氫氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)方法
【專利摘要】一種氫氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)方法，所述氫氣循環(huán)系統(tǒng)包括：貯氫容器(3)，其具有貯氫合金，當(dāng)滿足第一條件時，該貯氫合金吸氫，當(dāng)滿足第二條件時，該貯氫合金釋放氫氣；溫度調(diào)節(jié)裝置(32、33、34、321、331、341)，用于調(diào)節(jié)貯氫容器中的貯氫合金的溫度，使其滿足第一條件或第二條件；貯氫容器閥門(36)，用于使貯氫容器的內(nèi)部與外部裝置連通或斷開；以及壓力傳感器(35)，用于檢測貯氫容器中的壓力，并基于檢測到的壓力來控制貯氫容器閥門。本發(fā)明的氫氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)方法，能夠以高效率循環(huán)氫氣，減少氫氣使用量，并且避免使用大容量的儲氣瓶來儲存氫氣。
【專利說明】氫氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氫氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)方法，具體而言，涉及一種在制備稀土材料永磁體的工藝中使氫氣循環(huán)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在例如釹鐵硼永磁體的生產(chǎn)過程中，需要對釹鐵硼稀土材料進行氫破碎。所謂“氫破碎”，指的是利用稀土材料具有吸氫特性，吸氫后發(fā)生膨脹，在膨脹的過程中沿晶界斷裂，從而實現(xiàn)對稀土材料進行破碎的目的。
[0003]在上述氫破碎的過程中，需要使用氫氣。然而，現(xiàn)有的氫氣使用方式需要消耗大量的氫氣，并且需要專門的、大容量的儲氣瓶來儲存氫氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種氫氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)方法，以高效率循環(huán)氫氣，減少氫氣使用量，并且避免使用大容量的儲氣瓶來儲存氫氣。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氫氣循環(huán)系統(tǒng)，包括:貯氫容器(3)，其具有貯氫合金，當(dāng)滿足第一條件時，該貯氫合金吸氫，當(dāng)滿足第二條件時，該貯氫合金釋放氫氣；溫度調(diào)節(jié)裝置(32、33、34、321、331、341)，用于調(diào)節(jié)貯氫容器中的貯氫合金的溫度，使其滿足第一條件或第二條件；貯氫容器閥門(36)，用于使貯氫容器的內(nèi)部與外部裝置連通或斷開；以及壓力傳感器(35)，用于檢測貯氫容器中的壓力，并基于檢測到的壓力來控制貯氫容器閥門。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種使用上述氫氣循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)氫氣的方法，包括如下步驟:當(dāng)脫氫時，貯氫容器中的貯氫合金滿足第一條件，從而吸收所釋放的氫氣；當(dāng)吸氫時，貯氫容器中的貯氫合金滿足第二條件，從而釋放當(dāng)滿足第一條件時所吸收的氫氣。
[0007]本發(fā)明的氫氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)方法，能夠以高效率循環(huán)氫氣，減少氫氣使用量，并且避免使用大容量的儲氣瓶來儲存氫氣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的氫氣循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
[0009]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的料床的結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0010]以下將結(jié)合【具體實施方式】來對本發(fā)明做進一步說明。需要指出的是，本發(fā)明的各實施方式僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并非用來限定本發(fā)明。
[0011]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的氫氣循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，氫氣循環(huán)系統(tǒng)I通過管路連接到氫化/脫氫爐2(以下簡稱為“氫化爐”)，用于向氫化爐2供給使稀土材料氫破碎所需的氫氣和其它氣體(例如氬氣等)，以及從氫化爐2排出氫氣和其它氣體。
