CN2531231Y - 储氢罐活化装置 - Google Patents

Abstract

储氢罐活化装置属于氢气储存技术领域。本实用新型由气源、热交换装置、真空装置、控制装置构成。气源通过管道、电磁阀与连接储氢罐的活接头相连，连接储氢罐的活接头通过管道、电磁阀、经冷却器、质量流量计再与真空装置相连接；储氢罐和与之相连接的电磁阀、相配套的热交换装置为1组或数组。安置储氢罐位置有热交换装置；控制器通过电路和电磁阀、真空装置、热交换装置相连接，实现电磁阀的开与关、储氢罐的抽真空和储氢罐与外部的热交换。本实用新型具有一次活化多个储氢罐，自动化程度高，操作简便，成本低，装置安全性好的特点；同时可测量绘制储氢罐的容量和不同温度下的放氢速率，广泛应用于燃料电池储氢罐的活化和测试。

Description

储氢罐活化装置

技术领域

本实用新型属于氢气储存技术领域，特别是涉及一种储氢罐活化装置的制造技术。

背景技术

用储氢合金作为储氢介质的储氢罐具有体积储氢密度高、安全性好、释放的氢气纯度高、不需建加气站等基础设施等优点，是氢氧燃料电池、尤其是小型移动工具如电动摩托车、电动自行车用的燃料电池的理想氢源。

储氢合金表面通常有一层氧化物膜或其他杂质，往往阻碍了储氢合金的正常吸放氢，因此储氢材料一般要经过活化处理才能达到它的正常储氢量。装满了储氢材料的储氢罐也需经过活化装置的活化处理才能使储氢罐达到正常的储氢量。因此活化装置是储氢罐产业化过程中的关键设备。

目前，储氢罐活化装置一般采用单个管路和手动阀，属于实验室装置，操作繁琐，操作时间长，一个储氢罐的活化通常花费6～20小时，无法满足大批量储氢罐生产的要求。

发明内容

本实用新型的目的是为解决公知技术存在的问题，提供一种储氢罐活化装置。本实用新型具有同时活化多个储氢罐、自动化程度高、生产成本低、装置安全性好的特点。

本实用新型储氢罐活化装置采用耐真空的中压电磁阀置入不锈钢气体管路，用气体流量计测量流量并积分，由于质量流量计只能测量室温的气体，因而考虑了气体冷却装置。用机械泵、分子泵预先抽气体管路的空气，减少储氢罐中氧的含量，加速活化速度，采用循环水(油)方法使储氢罐吸氢时恒定在设定温度，采用液位控制器控制浴槽的液位，放氢时关闭出水(油)阀并用温度控制器控制温度在30～150℃范围。为了满足设备的安全和使用安全，每组的气体电磁阀、水(油)电磁阀、加热控制器、液位控制器与水(油)泵、真空机组、真空电磁阀、温度传感器、液位传感器、真空度、压力相互之间的联系和运作采用PLC控制，能够实现自动化，提高效率。

本实用新型采用如下技术方案：

储氢罐活化装置，由气源、热交换装置、真空装置、控制装置构成，其连接结构和方式为：气源通过管道、电磁阀与连接储氢罐的活接头相连，连接储氢罐的活接头通过管道、电磁阀与真空装置相连接；安置储氢罐位置有热交换装置；控制器通过电路和电磁阀、真空装置、热交换装置相连接；实现电磁阀的开与关、管道抽真空和储氢罐与外部的热交换。

本实用新型还可以采用如下技术措施：

上述的储氢罐活化装置，其特点是储氢罐和与之相连接的电磁阀、相配套的热交换装置为数组。

上述的储氢罐活化装置，其特点是储氢罐通过管道、电磁阀，经冷却器、质量流量计再与真空装置相连接。质量流量计配有显示积分仪，冷却器是为冷却释放时氢气，保证质量流量计在适宜的条件下工作，从而使流时积分显示仪准确显示并积分

上述的储氢罐活化装置，其特点是气源为连有汇流排的高压氢气瓶或高纯氢气发生器。

上述的储氢罐活化装置，其特点是活化后放出氢气的管道与高纯氢气发生器相连接。

上述的储氢罐活化装置，其特点是真空装置由机械泵和分子泵构成。

上述的储氢罐活化装置，其特点是真空装置装有测量真空度用的热电偶规管和电离真空计。

上述的储氢罐活化装置，其特点是热交换装置为水或油浴槽，浴槽装配有液位控制器、温度控制器、加热器及冷却循环装置。储氢罐为数个时，储氢罐可单独配置浴槽或合并配置浴槽；浴槽可单配冷却循环装置或合并使用冷却循环装置。

