專利名稱：小型氫氣增壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于增壓裝置，尤其是關(guān)于氫氣增壓裝置。
背景技術(shù)：
為提高熱氣機(jī)的效率，其常使用氫氣作為工質(zhì)，而在熱氣機(jī)工作時(shí)，由于存在動(dòng)態(tài)桿密封，工質(zhì)不可避免地存在少量泄漏，這時(shí)就需要定期進(jìn)行補(bǔ)氣，其補(bǔ)氣壓力一般需要高達(dá)10MPa以上，且純度要求很高。目前，熱氣機(jī)的補(bǔ)充方式主要通過高壓氣瓶，或通過現(xiàn)場電解水制氫方式，再通過增壓的方式進(jìn)行。如果采用高壓氣瓶儲(chǔ)存補(bǔ)氣的方式，就要求儲(chǔ)存較多的氣瓶，且儲(chǔ)存氣體的壓力至少超過10MPa，這樣，不僅氣瓶笨重，給補(bǔ)給和運(yùn)輸帶來不便，且每瓶氣的利用率不高，因?yàn)楫?dāng)氣瓶壓力低于10MPa時(shí)就不能再利用，造成較大的浪費(fèi)，同時(shí)高壓氣體的儲(chǔ)存還帶來安全性的問題。如果采用現(xiàn)場電解水制氫，再增壓的方式進(jìn)行補(bǔ)氣，由于電解水產(chǎn)生的氫氣壓力較低，一般為0.3～0.7MPa，無法滿足直接補(bǔ)氣的要求，需要進(jìn)行增壓，目前增壓的方式一般是采用壓縮機(jī)的方法，且壓縮機(jī)體積較大，壓縮比較小，需多級(jí)增壓，功耗大，且活塞式壓縮機(jī)也很難保證油霧不污染氣體。
總之，目前的氣體增壓方式存在增壓裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積和重量大，功耗大，使用不方便的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上不足，本實(shí)用新型提供一種小型氫氣增壓裝置，具有系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、功耗低、安全可靠的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種小型氫氣增壓裝置，包括低壓氫氣輸送管路和高壓氫氣輸送管路，從低壓氫氣輸送管路到高壓氫氣輸送管路依次連接有單向閥一、吸附式氫氣增壓單元和單向閥二，氫氣增壓單元用于將從低壓氫氣輸送管路輸送來的氫氣進(jìn)行增壓后由高壓氫氣輸送管路輸出。該裝置利用一個(gè)吸附式氫氣增壓單元從低壓氫氣輸送管路吸收氫氣，增壓后從高壓氫氣輸送管路輸出，兩個(gè)單向閥控制氣體的流向，該系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，吸附式氫氣增壓單元的增壓壓比大，沒有機(jī)械振動(dòng)噪聲，且系統(tǒng)功耗低，安全可靠。
上述的小型氫氣增壓裝置，所述的吸附式氫氣增壓單元由氫氣輸入輸出管路、儲(chǔ)氫材料管路、電加熱裝置組成，儲(chǔ)氫材料管路內(nèi)部封裝有儲(chǔ)氫材料；氫氣輸入輸出管路的兩端分別與儲(chǔ)氫材料管路和位于低壓、高壓氫氣輸送管路單向閥之間的管路相連；儲(chǔ)氫材料管路由多根沿一個(gè)圓柱體外表面軸向大致等距分布，并在至少一端并聯(lián)在一起的管路組成；電加熱裝置為一組螺旋形的電加熱盤管，布置在所述的儲(chǔ)氫材料管路構(gòu)成的圓柱形空間內(nèi)部。該裝置利用儲(chǔ)氫材料在低溫吸氫平衡壓力低，升高溫度后放氫平衡壓力升高的特性，在低溫時(shí)吸收低壓氫氣，加熱后放出高壓氫氣，實(shí)現(xiàn)氫氣的增壓，該裝置儲(chǔ)氫材料封裝在金屬管路中，沿圓柱體外表面布置，內(nèi)設(shè)盤管式電加熱器，該結(jié)構(gòu)氫氣析出的路徑最短，加熱充分，工藝簡單，且通過一條管路連接到氫氣輸入輸出管路，兼作氫氣輸入輸出管路，簡化了系統(tǒng)。
