[發明專利]連續輸氫設備

無效

• 申請號: 200710011909.7
• 申請日: 2007-06-29
• 公開（公告）號: CN101335360A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 程宏輝;陳德敏;周倩青;李慎蘭;陳偉;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/06;C01B3/50;B01D53/00;F17D1/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及一種氣體增壓提純設備，特別是一種用于35MPa氫氣增壓提純的連續輸氫設備。

背景技術

隨著氫燃料電池和電動汽車研究開發的迅速發展，氫源技術及氫能基礎設施的研究和建設已引起發達國家的高度關注。安全經濟的氫氣儲運技術是氫能利用推向實用化、產業化的關鍵。現有的氫氣儲存技術包括高壓儲氫、液氫儲存、金屬氫化物儲氫、低溫吸附儲氫、納米碳管高壓吸附儲氫以及有機液體氫化物儲氫等。其中，高壓儲氫是最普通和最直接的儲氫方式。高壓儲氫可在常溫下使用，通過閥門的調節就可以直接將氫氣釋放出，具有結構簡單、充裝速度快等優點，已成為現階段氫能儲運的主要方式。據今日燃料電池(Fuel?Cell?Today)網站介紹，截至2005年底，全球加氫站達到115座，其中絕大多數采用高壓儲氫技術，2004-2005年建設的加氫站中92％采用高壓氫氣。

因此，有必要發展適應不同輸出要求的氫壓縮機。傳統的機械式氫壓縮機分有油和無油兩類。前者依靠油來潤滑、密封，導致輸出氣體中含油，極大地影響了燃料電池的正常工作；此外，運動部件長期運行后將不可避免產生磨損，影響系統密封和使用效率。無油機械式壓縮機雖然采用自潤滑材料等手段避免了氫氣污染，但同樣不能避免運動部件的磨損問題。

發明內容

為克服傳統機械式氫氣壓縮機存在的上述各種缺點，本發明的目的在于提供一種以可逆金屬氫化物為工作介質的氫氣壓縮機，即35MPa連續輸氫設備，解決傳統的有油機械式氫壓縮機存在的輸出氣體中含油、影響燃料電池的正常工作等問題，以及無油機械式壓縮機存在運動部件的磨損問題。該設備具有如下優點：(1)增壓比和輸氣量的調節范圍大，調節方便，通用性高；(2)在增壓同時純化氫氣；(3)系統附件少、結構簡單、可靠性高、便于維護；(4)無運轉部件、無磨損、噪聲低；(5)可利用太陽能、廢熱和低品位熱源工作，運行成本低，清潔且節省能源。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明由第一級增壓系統、儲氣瓶、第二級增壓系統、第一級熱交換系統、第二級熱交換系統組成。其中，第一級增壓系統由催化脫氧裝置、分子篩、止回閥、電動兩通閥、電動三通閥、針閥、過濾器、反應床構成。其中，第二級增壓系統由止回閥、穩流器、流量計、電動兩通閥、電動三通閥、針閥、過濾器、反應床構成。第一級熱交換系統和第二級熱交換系統分別由熱交換裝置、液體冷卻管、液體加熱管、循環泵構成。其中，催化脫氧裝置用于脫除低壓普純氫中含有的雜質氧，分子篩用于脫除低壓普純氫中含有的雜質水蒸氣，穩流器主要使輸出的氫氣流更加穩定，過濾器用于防止合金吸氫后產生的微小顆粒隨氣流而在系統內部流竄，反應床中裝有儲氫合金，是實現氫氣增壓和提純的核心部件。

其中，所述第一級增壓系統中反應床所使用的材料為La-Y-Ni-Al合金或者LaNi₅基合金或者CaNi₅基合金，所述第二級增壓系統中反應床所使用的材料為通過石墨或者LaNi₅球磨改性后的釩。具體改性過程如下：電解V先經50％HCl溶液清洗，再用水和無水乙醇清洗，最后烘干。將電解V與石墨或LaNi₅按(5-20)∶1的質量配比混合置于行星式球磨機中，在Ar氣氛中進行有控制的機械球磨，球料比為20∶1，球磨時間為20分鐘到3小時，球磨轉速在100轉/分到200轉/分之間。

其中，所述第一級增壓系統中，催化脫氧裝置的進口端與普純氫氣源相連，其出口端與分子篩進口端相連，分子篩的出口端與止回閥的入口端相連，止回閥的出口端分別與三個電動兩通閥的入口端相連，而每個電動兩通閥的出口端分別與一個針閥的入口端和一個電動兩通閥的入口端相連，其中電動兩通閥的出口端通向大氣；而針閥的出口端通過過濾器與反應床的氣體入口端相連。每個反應床的氣體出口端通過過濾器與電動兩通閥的入口端相連。三個電動兩通閥的出口端并聯于一個氫氣出口，該氫氣出口通過不銹鋼鋼管與止回閥的入口端相連，止回閥的出口端與儲氣瓶的入口端相連。

其中，所述第二級增壓系統中，止回閥的出口端分別通過電動兩通閥和過濾器與第二級的三個反應床的氣體入口端相連。第二級中三個反應床的每個氣體出口端分別通過過濾器和電動兩通閥并聯于一個氣體出口，該氣體出口通過不銹鋼管路與針閥的入口端相連，針閥的出口端通過止回閥與穩流器的入口端相連，而穩流器的出口端與流量計的入口端相連，流量計的出口端就是整個增壓系統的出口端。

其中，所述第一級熱交換系統和第二級熱交換系統分別由循環泵、熱交換裝置、液體循環管路構成，在增壓過程中產生的熱交換通過熱交換系統完成。