一种带膨胀节的氢气分离器制造技术

一种带膨胀节的氢气分离器，该分离器包括腔体、锥形密封件、压紧环、密封材料和金属弹片；在腔体中间设置膨胀节，在腔体两端设置与锥形密封件相配合的锁紧螺母；在锥形密封件内设置密封腔和渐扩管式气体缓冲腔，在密封腔的底部设置斜面；将管状氢气分离材料的一端插入锥形密封件的密封腔，则在密封腔和氢气分离材料间限定一个环形间隙，在环形间隙内填充密封材料；管状氢气分离材料位于锥形密封件的轴线上，锥形密封件通过密封材料、压紧环和金属弹片连接管状氢气分离材料，并与腔体两端的锁紧螺母通过螺纹螺合连接将管状氢气分离材料封装在腔体内。本发明专利技术解决了高温或升降温过程中，管状氢气分离材料与不锈钢分离器腔体之间因热膨胀系数不同而导致的拉力问题，消除了高温使用过程中，热膨胀对密封性能的破坏，保持密封性能的稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带膨胀节的氢气分离器，具体地，是管状陶瓷基氢气分离材料穿套于带膨胀节的腔体内，于管状陶瓷基氢气分离材料二端分别依次穿套金属弹片、压紧环、石墨垫圈；二个锥形密封件通过螺纹螺合连接将管状陶瓷基氢气分离材料封装在腔体内，组成氢气分离器，该分离器具有管状氢气分离材料易于更换，结构简单，操作方便，节约成本等优点，特别适用于中小规模氢气分离与纯化。
技术介绍
随着电子信息、半导体和LED制造等产业的迅速发展，促进了对超纯氢气(纯度>99.9999％)的需求量日益增加(陈自力等，多晶硅生产中氢气的来源与净化,低温与特气,30(2012)21-23)，同时对氢气分离与纯化技术提出了更高要求。氢的分离提纯技术主要有:变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)、深冷分离和膜分离。与变压吸附、变温吸附和深冷分离相比，膜分离因具有投资少、设备简单、能耗低、易于操作、不污染环境等特点而被广泛应用，该技术尤其适用于中小规模氢气分离与纯化。可用于氢气分离与纯化的膜材料有聚合物膜、分子筛膜、碳膜、二氧化锆膜、二氧化钛膜和金属钯及其合金膜等，其中金属钯及其合金膜由于具有透氢性好、选择性高和耐高温的特性，在氢气分离与纯化应用中备受关注。目前，已商业化的生产超纯氢的技术几乎全部是金属钯及其合金膜纯化技术，由于受机械强度等限制，钯膜厚度一般在100μm左右，不仅透氢量小，而且制造成本高。为了克服这一缺点，人们提出将金属钯膜负载于多孔支撑体表面的技术路线(S.Uemiya,APalladium/Porous-GlassCompositeMembraneforHydrogenSeparation.ChemistryLetters,17(1988)1687-1690)，这种钯复合膜即可保持很高的机械强度，又可将钯膜厚度降至5-10μm，因此透氢量有了极大的提高，而且明显降低了钯膜的制造成本。用作支撑体的材料有多孔金属、多孔陶瓷和多孔玻璃等，而多孔陶瓷以其优异的化学稳定性、热稳定性以及广泛的市场来源而应用最广。对于纯钯/陶瓷复合膜，在低于300℃时与H2接触会发生氢脆现象，破坏钯膜，因此采用钯膜进行氢气分离时，其工作温度一般要求高于300℃，这必然会涉及到钯/陶瓷复合膜的高温密封问题。通常陶瓷管件与金属管线之间较为常用的连接方式是机械连接(顾玉熹等，陶瓷与金属的连接，化学工业出版社，2010),即通过接头、螺纹、法兰、卡套等来实现陶瓷管件的密封及与其它部件的连接，具有简单易行、成本低、拆卸方便的优点。然而，陶瓷材料的热膨胀系数低，在25-700℃时的热膨胀系数约为7～8×10-6K-1(电气电子绝缘技术手册，机械工业出版社，2008，P482)；不锈钢在25-700℃时的热膨胀系数为18.6×10-6K-1(金属材料手册，化学工业出版社，2009)，二者热膨胀系数相差很大，采用机械连接方式直接将陶瓷材料与不锈钢密封时，在高温或升降温过程必将产生热膨胀不匹配的问题。为了减缓在高温使用时陶瓷管件与金属密封造成的热膨胀差异，人们提出了各种办法，如：黄等(黄彦，胡小娟，陈卫东.一种适用于高温条件的管接头卡套，中国专利CN101440901A，01,2006)采用卡套密封的方式，分别将陶瓷材料两端密封，之后将其中一端与密封器连接，另一端自由伸缩，这种方式可以消除热膨胀的差异，但结构不够紧凑且需要三次密封连接，增加了气体泄漏的机会；徐等(徐恒泳，李春林，唐春华，一种多通道金属钯或钯合金复合膜氢气分离器，中国专利CN101642684A，02.2010；徐恒泳，唐春华，集预热和换热于一体的多通道金属钯复合膜氢气分离装置，中国技术专利，CN203379783U，01.2014)采用金属弯管等连接在钯膜组件的一端，然后将钯膜组件采用焊接的方式密封在分离器腔体内，通过金属弯管等的伸缩有效地缓冲了钯/陶瓷复合膜管与金属密封处在热膨胀时产生的应力，该分离器结构保证了接口的密闭性，但也导致分离器制造相对繁琐、钯/陶瓷复合膜不容易更换、且分离器腔体不能反复使用的问题。黄等(黄彦，查钦来，胡小娟.