專利名稱：一種氫氣分離純化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣體分離純化裝置，具體是一種氫氣分離純化裝置。
背景技術：
氫分離(或氫純化)是氫能利用過程中的一個關鍵環(huán)節(jié)。經純化的氫源可應用在半導體 刻蝕加工、精細化工、石化脫硫行業(yè)、燃料電池等諸多領域，目前對于高純度氫的需求與日 俱增。膜分離技術是獲取高純氫源的有效方法之一，而且膜分離技術能夠整合氫的生產和氫 分離(或純化)兩個環(huán)節(jié)，使得氫的生產和分離可以高效、實時的方式進行，因此在氫能利 用中備受關注。利用膜技術分離(或純化)氫氣，膜材料和裝置設計是影響氫氣分離效率的 兩個關鍵因素。常用的氫氣純化法有吸附法，吸收法，低溫分離法以及化學反應法等。但這 些方法所使用的純化裝置普遍存在結構復雜，操作復雜，耗能高，成本高等缺點。如吸附法 和低溫分離法所使用的精制筒是內外筒組合成的雙層結構，內部需要分隔出熱交換室和吸附 室，并且需要多根管道；化學反應法需要用到鈀管，金屬把在吸收過多氫氣后易產生裂紋， 使得氫氣流量受到限制。吸收法則不能夠連續(xù)純化，且氫氣流量過小。

實用新型內容
本實用新型的目的是設計一種便攜式、易拆卸、工作參數(shù)可調控、高效的氫氣分離(或 純化)裝置，該裝置不僅可以作為一功能器件應用，而且也可應用在氫分離膜材料和氣體擴 散動力學等領域的研究上。
本實用新型由氣路系統(tǒng)、腔體和處于腔體內的氫分離純化功能單元構成。其腔體為外腔 上蓋和外腔下蓋通過螺栓緊固的貼合著腔體內壁的管狀腔體，管狀腔體的上蓋開有氣體進氣 口、剩余氣體出口、多個已提純氣體出口，管狀腔體的上蓋安置著調壓閥，個數(shù)少于或者等 于已提純氣體出口個數(shù)的氫分離純化功能單元的內腔導氣管穿過管狀腔體上蓋的己提純氣體 出口與腔體外的收集產出氣體的通氣管道連接。
本實用新型的整套氫分離純化裝置由氣路系統(tǒng)、裝置腔體和數(shù)組裝配在腔內的承擔氫氣 分離的功能單元構成。氣路系統(tǒng)由通氣管道、接頭、壓力表、氣體流量計、氣閥等構成；裝 置腔體為對開式管狀結構，以法蘭形式密封；通過調節(jié)進(出)氣壓力、流量，或增減氫氣 分離的功能組元，或更換氫分離膜片(介質)，或改變工作溫度可達到改變氫氣分離純化速率 的目的。從而可獲得一個具有很寬工作范圍的高純氫氣供應系統(tǒng)，滿足不同的使用需求。另 外，通過調整氣體分離膜材(介質)、或改變進(出)氣體參數(shù)，該裝置也可開展氣體分離膜 材(包括氫分離膜材)、以及氣體滲透擴散(包括氫氣)的動力學性能研究。 為了便于調整工作壓力，管狀腔體的上蓋安置著兩個調壓閥?？紤]到實際需要，本實用新型在管狀腔體的上蓋開有五個己提純氣體出口。最多可以安 置五組氫氣分離的功能單元。根據(jù)實際需要也可以只安置四組、三組或者兩組。安置多組氫 氣分離的功能單元，還可以確保在實際工作中，如果其中的某組損壞，只需拆下改組單獨維 修，其他各組仍能正常運行，而不致影響工作。
在管狀腔體的外腔上蓋和外腔下蓋的接觸處墊有石墨密封圈，以確保嚴密不漏氣。
對于只是安置數(shù)目較少的氫分離純化功能單元的情況，沒有氫分離純化功能單元的內腔 導氣管穿過的多余己提純氣體出口塞有密封套頭，進行嚴格密封。
本實用新型可以配套兩種功能單元的結構形式，A型功能單元適合裝配可加工成膜片、 并有較高機械強度的金屬型氫分離材料；該功能單元為嵌套式、法蘭密封結構，由氫分離膜 片、環(huán)形腔體、金屬密封圈等形成的中空內腔的導氣管穿過管狀腔體上蓋的已提純氣體出口 與腔體外的收集產出氣體的通氣管道連接。
另一種功能單元B型適合一些具有氫純化或分離作用、脆性大的非金屬粉體材料，通過 以粉體壓制、燒結成型，或粉體裝填形式、裝配在由不銹鋼氣體過濾膜網(滿足一定的機械 強度要求)構成的環(huán)形腔體內，實現(xiàn)氫氣的分離、或純化目的。該功能單元為法蘭密封的管 束結構，法蘭上蓋與下環(huán)形腔體以螺栓緊固和刃口密封結合方式形成的中空內腔的導氣管穿 過管狀腔體上蓋的己提純氣體出口與腔體外的收集產出氣體的通氣管道連接。