[0012]氫化爐2用于放置例如釹鐵硼稀土材料的稀土材料，供稀土材料吸氫、脫氫使用。在氫化爐2中，設(shè)有溫度傳感器21，用于檢測氫化爐2中的溫度。
[0013]氫氣循環(huán)系統(tǒng)I包括真空泵5，其通過管路經(jīng)由后述的冷卻器4連接到氫化爐2，用于從氫化爐2抽出氣體。在連接氫化爐2和真空泵5的管路中靠近真空泵5附近，設(shè)有閥門51。當(dāng)閥門51打開時，將真空泵5連接到管路，從而抽出氣體，當(dāng)閥門51關(guān)閉時，將真空泵5從管路斷開，從而不能抽出氣體。
[0014]氫氣循環(huán)系統(tǒng)I還包括冷卻器4，用于對流經(jīng)冷卻器4的氣體進行冷卻。冷卻器4具有閥門41和42，用于控制向冷卻器4供給冷卻水。當(dāng)閥門41和42打開時，向冷卻器4供給冷卻水，從而冷卻器4工作，當(dāng)閥門41和42關(guān)閉時，不向冷卻器4供給冷卻水，從而冷卻器4不工作。冷卻器4的一端并聯(lián)連接到真空泵5(閥門51)和后述的貯氫容器3。在冷卻器4和貯氫容器3之間設(shè)有閥門43。
[0015]氫氣循環(huán)系統(tǒng)I還包括貯氫容器3。貯氫容器3具有料床31。在31料床上，敷設(shè)有適量的貯氫合金，例如CaNi5。貯氫容器3連接有冷水管32、熱水管33和排水管34，并且還包括分別控制這些水管的開關(guān)的閥門321、331和341。
[0016]當(dāng)閥門321和341打開、閥門331閉合，從而使冷水(例如，約30°C )流過貯氫容器3時，CaNi5以低于稀土材料釋放氫氣的壓力吸氫。另一方面，當(dāng)閥門331和341打開、閥門321閉合，從而使熱水(例如，約70°C )流過貯氫容器3時，CaNi5則以高于稀土材料吸收氫氣的壓力釋放氫氣，以供稀土材料吸收。
[0017]在連接貯氫容器3和冷卻器4的管路中靠近貯氫容器3附近，設(shè)有壓力傳感器35和閥門36。壓力傳感器35用于測量貯氫容器4中的壓力，并控制閥門36的打開和關(guān)閉，從而將貯氫容器4連接到管路，或者從管路斷開。
[0018]氫氣循環(huán)系統(tǒng)I還包括氫罐6,用于儲存氫氣。氫罐6連接到氫化爐2。在氫罐6附近，設(shè)有閥門61，用于將氫罐6連接到管路，或者從管路斷開。
[0019]氫氣循環(huán)系統(tǒng)I還包括惰性氣體罐7，用于儲存惰性氣體，例如氬氣(氬氣)。惰性氣體罐7與氫罐6并行地連接到管路。在惰性氣體罐7附近，設(shè)有閥門71，用于將惰性氣體罐7連接到管路，或者從管路斷開。
[0020]在連接氫化爐2和氫罐6 (以及惰性氣體罐7)的管路中靠近氫化爐2附近，設(shè)有壓力傳感器22和閥門23。壓力傳感器22用于測量氫化爐2中的壓力，并控制閥門23的打開和關(guān)閉，從而將氫化爐2連接到管路，或者從管路斷開。
[0021]下面說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的氫氣循環(huán)系統(tǒng)I進行氫破碎時的工藝流程。
[0022]當(dāng)稀土材料已在氫化爐2內(nèi)完成吸氫時，認(rèn)為貯氫容器3內(nèi)的CaNi5已具備吸氫條件，因此，進行如下操作:
[0023](I)對氫化爐2中的加熱電阻(未圖示)通電，從而對氫化爐2進行加熱。
[0024](2)打開閥門41和42，向冷卻器4供給例如約30°C的冷卻水，打開閥門43。
[0025](3)打開閥門321和341，從而向貯氫容器3的料床31供給例如約30°C的冷卻水。
[0026](4)當(dāng)壓力傳感器35檢測到的氫氣壓力小于等于一定閾值(例如65kPa)時，閥門36打開，從而氫化爐2中稀土材料所釋放的氫氣通過冷卻器4、閥門43、閥門36進入貯氫容器3，并被貯氫容器3內(nèi)的CaNi5吸收。此時，當(dāng)壓力傳感器22檢測到的壓力小于等于65kPa時，閥門36關(guān)閉。
[0027]當(dāng)連續(xù)5?10分鐘溫度傳感器21檢測到例如200°C以上的較高溫度，并且壓力傳感器22檢測到的壓力仍不能大于65kPa時，表示氫化爐2內(nèi)的稀土材料基本完成脫氫，因CaNi5吸氫結(jié)束，稀土材料繼續(xù)脫氫:
[0028](5)關(guān)閉閥門36、閥門43。
[0029](6)打開閥門41、閥門42。
[0030](7)打開閥門51，對氫化爐2進行抽真空作業(yè)，直至壓力傳感器22小于10Pa，然后充氬氣至大氣壓，冷卻并檢測合格后出料。
[0031](8)出料后的氫化爐2重新裝入新料，抽真空、充氬氣、抽真空并檢測合格，作好下一輪吸氫準(zhǔn)備。
[0032]在稀土材料繼續(xù)脫氫、出料、裝入新料以及作好下一輪吸氫準(zhǔn)備的同時，打開閥門331、閥門341，向貯氫容器3的料床31供給約70°C的工業(yè)余熱水，使貯氫容器3內(nèi)的壓力逐漸上升，從而進行稀土材料的吸氫:
[0033](9)打開閥門23，結(jié)束吸氫并已加熱到需要溫度的CaNi5由壓力傳感器22和閥門36控制釋放出所吸收的氫氣供稀土材料吸收。
