CN2864323Y - 小型氢气增压装置 - Google Patents

Abstract

一种小型氢气增压装置，包括低压氢气输送管路(1)和高压氢气输送管路(8)，从低压氢气输送管路(1)到高压氢气输送管路(8)依次连接有单向阀一(3)、吸附式氢气增压单元(4)和单向阀二(5)，氢气增压单元(4)用于将从低压氢气输送管路输送的氢气增压后由高压氢气输送管路输出。该装置利用储氢材料在低温时吸附氢气，温度升高时析出氢气的特性实现氢气的增压，具有系统简单，结构紧凑，且增压压比大，功耗低，安全可靠的特点，十分适合对增压比要求高，流量较小的氢气增压场合。

Description

小型氢气增压装置

技术领域

本实用新型是关于增压装置，尤其是关于氢气增压装置。

背景技术

为提高热气机的效率，其常使用氢气作为工质，而在热气机工作时，由于存在动态杆密封，工质不可避免地存在少量泄漏，这时就需要定期进行补气，其补气压力一般需要高达10MPa以上，且纯度要求很高。目前，热气机的补充方式主要通过高压气瓶，或通过现场电解水制氢方式，再通过增压的方式进行。如果采用高压气瓶储存补气的方式，就要求储存较多的气瓶，且储存气体的压力至少超过10MPa，这样，不仅气瓶笨重，给补给和运输带来不便，且每瓶气的利用率不高，因为当气瓶压力低于10MPa时就不能再利用，造成较大的浪费，同时高压气体的储存还带来安全性的问题。如果采用现场电解水制氢，再增压的方式进行补气，由于电解水产生的氢气压力较低，一般为0.3～0.7MPa，无法满足直接补气的要求，需要进行增压，目前增压的方式一般是采用压缩机的方法，且压缩机体积较大，压缩比较小，需多级增压，功耗大，且活塞式压缩机也很难保证油雾不污染气体。

总之，目前的气体增压方式存在增压装置结构复杂，体积和重量大，功耗大，使用不方便的问题。

发明内容

为克服以上不足，本实用新型提供一种小型氢气增压装置，具有系统简单、结构紧凑、重量轻、功耗低、安全可靠的特点。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种小型氢气增压装置，包括低压氢气输送管路和高压氢气输送管路，从低压氢气输送管路到高压氢气输送管路依次连接有单向阀一、吸附式氢气增压单元和单向阀二，氢气增压单元用于将从低压氢气输送管路输送来的氢气进行增压后由高压氢气输送管路输出。该装置利用一个吸附式氢气增压单元从低压氢气输送管路吸收氢气，增压后从高压氢气输送管路输出，两个单向阀控制气体的流向，该系统简单，结构紧凑，吸附式氢气增压单元的增压压比大，没有机械振动噪声，且系统功耗低，安全可靠。

上述的小型氢气增压装置，所述的吸附式氢气增压单元由氢气输入输出管路、储氢材料管路、电加热装置组成，储氢材料管路内部封装有储氢材料；氢气输入输出管路的两端分别与储氢材料管路和位于低压、高压氢气输送管路单向阀之间的管路相连；储氢材料管路由多根沿一个圆柱体外表面轴向大致等距分布，并在至少一端并联在一起的管路组成；电加热装置为一组螺旋形的电加热盘管，布置在所述的储氢材料管路构成的圆柱形空间内部。该装置利用储氢材料在低温吸氢平衡压力低，升高温度后放氢平衡压力升高的特性，在低温时吸收低压氢气，加热后放出高压氢气，实现氢气的增压，该装置储氢材料封装在金属管路中，沿圆柱体外表面布置，内设盘管式电加热器，该结构氢气析出的路径最短，加热充分，工艺简单，且通过一条管路连接到氢气输入输出管路，兼作氢气输入输出管路，简化了系统。

上述的小型氢气增压装置，在所述的单向阀一之后的管路上设置有一个安全阀。安全阀用于保护整个系统，防止氢气增压过高、过快或误操作，导致高压端释放不及时，影响安全性。

上述的小型氢气增压装置，所述的电加热装置设置有一个加热温度控制单元。用于控制加热温度，从而控制增压压力、流量。

上述的小型氢气增压装置，所述的氢气增压单元还设置有一个冷却装置，冷却装置可以是风冷式也可以是水冷式。这样，可以加快冷却速度，使储氢材料快速从低压氢气输送管路吸收氢气，进入下一个增压循环，提高效率。