本實用新型不需低溫深冷設備，并可根據(jù)需要配備加熱裝置，純化功能組元可根據(jù)需求 增減，具有很寬的工作范圍。裝置構造簡單，維修使用方便。并且氫氣壓力和流量上限很高， 可連續(xù)純化氫氣。

圖1是本實用新型一種形式的結構圖； 圖2a是本實用新型的腔體結構主視圖 圖2b是本實用新型的腔體結構俯視圖； 圖2c是本實用新型的腔體結構側視圖； 圖3是本實用新型另一種形式的結構圖4a是本實用新型的一種氫氣分離純化功能單元(A型)的結構圖； 圖4b是圖4a的A-A剖視圖5a是本實用新型的另一種氫氣分離純化功能單元(B型)的結構圖； 圖5b是圖5a的A-A剖視圖。
具體實施方式
實施例1
圖1中，管狀腔體內安裝五個A型氫氣分離純化功能單元ll。
其腔體為外腔上蓋3和外腔下蓋4通過螺栓緊固的貼合著腔體內壁5的管狀腔體，管狀腔體的上蓋3開有氣體進氣口7、剩余氣體出口l、五個已提純氣體出口6，管狀腔體的上蓋 3安置著兩個調壓閥2，五個A型氫分離純化功能單元11的內腔導氣管9穿過管狀腔體上蓋 3的已提純氣體出口 6與腔體外的收集產出氣體的通氣管道IO連接。在管狀腔體的外腔上蓋 3和外腔下蓋4的接觸處墊有石墨密封圈8。
工作時，擬分離(或純化)的氣體以一定的流速和壓力(P。)由進氣口 7導入。由于裝 置腔體內氣體壓力(P。)大于A型氫分離功能單元11腔內的壓力P,， A型氫分離功能單元ll 腔內外的氣壓差(P。-PO將驅動導入的氣體、通過A型氫分離功能單元11上的氣分離膜片(圖 4b中的2)進行氫氣的分離(或純化)，經過分離的氫氣經內腔導氣管9導出匯集于通氣管道 IO輸出。殘留氣體則經剩余氣體出口 l排出，也可重新匯流到導入氣體中進行分離循環(huán)。在 裝置工作時，只要維持一定的壓力差(P。-P丄就可維持裝置的正常工作，同時也可通過壓力 差的調節(jié)，實現(xiàn)對氫純化效率調節(jié)的目的。
調壓閥2起壓力調節(jié)作用，以防腔體內壓力過高損壞氫分離膜片，腔體內五個A型氣分 離功能單元ll相互獨立。其中膜片種類、膜片尺寸、導入氣體壓力、流速等均可在一定范圍 內調節(jié)。整套裝置也可放置在恒溫設備中，以獲得不同的工作溫度。
腔體，包括內壁的結構見圖2。
A型氫分離功能單元11的結構見圖4。圖4b中，兩片上下單元蓋1通過螺紋緊固，并夾 緊上下兩片金屬過濾膜片2和一個單元體3，上下單元蓋1和上下兩片金屬過濾膜片2之間 墊有刃口支承4和刃口密封5，上下兩片金屬過濾膜片2之間形成的空腔為單元體內腔，內 腔留有氣體導出口6。由于裝置腔體內氣體壓力(P。)大于A型氫分離功能單元ll內腔內的 壓力P,，其工作時，氫氣在壓力差(P。-P》的驅動下，經單元體3兩側的金屬過濾膜片2滲 透進入單元體3內腔內，在單元體3內腔中匯流后由氣體導出口6導出。其中，上下金屬過 濾膜片2和中間環(huán)片構成了單元體3。上下單元蓋1和刃口密封5起緊固金屬過濾膜片2的 作用，并形成一密封的單元體3的內腔部分，刃口支承4對金屬過濾膜片2起保護和支承作 用，避免較大的內外氣壓差引起膜片機械強度的降低。
實施例2
圖3中，管狀腔體內安裝一個B型氫氣分離純化功能單元ll。
其腔體為外腔上蓋3和外腔下蓋4通過螺栓緊固的貼合著腔體內壁5的管狀腔體，管狀 腔體的上蓋3開有氣體進氣口7、剩余氣體出口l、五個已提純氣體出口6，管狀腔體的上蓋 3安置著兩個調壓閥2， 一個B型氫分離純化功能單元ll的內腔導氣管9穿過管狀腔體上蓋 3的一個已提純氣體出口 6與腔體外的收集產出氣體的通氣管道10連接，其余四個已提純氣 體出口6塞有密封套頭，進行嚴格密封。在管狀腔體的外腔上蓋3和外腔下蓋4的接觸處墊 有石墨密封圈8。