上述的储氢罐活化装置，其特点是气体电磁阀、水或油电磁阀、真空装置、温度控制器、液位控制器、热电偶规管和电离真空计通过电路与PLC控制器相连。

本实用新型具有的优点和积极效果：

1.采用耐真空的中压电磁阀以及不锈钢管路，系统可耐压6MPa，因此活化过程中充氢压力可高达6MPa，可满足各种类型的储氢合金的活化需要；

2.设置了多个不锈钢管路，相互间用电磁阀隔离，与储氢罐相连的接头≥1个，一次可同时活化多个储氢罐；

3.引入了质量流量计，可以测量储氢罐的放氢速率和储氢量；

4.电磁阀门、真空机组、加热的控制采用逻辑编程控制，安全性好，自动化程度高。

总之，新型实用储氢罐活化装置一次活化多个储氢罐，自动化程度高，单人操作，成本低，装置安全性好，同时具备了测量储氢罐放氢流量曲线，广泛地应用于燃料电池储氢罐的活化工序和测试，满足氢能源时代燃料电池储氢罐的生产需求。

附图说明

图1是本实用新型以高压氢气瓶为气源连接结构示意图。

图2是本实用新型以氢气发生器为气源连接结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的技术内容、特点及功效，兹例举以下实例，并配合附图详细说明如下：

实施例1

参照附图1，储氢罐活化装置有①气源供给、②热交换装置、③真空系统、④测量和控制系统、⑤数据处理系统五大部分组成。

活化装置采用5只高压瓶氢气气源1，通过汇流排2中的减压阀3使高压气体的压力变成小于6MPa，且通过精密压力表来显示。气源管道经阀门4分为10条分支管路，每支管路均装有耐真空的(≤6MPa，耐真空)中压电磁阀门5、25，装有气体冷却器6和质量流量计7，质量流量计7连有积分显示仪8，中压电磁阀门5、25之间通过管道连接储氢罐23，储氢罐23安置于水浴槽22中，水浴槽22配有温度和液位调节控制系统。10条分支管道汇总后与真空电磁阀9和排空电磁阀26相连，真空电磁阀9与真空机组机械泵10、分子泵11相连接，真空机组装配有热电偶规管13和电离真空计12。水浴槽22装有温度传感器19、温度控制器20、加热器21，液位探头14、液位控制器15及冷却水循环系统。冷却循环系统由管道连接电磁阀24、水箱18、水泵17、电磁阀16构成。管道28并排的10条分支管道与管道27并排的10组储氢罐水浴槽对应相连接。各组的电磁阀5、25，显示积分仪8，温度传感器19，温度控制器20，液位探头14，液位控制器15，电磁阀16、24，水泵17以及真空电磁阀9，机械泵10，分子泵11，热电偶规管13、电离真空计12，电磁阀26与PLC电脑(图中未标识)数据输入或信号输出相连接，实现数据采集或信号输出控制。

机械泵10、分子泵11要对整个气体管路和储氢罐23抽真空。开启真空电磁阀9通过机械泵10预抽真空至10Pa，然后用分子泵11抽高真空＜5×10^-2Pa，分别以热电偶规管13、电离真空计12测量高、低真空度。管道27并排着由气体电磁阀、气体冷却器、质量流量计组成的10支路。

热交换装置采用水浴槽22水浴储氢罐23使活化和放氢的温度满足最佳的条件。水浴槽22装有加热器21、液位探头14、铂电阻温度传感器19，由不锈钢焊接而成。浴槽空间Φ150×330，采用液位控制器，保持设定的液位。通过温度传感器19、温度控制器20将温度恒定在放氢所需的温度。

室温循环水是这样形成的，开启与水箱18连接的水泵17，以液位控制系统控制液位使每组电磁阀16、24动作。

每组温度控制系统有铂电阻温度传感器19、温度控制器20及加热器21等。铂电阻温度传感器19探测温度，信号传给电脑采集，电脑输出信号给温度控制20，温度控制器20控制加热器21，使温度保持在设定温度。加热时，关闭电磁阀24，打开16，打开水泵17，使液位达到设定的高度并保持。

每组液位控制系统有液位探头14、液位控制器15和电磁阀16、24。当探头14探测到液位有变化时，将信号传给电脑，电脑输出信号给控制器15控制电磁阀16、24和水泵17，使液面保持设定的高度。

管道28并排着由水电磁阀、水泵组成的管路可以形成的10条支路与管道27并排相连的10个水浴槽相连。每个水浴槽装有同样的温度传感器、温度控制器、加热器和液位探头、液位控制器。

测量和控制系统是对上述的气源、水浴诸参数的测量和调节控制。测量部分有气体压力、水浴温度、瞬时流量和积分流量及真空度。

每组的气体电磁阀5、25、26，积分显示仪8，水位探头14，液位控制器15，温度传感器19，温度控制器20，与总的水泵17、真空机组机械泵10、分子泵11、热电偶规管13、电离真空计12、真空电磁阀9与总控制器相连接，总控制器采用PLC对各部件进行控制。