[0034](10)氫化爐2的每一次出料都會有少量的氫氣損失，因此，根據(jù)壓力傳感器35、壓力傳感器22檢測到的壓力，閥門61自動打開，從而向貯氫容器3或氫化爐2補充氫氣。
[0035](11)當(dāng)出現(xiàn)在約200°C的溫度下連續(xù)5?10分鐘壓力傳感器22的值保持在130kPa不再下降時，說明稀土材料吸氫已經(jīng)飽和，因而轉(zhuǎn)入脫氫程序。
[0036]采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，能夠回收稀土材料氫破碎工藝中95%以上的氫氣。
[0037]為了能夠有效克服CaNi5反復(fù)吸氫、脫氫后粉化使透氣性能和換熱性能下降而影響氫氣回收效率的問題，貯存容器3內(nèi)的料床31的結(jié)構(gòu)是特別設(shè)計的，具體如下:
[0038]如圖2所示，將合適規(guī)格的金屬管(例如，圓管或方管)無縫隙地排列、焊接，達到需要的面積，在周圍設(shè)置合適高度的擋板。使用時，在管內(nèi)通水，在管的上表面敷設(shè)CaNi5,并留有一定的高度以供裝卸料使用。
[0039]以上以CaNiJt為貯氫合金的一個例子進行了說明，但是，貯氫合金不僅限于CaNi5,主要是要選擇那些大體上能夠在室溫條件下吸收和釋放氫，并且壓力與Nd-Fe-B (釹鐵硼)能夠匹配的稀土材料。
[0040]此外，如果設(shè)置二個貯氫容器切換工作，并裝有足夠的CaNi5，則可以對應(yīng)多個氫化爐并可同時進行吸氫和脫氫。
【權(quán)利要求】
1.一種氫氣循環(huán)系統(tǒng)，包括: 貯氫容器(3)，其具有貯氫合金，當(dāng)滿足第一條件時，該貯氫合金吸氫，當(dāng)滿足第二條件時，該忙氫合金釋放氫氣； 溫度調(diào)節(jié)裝置(32、33、34、321、331、341)，用于調(diào)節(jié)貯氫容器中的貯氫合金的溫度，使其滿足第一條件或第二條件； 貯氫容器閥門(36)，用于使貯氫容器的內(nèi)部與外部裝置連通或斷開；以及 壓力傳感器(35)，用于檢測貯氫容器中的壓力，并基于檢測到的壓力來控制貯氫容器閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，還包括冷卻器(4)，用于冷卻流過其中的氣體，所述冷卻器的一端通過冷卻器閥門(43)連接到貯氫容器閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng),其特征在于,還包括氫罐(6),用于向所述氫氣循環(huán)系統(tǒng)補充氫氣，所述氫罐通過氫罐閥門(61)連接到所述貯氫容器閥門和所述冷卻器閥門之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，還包括泵(5)，用于抽出氣體，所述泵通過泵閥門(51)連接到所述冷卻器的所述一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，還包括惰性氣體罐(7)，用于向所述氫氣循環(huán)系統(tǒng)供給惰性氣體，所述惰性氣體罐通過惰性氣體罐閥門(71)與所述氫罐并行地連接到所述貯氫容器閥門和所述冷卻器閥門之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3 或4所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，還包括外部裝置閥門(23)和外部裝置壓力傳感器(22)，它們串聯(lián)連接，并且一端連接到所述冷卻器的另一端，另一端連接到所述冷卻器閥門和所述貯氫容器閥門之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述外部裝置閥門和外部裝置壓力傳感器的所述一端還連接到外部裝置，所述外部裝置是供稀土材料吸氫和脫氫用的氫化爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述外部裝置具有溫度傳感器(21)，用于測量所述外部裝置內(nèi)的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述貯氫合金是CaNi5。
10.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項所述的氫氣循環(huán)系統(tǒng)的氫氣循環(huán)方法，包括如下步驟: 當(dāng)脫氫時，貯氫容器中的貯氫合金滿足第一條件，從而吸收所釋放的氫氣； 當(dāng)吸氫時，貯氫容器中的貯氫合金滿足第二條件，從而釋放當(dāng)滿足第一條件時所吸收的氫氣。
【文檔編號】B22F9/04GK103752834SQ201110459056
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月31日
【發(fā)明者】李西敏 申請人:天津三環(huán)樂喜新材料有限公司, 北京中科三環(huán)高技術(shù)股份有限公司