上述的小型氢气增压装置，在所述的低压和高压氢气输送管路上还设置有气体截止阀。这样便于系统的使用和设备维护，同时提高系统使用的安全性。

总之，本实用新型的有益效果是：

本装置采用储氢材料的特性，设计了小型氢气增压装置，该装置结构紧凑、重量轻，可以比较容易地实现高压比的增压，如压比超过30∶1以上的，系统没有压缩机，消除了压缩机带来的机械振动和噪声，系统功耗较低、安全可靠。这种小型氢气增压装置十分适合对增压压比要求较高，流量较小的氢气增压场合，如压比超过30以上，流量在100NL/h以下。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

图2是图1中吸附式氢气增压单元部分的结构图。

具体实施方式

图1所示是氢气增压装置的结构示意图，从低压氢气输送管路1到高压氢气输送管路8，依次设置有球阀或截至阀2、单向阀一3、吸附式氢气增压单元4、安全阀5、单向阀二6、球阀或截至阀7，图2是图1中吸附式氢气增压单元4部分的结构图。

由于金属氢化物储氢材料具有降温吸氢平衡压力低，升高温度后放氢平衡压力升高的特性，因此在常温或低温下储氢材料可以吸氢气，升高温度后可以放出高压氢气，吸附式氢气增压单元4就是利用储氢材料的该特性实现氢气压力增压的装置。图1所示的氢气增压装置利用吸附式氢气增压单元4对从低压氢气输送管路1输送的氢气进行增压，将增压后的高压氢气从高压输送管路8输出，单向阀一3和单向阀二6控制了氢气的流向，当吸附式氢气增压单元4内的氢气压力低于低压氢气管路1输送的氢气压力时，氢气进入吸附式氢气增压单元4进行增压。

吸附式氢气增压单元4由储氢材料管路42、电加热装置43、氢气输入输出管路41等设备组成，储氢材料管路42内部封装有储氢材料，氢气输入输出管路41的两端分别与储氢材料管路42和位于低压、高压氢气输送管路1、8单向阀一3和单向阀二6之间的管路相连，储氢材料管路42由多根沿一个圆柱体外表面轴向大致等距分布，并在至少一端并联在一起的管路组成，将多根整个储氢材料管路42在一端连接在一起的是一个弯制成圆形的圆管，这样更有利于储氢材料管路42的布置，使最远端如盲管端的储氢材料吸收或析出氢气的路径最短，提高该装置产生高压氢气的效率。储氢材料管路42一般为直管，当然也可以其他形式的，如螺旋形弯管，整个储氢材料管路除了一个与氢气输入输出管路41的连接接口外，都是封闭的，当然也可以在开设多个氢气输入输出管路，但是这样会使结构更加复杂，增加焊接施工的难度。电加热装置43为一组螺旋形的电加热盘管，布置在储氢材料管路42构成的圆柱形空间内部，并使加热盘管的管壁尽量贴近储氢材料管路42的管壁，这样会使加热效果更好，当然加热管的布置方式也可以采用其他的方式，如布置在储氢材料管路42的外周，或为每根储氢材料管路设置一个加热套管等方式，总之只要能为储氢材料管路42加热即可，电加热装置43的加热功率、最高加热温度与所需增压比和流量要求有关。如果条件许可也可以采用其他的加热方式，如高温蒸汽、燃烧物直接燃烧加热等方式。电加热装置43还可以设置一个加热温度控制装置，用于控制加热的温度和时间，温度控制装置可以采用热电偶+控制模块的电子控制形式，也可以采用机械式温控装置。氢气增压单元4还可以设置一个冷却装置，这样当加热后的高温氢气析出后，可以加快储氢材料的冷却，加快再次吸附氢气的速度，以进入下一个工作循环，提高产生高压氢气的流量。

