一种简易氢气单级增压净化灌装系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及氢气回收灌装领域，特别是一种简易氢气单级增压净化灌装系统及其使用方法。该系统包括市售低压氢气瓶、第一球阀、第一压力传感器、第一止回阀、高压容器、安全阀、第一测温传感器、第二测温传感器、球形复合储氢材料、电加热棒、过滤器、第二压力传感器、第二止回阀、第二球阀、市售低压氢气瓶、循环冷水系统、电磁阀、喷淋装置、托盘、控制系统、自来水龙头等部件，其工作流程主要分为降温吸氢和升温放氢两个过程。本发明专利技术具有通用性强，安全高效，操作简易方便，占地少，调节方便，增压的同时可净化氢气，无运转部件，无磨损，噪声低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种简易氢气单级增压净化灌装系统及其使用方法
本专利技术涉及氢气回收灌装领域，特别是一种简易氢气单级增压净化灌装系统及其使用方法。
技术介绍
氢气在工农业生产过程有广泛应用，目前市场上大量使用的纯氢(体积浓度99.99％)、高纯氢(体积浓度99.999％)都是满瓶压力13MPa左右，容积为40L的钢瓶供应的。在使用这些钢瓶氢气的过程中，为保证再次充装的安全性，国家标准(GB4962-2008，氢气使用安全技术规程)规定，不得将氢气瓶内的气体用尽，瓶内至少保留0.15MPa(绝压)以上的压力，以防止空气进入气瓶。但是实际中往往由于压力达不到下游仪器设备规定的数值，很多退回气站的氢气钢瓶压力达到0.5MPa以上，甚至更高，这对于用户来讲是一种浪费，没有发挥出最大的经济效益。本专利技术提出通过对氢气增压的方式实现低压氢气钢瓶的残余氢对高压氢气钢瓶的回收灌装。但是，目前市场上所能提供的都是机械式氢气压缩机。这些机械式氢气压缩机存在如下缺点：(1)存在运动部件，需要定期维护；(2)有噪音；(3)存在污染排放；(4)在油蒸气的作用下会降低氢气纯度；(5)能耗高，运行成本高。因此，有必要发展更加有效和使用针对性的氢气压缩系统。
技术实现思路
为了克服机械式氢气压缩机存在的需要定期维护、有噪音、存在污染排放、降低氢气纯度等缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于金属氢化物的安全、高效、结构紧凑、输出氢气纯度高的简易氢气单级增压净化灌装系统及其使用方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，该系统的低压氢气瓶通过螺纹和球头气嘴与第一球阀入口直接相连，第一球阀出口通过三通分别与第一压力传感器和第一止回阀入口相连，第一止回阀出口通过不锈钢管与高压容器的入口相连；高压容器上装有安全阀，安全阀的出口通过塑料软管通向室外；高压容器内部装有球形复合储氢材料，电加热棒被放置在高压容器的水平轴线位置；高压容器的中间和下表面分别放置第一测温传感器和第二测温传感器；高压容器的出口通过不锈钢管与过滤器入口相连，过滤器的出口通过三通分别与第二压力传感器和第二止回阀的入口相连；第二止回阀的出口与第二球阀的入口相连，第二球阀的出口直接通过螺纹和球头气嘴与高压氢气瓶的气嘴相连；该系统的循环冷水系统通过塑料软管与电磁阀入口相连，电磁阀出口通过塑料软管与喷淋装置相连，喷淋装置的下方与高压容器相对应，高压容器的下方与托盘相对应，托盘通过塑料软管与循环冷水系统相连。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，第一测温传感器、第二测温传感器、电加热棒、第一压力传感器、第二压力传感器、循环冷水系统以及电磁阀，分别通过电缆与控制系统相连。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，低压氢气瓶中的氢气为体积纯度≥99.99％、0.15MPa<压力<2MPa的、经使用后再也不能被仪器设备继续使用的残余氢气；高压氢气瓶中的氢气为体积纯度≥99.99％、2MPa<压力<13MPa、仍被仪器设备继续使用的氢气。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，球形复合储氢材料包含La-Ce-Ni-Al储氢合金、气相SiO2、石墨粉；其中，所用La-Ce-Ni-Al储氢合金在5℃时的吸氢平台压为0.12MPa，而且在150℃时的放氢平台压为14.5MPa，并且具有极低的滞后系数；该La-Ce-Ni-Al储氢合金在吸放氢过程中会产生新鲜表面，新鲜表面吸附氢气中的杂质气体，使氢气的纯度能够进一步提升。