上述的小型氫氣增壓裝置，在所述的單向閥一之后的管路上設(shè)置有一個(gè)安全閥。安全閥用于保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，防止氫氣增壓過高、過快或誤操作，導(dǎo)致高壓端釋放不及時(shí)，影響安全性。
上述的小型氫氣增壓裝置，所述的電加熱裝置設(shè)置有一個(gè)加熱溫度控制單元。用于控制加熱溫度，從而控制增壓壓力、流量。
上述的小型氫氣增壓裝置，所述的氫氣增壓單元還設(shè)置有一個(gè)冷卻裝置，冷卻裝置可以是風(fēng)冷式也可以是水冷式。這樣，可以加快冷卻速度，使儲(chǔ)氫材料快速從低壓氫氣輸送管路吸收氫氣，進(jìn)入下一個(gè)增壓循環(huán)，提高效率。
上述的小型氫氣增壓裝置，在所述的低壓和高壓氫氣輸送管路上還設(shè)置有氣體截止閥。這樣便于系統(tǒng)的使用和設(shè)備維護(hù)，同時(shí)提高系統(tǒng)使用的安全性。
總之，本實(shí)用新型的有益效果是本裝置采用儲(chǔ)氫材料的特性，設(shè)計(jì)了小型氫氣增壓裝置，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，可以比較容易地實(shí)現(xiàn)高壓比的增壓，如壓比超過30∶1以上的，系統(tǒng)沒有壓縮機(jī)，消除了壓縮機(jī)帶來的機(jī)械振動(dòng)和噪聲，系統(tǒng)功耗較低、安全可靠。這種小型氫氣增壓裝置十分適合對(duì)增壓壓比要求較高，流量較小的氫氣增壓場合，如壓比超過30以上，流量在100NL/h以下。


圖1是本實(shí)用新型的示意圖。
圖2是圖1中吸附式氫氣增壓單元部分的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
圖1所示是氫氣增壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，從低壓氫氣輸送管路1到高壓氫氣輸送管路8，依次設(shè)置有球閥或截至閥2、單向閥一3、吸附式氫氣增壓單元4、安全閥5、單向閥二6、球閥或截至閥7，圖2是圖1中吸附式氫氣增壓單元4部分的結(jié)構(gòu)圖。
由于金屬氫化物儲(chǔ)氫材料具有降溫吸氫平衡壓力低，升高溫度后放氫平衡壓力升高的特性，因此在常溫或低溫下儲(chǔ)氫材料可以吸氫氣，升高溫度后可以放出高壓氫氣，吸附式氫氣增壓單元4就是利用儲(chǔ)氫材料的該特性實(shí)現(xiàn)氫氣壓力增壓的裝置。圖1所示的氫氣增壓裝置利用吸附式氫氣增壓單元4對(duì)從低壓氫氣輸送管路1輸送的氫氣進(jìn)行增壓，將增壓后的高壓氫氣從高壓輸送管路8輸出，單向閥一3和單向閥二6控制了氫氣的流向，當(dāng)吸附式氫氣增壓單元4內(nèi)的氫氣壓力低于低壓氫氣管路1輸送的氫氣壓力時(shí)，氫氣進(jìn)入吸附式氫氣增壓單元4進(jìn)行增壓。
吸附式氫氣增壓單元4由儲(chǔ)氫材料管路42、電加熱裝置43、氫氣輸入輸出管路41等設(shè)備組成，儲(chǔ)氫材料管路42內(nèi)部封裝有儲(chǔ)氫材料，氫氣輸入輸出管路41的兩端分別與儲(chǔ)氫材料管路42和位于低壓、高壓氫氣輸送管路1、8單向閥一3和單向閥二6之間的管路相連，儲(chǔ)氫材料管路42由多根沿一個(gè)圓柱體外表面軸向大致等距分布，并在至少一端并聯(lián)在一起的管路組成，將多根整個(gè)儲(chǔ)氫材料管路42在一端連接在一起的是一個(gè)彎制成圓形的圓管，這樣更有利于儲(chǔ)氫材料管路42的布置，使最遠(yuǎn)端如盲管端的儲(chǔ)氫材料吸收或析出氫氣的路徑最短，提高該裝置產(chǎn)生高壓氫氣的效率。儲(chǔ)氫材料管路42一般為直管，當(dāng)然也可以其他形式的，如螺旋形彎管，整個(gè)儲(chǔ)氫材料管路除了一個(gè)與氫氣輸入輸出管路41的連接接口外，都是封閉的，當(dāng)然也可以在開設(shè)多個(gè)氫氣輸入輸出管路，但是這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，增加焊接施工的難度。