B型氫分離功能單元11的結構見圖5。圖5b中，管狀氫分離器件1以管連接形式與法蘭上蓋2密封聯(lián)通；法蘭上蓋2與下環(huán)形腔體3以螺栓緊固和刃口密封結合方式來裝配。工作 時，由于管狀氫分離器件內腔氫氣壓PZ小于裝置外腔體的氣壓P。，其工作時，氫氣在壓力差 (P。-P/ )的驅動下，經管狀氫分離器件的外不銹鋼過濾膜片5、氫滲透層6、內不銹鋼過濾膜 片7，進入管狀氫分離器件內腔，后在環(huán)形內腔體內匯流由通氣口 4導出。在管狀氫分離器 件上的由內外不銹鋼過濾膜片5、 7構成的環(huán)形圓柱腔體，對內置的氫滲透層起保護和支承作 用，也可避免氫滲透粉體漏出污染內腔體通道和對開式外腔體。
工作時，擬分離(或純化)的氣體以一定的流速和壓力(P。)由進氣口 7導入。由于裝 置腔體內氣體壓力(P。)大于B型氫分離功能單元11腔內的壓力P,， B型氫分離功能單元ll 腔內外的氣壓差(P。-P,)將驅動導入的氣體經B型氫分離功能單元ll(管狀氫分離器件，見 圖5b)的外不銹鋼過濾膜片、氫滲透層、內不銹鋼過濾膜片，進入管狀氫分離器件內腔，后 在環(huán)形內腔體內匯流由通氣口導出。殘留氣體則經剩余氣體出口排出，也可重新匯流到導入 氣體中進行分離循環(huán)。在裝置工作時，只要維持一定的壓力差(P。-P,)，就可維持裝置的正常 工作，同時也可通過壓力差的調節(jié)，實現(xiàn)對氫純化效率調節(jié)的目的。
調壓閥2起壓力調節(jié)作用，以防腔體內壓力過高損壞氫分離裝置。裝置中膜片種類、粉 體成分、導入氣體壓力、流速等均可在一定范圍內調節(jié)。整套裝置也可放置在恒溫設備中， 以獲得不同的工作溫度。
腔體，包括內壁的結構見圖2。
權利要求1、一種氫氣分離純化裝置，其結構由氣路系統(tǒng)、腔體和處于腔體內的氫分離純化功能單元構成。其特征是腔體為外腔上蓋和外腔下蓋通過螺栓緊固的貼合著腔體內壁的管狀腔體，管狀腔體的上蓋開有氣體進氣口、剩余氣體出口、多個已提純氣體出口，管狀腔體的上蓋安置著調壓閥，個數(shù)少于或者等于已提純氣體出口個數(shù)的氫分離純化功能單元的內腔導氣管穿過管狀腔體上蓋的已提純氣體出口與腔體外的收集產出氣體的通氣管道連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的氫氣分離純化裝置，其特征是管狀腔體的上蓋安置著兩個調 壓閥。
3、 根據(jù)權利要求1所述的氫氣分離純化裝置，其特征是管狀腔體的上蓋開有五個已提 純氣體出口。
4、 根據(jù)權利要求1所述的氫氣分離純化裝置，其特征是管狀腔體的外腔上蓋和外腔下 蓋的接觸處墊有石墨密封圈。
5、 根據(jù)權利要求1所述的氫氣分離純化裝置，其特征是沒有氫分離純化功能單元的內 腔導氣管穿過的多余已提純氣體出口塞有密封套頭。
6、 根據(jù)權利要求1所述的氫氣分離純化裝置，其特征是功能單元為嵌套式、法蘭密封 結構，由氫分離膜片、環(huán)形腔體、金屬密封圈等形成的中空內腔的導氣管穿過管狀腔體上蓋 的已提純氣體出口與腔體外的收集產出氣體的通氣管道連接。
7、 根據(jù)權利要求1所述的氫氣分離純化裝置，其特征是功能單元為法蘭密封的管束結 構，法蘭上蓋與下環(huán)形腔體以螺栓緊固和刃口密封結合方式形成的中空內腔的導氣管穿過管 狀腔體上蓋的已提純氣體出口與腔體外的收集產出氣體的通氣管道連接。
專利摘要氫分離純化裝置由氣路系統(tǒng)、裝置腔體和數(shù)組裝配在腔內的承擔氫氣分離的功能單元構成。其腔體為外腔上蓋和外腔下蓋通過螺栓緊固的貼合著腔體內壁的管狀腔體，管狀腔體的上蓋開有氣體進氣口、剩余氣體出口、多個已提純氣體出口，管狀腔體的上蓋安置著調壓閥，個數(shù)少于或者等于已提純氣體出口個數(shù)的氫分離純化功能單元的內腔導氣管穿過管狀腔體上蓋的已提純氣體出口與腔體外的收集產出氣體的通氣管道連接。該裝置輕巧、易拆卸、工作參數(shù)可調控、高效，是一個具有很寬工作范圍的高純氫氣供應系統(tǒng)，能夠滿足不同的使用需求。該裝置不僅可以作為一功能器件應用，而且也可應用在氫分離膜材料和氣體擴散動力學等領域的研究上。
文檔編號C01B3/50GK201376897SQ20092014069
公開日2010年1月6日 申請日期2009年4月11日 優(yōu)先權日2009年4月11日
發(fā)明者菲 劉, 周懷營, 姚青榮, 王仲民, 王殿輝 申請人:桂林電子科技大學