呈倾斜状。
通过管套850和插管851与连接管的内外插接配合，从而对连接管与弯管843进行连接，密封圈852与连接管抵触面为倾斜状，增加了二者的接触面积，提高了连接管与弯管843连接的密封性。
参阅图4，所述罐体2的内壁下端靠近两端处均安装有阻隔板20，碱液进口9与碱液出口10均位于两个阻隔板20之间，两个阻隔板20沿罐体2轴线的竖直剖切面呈倒八字型排布，且冷介质入口6与冷介质出口7位于两个阻隔板20的上端之间，罐体2的内壁下端靠近两端处均开设有辅排液口21，辅排液口21位于阻隔板20倾斜面下方。
罐体2上设置有高液位传感器接口与底液位传感器接口(图中未出示)，通过高液位传感器与底液位传感器通过控制碱液进口9与碱液出口10的开合从而控制罐体2内液体的排放与输入，阻隔板20用于将进入罐体2内的碱液聚集，避免碱液向端盖3流淌，使得碱液既可以大面积的与气体接触，将气体中的水蒸汽吸附，又减少了碱液的输入量，同时阻隔板20还可对冷却机构8上冷凝滴落的液体进行导向收集，以便于将冷凝的液体集中随着碱液排出，而辅排液口21则是用于将阻隔板20与端盖3之间冷凝的液体排出。
参阅图2与图5，所述折流板82呈波浪形，折流板82上开设有多个连接孔820，冷介质流通管81贯穿连接孔820并与连接孔820之间通过支架821相连接，从而实现波浪形折流板82与冷介质流通管81的连接。
参阅图5，所述管套850的外侧壁安装有耳板860，耳板860上开设有插孔，罐体2的内壁顶部连接有上下滑动的插杆861，插杆861插入插孔内对管套850的转动进行限位锁紧，避免长时间使用之后管套850发生转动，影响连接管与弯管843之间的密封性。
工作时，气体从进气口4进入分离罐1内，气体在分离罐1内停留的同时，冷介质经冷介质入口6进入与其连接的分聚流通组84内，冷介质通过分聚流通组84分流进入多个冷介质流通管81内并向冷介质出口7一侧流淌，由于气体向上浮动，气体中的热量与冷介质流通管81内的冷介质产生对流，并且冷介质通过多个呈螺旋状的冷介质流通管81分散排布对分离罐1内气体进行快速冷却，使得气体中的水蒸气发生凝结，从而降低了氢气中的水蒸气含量，同时通过多个呈螺旋状的冷介质流通管81增加冷介质的流淌路径，扩大气体与冷介质流通管81的接触面积，多个折流板82的倾斜排布，增加了气体与折流板82的接触面积，从而大大提高了气体中水蒸气凝结分离的效果，同时也提高了氢气的纯度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长”、“宽度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，其特征在于，包括：
分离罐(1)，分离罐(1)由罐体(2)与罐体(2)两端安装的端盖(3)组成，其中一个端盖(3)上开设有进气口(4)，罐体(2)的顶部设置有出气口(5)，罐体(2)的顶部靠近其两端处分别开设有冷介质入口(6)与冷介质出口(7)，冷介质入口(6)靠近未开设有进气口(4)的端盖(3)一侧，冷介质入口(6)与冷介质出口(7)之间设置有位于分离罐(1)内的冷却机构(8)，出气口(5)位于冷却机构(8)上方且靠近冷介质入口(6)的一侧；
冷却机构(8)位于分离罐(1)的内部上方，所述冷却机构(8)包括两个弧形架(80)，两个弧形架(80)之间连接有沿其弧形面均匀排布的冷介质流通管(81)，冷介质流通管(81)呈螺旋状，多个冷介质流通管(81)上共同连接有沿分离罐(1)轴线均匀排布的折流板(82)，折流板(82)上开设有均匀排布的多个流通孔(83)，多个折流板(82)倾斜排布，且交错布置，多个冷介质流通管(81)的端部共同安装有分聚流通组(84)，冷介质入口(6)与冷介质出口(7)上均安装有连接管，两个分聚流通组(84)分别与两个连接管相连接；
所述分离罐(1)的底部靠近其两端处分别开设有碱液进口(9)与碱液出口(10)；
所述分聚流通组(84)包括连接在弧形架(80)上且与冷介质流通管(81)一一对应的分支管(840)，分支管(840)贯穿弧形架(80)且与冷介质流通管(81)连通，多个分支管(840)远离弧形架(80)的一端共同连接有总管，总管由水平管(841)与水平管(841)两端共同连接的弧形管(842)以及水平管(841)中部连接的弯管(843)组成，弧形管(842)与多个分支管(840)均连通，弯管(843)通过连接组件与连接管相连接；
所述罐体(2)的内壁下端靠近两端处均安装有阻隔板(20)，碱液进口(9)与碱液出口(10)均位于两个阻隔板(20)之间，两个阻隔板(20)沿罐体(2)轴线的竖直剖切面呈倒八字型排布，且冷介质入口(6)与冷介质出口(7)位于两个阻隔板(20)的上端之间，罐体(2)的内壁下端靠近两端处均开设有辅排液口(21)，辅排液口(21)位于阻隔板(20)倾斜面下方；
所述折流板(82)呈波浪形，折流板(82)上开设有多个连接孔(820)，冷介质流通管(81)贯穿连接孔(820)并与连接孔(820)之间通过支架(821)相连接。
2.根据权利要求1所述一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，其特征在于：所述连接组件包括转动连接在弯管(843)远离水平管(841)一端且与弯管(843)连通的管套(850)，管套(850)内固定连接有插管(851)，插管(851)与弯管(843)连通，插管(851)插入连接管内且与连接管之间通过螺纹配合的方式相连接，连接管的下端外侧壁呈倾斜状，管套(850)内壁靠近下端处安装有密封圈(852)，密封圈(852)的上端内环面侧壁呈倾斜状。
3.根据权利要求2所述一种制氢系统降低气体含水量用冷却气液分离设备，其特征在于：所述管套(850)的外侧壁安装有耳板(860)，耳板(860)上开设有插孔，罐体(2)的内壁顶部连接有上下滑动的插杆(861)。
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