電加熱裝置43為一組螺旋形的電加熱盤管，布置在儲(chǔ)氫材料管路42構(gòu)成的圓柱形空間內(nèi)部，并使加熱盤管的管壁盡量貼近儲(chǔ)氫材料管路42的管壁，這樣會(huì)使加熱效果更好，當(dāng)然加熱管的布置方式也可以采用其他的方式，如布置在儲(chǔ)氫材料管路42的外周，或?yàn)槊扛鶅?chǔ)氫材料管路設(shè)置一個(gè)加熱套管等方式，總之只要能為儲(chǔ)氫材料管路42加熱即可，電加熱裝置43的加熱功率、最高加熱溫度與所需增壓比和流量要求有關(guān)。如果條件許可也可以采用其他的加熱方式，如高溫蒸汽、燃燒物直接燃燒加熱等方式。電加熱裝置43還可以設(shè)置一個(gè)加熱溫度控制裝置，用于控制加熱的溫度和時(shí)間，溫度控制裝置可以采用熱電偶+控制模塊的電子控制形式，也可以采用機(jī)械式溫控裝置。氫氣增壓單元4還可以設(shè)置一個(gè)冷卻裝置，這樣當(dāng)加熱后的高溫氫氣析出后，可以加快儲(chǔ)氫材料的冷卻，加快再次吸附氫氣的速度，以進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)，提高產(chǎn)生高壓氫氣的流量。
氫氣增壓裝置的工作原理是當(dāng)氫氣增壓單元4儲(chǔ)氫材料溫度降低，其內(nèi)部的氫氣壓力隨之降低，當(dāng)?shù)陀跉庠吹膲毫r(shí)，單向閥一3打開，低壓氫氣進(jìn)入氫氣增壓單元4，經(jīng)過一定時(shí)間，儲(chǔ)氫材料管路42吸足一定量的氫氣后，電加熱裝置43開始工作，儲(chǔ)氫材料溫度上升，增壓裝置內(nèi)部氫氣溫度升高，同時(shí)壓力增加，當(dāng)壓力超過氣源壓力時(shí)，單向閥一3自動(dòng)關(guān)閉，氫氣壓力繼續(xù)升高，當(dāng)升高到到一定程度即高于高壓氫氣輸送管路8高壓端的壓力時(shí)，高壓端單向閥二6打開，開始向高壓端輸送氫氣，釋放一段時(shí)間后，關(guān)閉電加熱裝置43，儲(chǔ)氫材料及其殘余氫氣經(jīng)過自然冷卻或采用冷卻裝置加快冷卻，氫氣壓力降低，此時(shí)高壓端的單向閥二6關(guān)閉，繼續(xù)冷卻到一定程度，氫氣壓力低于氣源壓力時(shí)，單向閥一3打開，氫氣再次進(jìn)入氫氣增壓單元4，開始新一循環(huán)的吸氫、加熱、增壓、放氫和冷卻過程，如此循環(huán)反復(fù)，就實(shí)現(xiàn)了氫氣的增壓。這種形式的增壓裝置，取消了壓縮機(jī)，消除了壓縮機(jī)帶來的振動(dòng)、噪聲問題，也不存在被油氣污染的問題，可以實(shí)現(xiàn)大增壓比，可以很容易實(shí)現(xiàn)30∶1以上的增壓比，系統(tǒng)安全可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，綜合使用成本低，十分適合流量要求低，高增壓比的場合，如對(duì)熱氣機(jī)氫氣工質(zhì)的補(bǔ)氣。如設(shè)計(jì)的某型號(hào)用小型氫氣增壓裝置，采用了8根φ10mm×1.5mm×140mm的不銹鋼鋼管(0Cr18Ni9Ti)，內(nèi)部封裝了儲(chǔ)氫材料，管子的一端封閉，另一端與彎制成中心直徑為φ80mm圓形不銹鋼鋼管(規(guī)格φ10mm×1.5mm，材料0Cr18Ni9Ti)焊接在一起。該增壓器的內(nèi)部容積約為0.1L，可滿足將輸入壓力為0.3MPa～0.4MPa的氫氣增壓到12MPa～14MPa的要求，流量達(dá)到12NL/h，增壓所需溫度設(shè)置為300℃左右，吸氫時(shí)的溫度小于40℃左右，該裝置滿足了50kW熱氣機(jī)氫氣補(bǔ)充需要。