一种陶瓷管件的高温密封器，中国专利技术专利，CN102979981A,03.2013)采用热膨胀系数与陶瓷材料相接近的定膨胀合金材料制造密封器腔体，结合卡套法对陶瓷管件进行密封连接，有效地解决了高温或频繁升降温环境中陶瓷余密封腔体之间产生的热膨胀应力问题，但因为定膨胀合金材料的成本很高，这必然导致该密封器的制造成本增加。而将金属膨胀节与分离器腔体相结合，将是一个解决热膨胀应力释放的可行方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是，克服现有氢气分离器在高温使用时存在的缺陷，而提供一种带膨胀节的氢气分离器，将管状氢气分离材料封装在带膨胀节的分离器腔体内，并采用卡套法密封连接管状氢气分离材料，在高温下，分离器腔体和管状氢气分离材料之间的热膨胀差异通过膨胀节得以消除，从而保证管状氢气分离材料在高温或升降温过程中保持性能稳定。本专利技术采用的技术方案为：一种带膨胀节的氢气分离器，包括腔体、锥形密封件、压紧环、密封材料和金属弹片，腔体为二端开口的圆筒状结构，其开口端的内壁面沿径向向外扩张，形成一段带内螺纹的圆环形接口，圆环形接口的径向截面面积大于腔体中部的径向截面面积，沿径向方向上于圆环形接口与腔体连接处形成一环形平面；锥形密封件一端为二端开口的、中空的圆锥台形渐扩管，锥形密封件另一端为二端开口的、带外螺纹的圆筒状密封腔，密封腔的径向截面面积大于渐扩管的下底面面积，渐扩管的下底面与密封腔一开口端通过一圆锥台形密封腔固接，密封腔固接的上底面与渐扩管的下底面面积相等，密封腔固接的下底面与密封腔的径向截面面积相等；管状氢气分离材料穿套于腔体内，管状氢气分离材料与腔体同轴；于管状氢气分离材料二端分别依次穿套圆环形金属弹片、压紧环、圆环形密封材料；二个锥形密封件的圆筒状密封腔通过螺纹螺合连接在腔体的两圆环形接口处；金属弹片与环形平面接触，圆环形密封材料与圆锥台形密封腔接触；于所述的腔体中部设置有波纹管膨胀节；波纹管膨胀节将腔体分成左右二部份，波纹管膨胀节与腔体同轴。本专利技术将管状氢气分离材料封装在带膨胀节的分离器腔体内，在高温下，分离器腔体和管状氢气分离材料之间的热膨胀差异通过膨胀节得以消除，从而使得氢气分离材料在高温或升降温过程中保持性能稳定。分离器腔体中部设置的膨胀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带膨胀节的氢气分离器，其特征在于：包括腔体、锥形密封件、压紧环、密封材料和金属弹片，腔体为二端开口的圆筒状结构，其开口端的内壁面沿径向向外扩张，形成一段带内螺纹的圆环形接口，圆环形接口的径向截面面积大于腔体中部的径向截面面积，沿径向方向上于圆环形接口与腔体连接处形成一环形平面；锥形密封件一端为二端开口的、中空的圆锥台形渐扩管，锥形密封件另一端为二端开口的、带外螺纹的圆筒状密封腔，密封腔的径向截面面积大于渐扩管的下底面面积，渐扩管的下底面与密封腔一开口端通过一圆锥台形密封腔固接，密封腔固接的上底面与渐扩管的下底面面积相等，密封腔固接的下底面与密封腔的径向截面面积相等；管状氢气分离材料穿套于腔体内，管状氢气分离材料与腔体同轴；于管状氢气分离材料二端分别依次穿套圆环形金属弹片、压紧环、圆环形密封材料；二个锥形密封件的圆筒状密封腔通过螺纹螺合连接在腔体的两圆环形接口处；金属弹片与环形平面接触，圆环形密封材料与圆锥台形密封腔接触；于所述的腔体中部设置有波纹管膨胀节；波纹管膨胀节将腔体分成左右二部份，波纹管膨胀节与腔体同轴。

【技术特征摘要】
1.一种带膨胀节的氢气分离器，其特征在于：包括腔体、锥形密
封件、压紧环、密封材料和金属弹片，腔体为二端开口的圆筒状结构，
其开口端的内壁面沿径向向外扩张，形成一段带内螺纹的圆环形接
口，圆环形接口的径向截面面积大于腔体中部的径向截面面积，沿径
向方向上于圆环形接口与腔体连接处形成一环形平面；锥形密封件一
端为二端开口的、中空的圆锥台形渐扩管，锥形密封件另一端为二端
开口的、带外螺纹的圆筒状密封腔，密封腔的径向截面面积大于渐扩
管的下底面面积，渐扩管的下底面与密封腔一开口端通过一圆锥台形
密封腔固接，密封腔固接的上底面与渐扩管的下底面面积相等，密封
腔固接的下底面与密封腔的径向截面面积相等；管状氢气分离材料穿
套于腔体内，管状氢气分离材料与腔体同轴；于管状氢气分离材料二
端分别依次穿套圆环形金属弹片、压紧环、圆环形密封材料；二个锥
形密封件的圆筒状密封腔通过螺纹螺合连接在腔体的两圆环形接口
处；金属弹片与环形平面接触，圆环形密封材料与圆锥台形密封腔接
触；于所述的腔体中部设置有波纹管膨胀节；波纹管膨胀节将腔体分
成左右二部份，波纹管膨胀节与腔体同轴。
2.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于：所述膨胀节为单
式轴向型膨胀节。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐恒泳，李春林，唐春华，侯守福，祁晨琛，孟繁琼，
申请(专利权)人：大连华海制氢设备有限公司，中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21