氢气增压装置的工作原理是：当氢气增压单元4储氢材料温度降低，其内部的氢气压力随之降低，当低于气源的压力时，单向阀一3打开，低压氢气进入氢气增压单元4，经过一定时间，储氢材料管路42吸足一定量的氢气后，电加热装置43开始工作，储氢材料温度上升，增压装置内部氢气温度升高，同时压力增加，当压力超过气源压力时，单向阀一3自动关闭，氢气压力继续升高，当升高到到一定程度即高于高压氢气输送管路8高压端的压力时，高压端单向阀二6打开，开始向高压端输送氢气，释放一段时间后，关闭电加热装置43，储氢材料及其残余氢气经过自然冷却或采用冷却装置加快冷却，氢气压力降低，此时高压端的单向阀二6关闭，继续冷却到一定程度，氢气压力低于气源压力时，单向阀一3打开，氢气再次进入氢气增压单元4，开始新一循环的吸氢、加热、增压、放氢和冷却过程，如此循环反复，就实现了氢气的增压。这种形式的增压装置，取消了压缩机，消除了压缩机带来的振动、噪声问题，也不存在被油气污染的问题，可以实现大增压比，可以很容易实现30∶1以上的增压比，系统安全可靠，结构紧凑，重量轻，综合使用成本低，十分适合流量要求低，高增压比的场合，如对热气机氢气工质的补气。如设计的某型号用小型氢气增压装置，采用了8根φ10mm×1.5mm×140mm的不锈钢钢管(0Cr18Ni9Ti)，内部封装了储氢材料，管子的一端封闭，另一端与弯制成中心直径为φ80mm圆形不锈钢钢管(规格φ10mm×1.5mm，材料0Cr18Ni9Ti)焊接在一起。该增压器的内部容积约为0.1L，可满足将输入压力为0.3MPa～0.4MPa的氢气增压到12MPa～14MPa的要求，流量达到12NL/h，增压所需温度设置为300℃左右，吸氢时的温度小于40℃左右，该装置满足了50kW热气机氢气补充需要。

图1所示的氢气增压装置还可以根据需要设置球阀或截至阀2、7，主要作用是为了使系统维护和操作使用方便，在系统停止工作时关断，起到安全保护的作用，若布置空间有限，系统有其他的切断氢气进入的方式，球阀或截至阀2、7也可以取消。该装置中还可以设置有安全阀5，以保证系统的安全，安全阀5可以设置在单向阀一3和单向阀4之间，也可以设置在单向阀4之后，如果高压管路部分有其他安全保护措施，当然也可以取消。

本实用新型不局限以上的形式，还可以变换成其他的形式，如给氢气增压单元4增加一个外壳，采用其他的冷却或加热装置等，但只要采用了如图1所示近似的结构，都将落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、一种小型氢气增压装置，包括低压氢气输送管路(1)和高压氢气输送管路(8)，其特征在于：从低压氢气输送管路(1)到高压氢气输送管路(8)依次连接有单向阀一(3)、吸附式氢气增压单元(4)和单向阀二(6)，氢气增压单元(4)用于将从低压氢气输送管路(1)输送来的氢气进行增压后由高压氢气输送管路(8)输出。

2、根据权利要求1所述的小型氢气增压装置，其特征在于：所述的吸附式氢气增压单元(4)由氢气输入输出管路(41)、储氢材料管路(42)、电加热装置(43)组成，储氢材料管路(41)内部封装有储氢材料；氢气输入输出管路(41)的两端分别与储氢材料管路(42)和位于低压、高压氢气输送管路单向阀(3，6)之间的管路相连；储氢材料管路(42)由多根沿一个圆柱体外表面轴向大致等距分布，并在至少一端并联在一起的管路组成；电加热装置(43)为一组螺旋形的电加热盘管，布置在所述的储氢材料管路(42)构成的圆柱形空间内部。

3、根据权利要求1或2所述的小型氢气增压装置，其特征在于：在所述的单向阀一(3)之后的管路上设置有一个安全阀(5)。

4、根据权利要求2所述的小型氢气增压装置，其特征在于：所述的电加热装置设置(43)有一个加热温度控制单元。

5、根据权利要求1或2所述的小型氢气增压装置，其特征在于：所述的氢气增压单元(4)还设置有一个冷却装置，冷却装置可以是风冷式或水冷式。

6、根据权利要求1或2所述的小型氢气增压装置，其特征在于：在所述的低压和高压氢气输送管路(1，8)上还设置有气体截止阀(2，7)。