圖1所示的氫氣增壓裝置還可以根據(jù)需要設(shè)置球閥或截至閥2、7，主要作用是為了使系統(tǒng)維護(hù)和操作使用方便，在系統(tǒng)停止工作時(shí)關(guān)斷，起到安全保護(hù)的作用，若布置空間有限，系統(tǒng)有其他的切斷氫氣進(jìn)入的方式，球閥或截至閥2、7也可以取消。該裝置中還可以設(shè)置有安全閥5，以保證系統(tǒng)的安全，安全閥5可以設(shè)置在單向閥一3和單向閥4之間，也可以設(shè)置在單向閥4之后，如果高壓管路部分有其他安全保護(hù)措施，當(dāng)然也可以取消。
本實(shí)用新型不局限以上的形式，還可以變換成其他的形式，如給氫氣增壓單元4增加一個(gè)外殼，采用其他的冷卻或加熱裝置等，但只要采用了如圖1所示近似的結(jié)構(gòu)，都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種小型氫氣增壓裝置，包括低壓氫氣輸送管路(1)和高壓氫氣輸送管路(8)，其特征在于從低壓氫氣輸送管路(1)到高壓氫氣輸送管路(8)依次連接有單向閥一(3)、吸附式氫氣增壓單元(4)和單向閥二(6)，氫氣增壓單元(4)用于將從低壓氫氣輸送管路(1)輸送來的氫氣進(jìn)行增壓后由高壓氫氣輸送管路(8)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型氫氣增壓裝置，其特征在于所述的吸附式氫氣增壓單元(4)由氫氣輸入輸出管路(41)、儲(chǔ)氫材料管路(42)、電加熱裝置(43)組成，儲(chǔ)氫材料管路(41)內(nèi)部封裝有儲(chǔ)氫材料；氫氣輸入輸出管路(41)的兩端分別與儲(chǔ)氫材料管路(42)和位于低壓、高壓氫氣輸送管路單向閥(3，6)之間的管路相連；儲(chǔ)氫材料管路(42)由多根沿一個(gè)圓柱體外表面軸向大致等距分布，并在至少一端并聯(lián)在一起的管路組成；電加熱裝置(43)為一組螺旋形的電加熱盤管，布置在所述的儲(chǔ)氫材料管路(42)構(gòu)成的圓柱形空間內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型氫氣增壓裝置，其特征在于在所述的單向閥一(3)之后的管路上設(shè)置有一個(gè)安全閥(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型氫氣增壓裝置，其特征在于所述的電加熱裝置設(shè)置(43)有一個(gè)加熱溫度控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型氫氣增壓裝置，其特征在于所述的氫氣增壓單元(4)還設(shè)置有一個(gè)冷卻裝置，冷卻裝置可以是風(fēng)冷式或水冷式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型氫氣增壓裝置，其特征在于在所述的低壓和高壓氫氣輸送管路(1，8)上還設(shè)置有氣體截止閥(2，7)。
專利摘要一種小型氫氣增壓裝置，包括低壓氫氣輸送管路(1)和高壓氫氣輸送管路(8)，從低壓氫氣輸送管路(1)到高壓氫氣輸送管路(8)依次連接有單向閥一(3)、吸附式氫氣增壓單元(4)和單向閥二(5)，氫氣增壓單元(4)用于將從低壓氫氣輸送管路輸送的氫氣增壓后由高壓氫氣輸送管路輸出。該裝置利用儲(chǔ)氫材料在低溫時(shí)吸附氫氣，溫度升高時(shí)析出氫氣的特性實(shí)現(xiàn)氫氣的增壓，具有系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，且增壓壓比大，功耗低，安全可靠的特點(diǎn)，十分適合對(duì)增壓比要求高，流量較小的氫氣增壓場合。
文檔編號(hào)F17C13/04GK2864323SQ200520046789
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者朱辰元, 李壽權(quán), 胡慶龍 申請(qǐng)人:上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司