PLC控制分为抽真空、充气和放气三个阶段，具体过程见以下。

一、抽真空阶段

1.启动电源，关闭24、打开水泵17检测浴槽中的水位；

2.打开温控仪20，开始加热，打开电磁阀5、25、9，当浴槽温度到

  t℃，计时T时间，等待真空压力到0.05Pa；

3.开真空泵10、检测真空度；

4.当真空度小于10Pa时，打开分子泵11；

5.当真空度到0.05Pa时，关25、9、真空检测电源、分子泵11、关

  真空泵10。

二、充气阶段

1.供氢压力4Mpa；

2.延时10分钟，关闭温控仪加热；

3.浴槽循环室温水，延时1.5小时，关闭5。

三、放气阶段

1.温控仪加热

2.浴槽温度到t℃，打开气体冷却泵6，打开电磁阀26；

3.流量积算仪8积分流量；

4.流量和流量积分数据采集于计算机，处理成放氢速率曲线，记录储

  氢罐容量。

实施例2

参照附图2，储氢罐活化装置有①气源供给、②热交换装置、③真空系统、④测量和控制系统、⑤数据处理系统五大部分组成。

气源为中压高纯氢气发生器1，气源管道通过电磁阀2后分为6组分支管路。6组分支管路装有耐真空的(≤6MPa，耐真空)中压电磁阀门3和4、10和11、16和17、22和23、28和29、34和35；其中5组分支管路装有冷却水泵6，气体冷却器7、13、19、25、31，质量流量计8、14、20、26、32和相连的积分显示仪9、15、21、27、33，中压电磁阀门3和4、10和11、16和17、22和23、28和29之间通过活接头连接储氢罐5、12、18、24、30，中压电磁阀门34和35之间通过活接头并排连接5个储氢罐36、37、38、39和40(附图中未标识储氢罐)。6组分支管道汇总后与真空磁阀41和排气电磁阀46相连，真空电磁阀41与真空机组机械泵42、分子泵43相连接，真空机组装配有热电偶规管44和电离真空计45。电磁阀46通过管道与氢气发生器1相连接，使氢气循环使用。储氢罐安置于油浴槽中，油浴槽装配有温度、液位调节控制器和冷却循环系统。热交换装置油浴槽的结构、连接方式以及油温、液位控制、冷却循环装置同实施例1(附图中未标识热交换装置)。电磁阀2、3、4、10、11、16、17、22、23、28、29、34、35、41、46，显示积分仪9、15、21、27、33，热交换装置中的温度传感器、温度控制器、液位探头、液位控制器、电磁阀、油泵以及真空机械泵42，分子泵43，热电偶规管44、电离真空计45与PLC电脑(图中未标识)相连接，实现数据采集或信号输出控制。

本实用新型可实现PLC控制的储氢罐抽真空、充氢气和放气三个工艺过程，达到储氢罐活化的目的。本实例具有所述的一次活化多个储氢罐，自动化程度高，成本低，装置安全性好等积极效果。

Claims (9)

1.储氢罐活化装置，由气源、热交换装置、真空装置、控制装置构成，其特征在于：气源通过管道、电磁阀与连接储氢罐的活接头相连，连接储氢罐的活接头通过管道、电磁阀与真空装置相连接；安置储氢罐位置有热交换装置；控制器通过电路和电磁阀、真空装置、热交换装置相连接。

2.按照权利要求1所述的储氢罐活化装置，其特征在于：储氢罐和与之相连接的电磁阀、相配套的热交换装置为数组。

3.按照权利要求1所述的储氢罐活化装置，其特征在于：储氢罐通过管道、电磁阀，经冷却器、质量流量计再与真空装置相连接。

4.按照权利要求1所述的储氢罐活化装置，其特征在于：气源为连有汇流排的高压氢气瓶或高纯氢气发生器。

5.按照权利要求4所述的储氢罐活化装置，其特征在于：活化后放出氢气的管道与高纯氢气发生器相连接。

6.按照权利要求1所述的储氢罐活化装置，其特征在于：真空装置由机械泵和分子泵构成。

7.按照权利要求6所述的储氢罐活化装置，其特征在于：真空装置装有测量真空度用的热电偶规管和电离真空计。

8.按照权利要求1-7所述的储氢罐活化装置，其特征在于：热交换装置为水或油浴槽，浴槽装配有液位控制器、温度控制器、加热器及冷却循环装置。

9.按照权利要求8所述的储氢罐活化装置，其特征在于：气体电磁阀、水或油电磁阀、真空装置、温度控制器、液位控制器、热电偶规管和电离真空计通过电路与PLC控制器相连。