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，过滤器的过滤精度为0.5um。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，循环冷水系统内部包含有配套使用的水箱、蒸发器、冷凝器、压缩机，其中水箱上装有液位传感器，水箱通过内部电磁阀与自来水龙头相连，当水箱液位偏低时，打开内部电磁阀，向水箱中补充自来水；水箱中还装有温度传感器，测试冷却水的温度；循环冷水系统在5～20℃范围进行温度调节，获得不同温度的冷却水。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，控制系统带有触摸屏，显示高压容器中心位置的温度和高压容器下表面的温度，显示循环冷水系统中水箱的温度，并且显示这三个位置温度的历史变化曲线；通过控制系统的触摸屏设定循环冷却水的温度，控制系统通过PID控制算法实现对循环冷水系统制冷功率的控制；通过控制系统的触摸屏设定电加热棒的加热温度，控制系统通过PID控制算法实现电加热棒的加热功率的控制，加热控温时所依据的温度为放置于高压容器下表面的第二测温传感器所测的温度；控制系统实现对高压容器的降温和升温循环交替的控制，从而实现低压氢气瓶对高压氢气瓶的增压灌装；通过控制系统的触摸屏对降温吸氢的持续时间和升温放氢的持续时间进行设定，以保证储氢材料有足够长的时间吸氢饱和和脱氢充分。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，当高压容器内部压力>15MPa时，安全阀自动打开，完成泄压；当第一压力传感器的压力值<0.16MPa，整个增压罐装过程结束，该系统停止工作，即电加热棒停止加热、电磁阀恢复到默认的关闭状态。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，当通过电加热棒进行加热时，控制系统使电磁阀处于关闭状态，从而冷却水通路被截断，避免造成高压容器的表面降温；当通过喷淋装置对高压容器进行冷却时，控制系统停止对电加热棒供电以停止加热。所述的简易氢气单级增压净化灌装系统的使用方法，简易氢气单级增压净化灌装系统的工作流程分为降温吸氢和升温放氢两个过程；其中，(1)降温吸氢包括以下流程：控制系统发出指令打开电磁阀，循环冷水机中的冷却水进入喷淋装置中，冷却水从喷淋装置中的喷嘴喷出，并且喷射在高压容器的表面，对其进行冷却，使高压容器的温度迅速降低；随着高压容器内部温度的降低，球形复合储氢材料开始吸氢，导致高压容器内部的氢气压力随之降低；当高压容器中的氢气压力低于低压氢气瓶的压力时，第一止回阀自动打开，氢气由低压氢气瓶中流入高压容器中，高压容器内的球形复合储氢材料持续吸氢，当第一压力传感器的压力值在1分钟内的变化<0.05MPa时，即认为高压容器已吸氢饱和；控制系统由此发出指令关闭电磁阀，喷淋装置停止喷冷却水，高压容器吸氢结束；(2)升温放氢包括以下流程：控制系统发出指令启动电加热棒，实现对高压容器的加热，控制系统根据第二测温传感器的温度值和PID算法实时自动调整电加热棒的加热功率，随着加热的进行，高压容器的内部温度不断升高，高压容器内部的球形复合储氢材料开始增压脱氢，高压容器的氢气压力也随之不断升高；当高压容器的氢气压力大于低压氢气瓶的压力时，第一止回阀自动关闭，防止高压容器的氢气回流到低压氢气瓶中，当高压容器的氢气压力大于高压氢气瓶的压力时，第二止回阀自动打开，氢气由高压容器进入高压氢气瓶中；随着高压容器的持续放氢，当第二压力传感器的压力值在1分钟内变化<0.05MPa时，即认为高压容器已经脱氢充分；控制系统由此发出指令停止电加热棒继续加热，高压容器的内部温度逐渐，随之氢气压力也逐步降低；当高压容器的氢气压力低于高压氢气瓶的氢气压力时，第二止回阀自动关闭，以避免高压氢气瓶中氢气回流到高压容器中；此时，高压容器的升温放氢过程结束。本专利技术的设计思本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，该系统的低压氢气瓶通过螺纹和球头气嘴与第一球阀入口直接相连，第一球阀出口通过三通分别与第一压力传感器和第一止回阀入口相连，第一止回阀出口通过不锈钢管与高压容器的入口相连；高压容器上装有安全阀，安全阀的出口通过塑料软管通向室外；高压容器内部装有球形复合储氢材料，电加热棒被放置在高压容器的水平轴线位置；高压容器的中间和下表面分别放置第一测温传感器和第二测温传感器；高压容器的出口通过不锈钢管与过滤器入口相连，过滤器的出口通过三通分别与第二压力传感器和第二止回阀的入口相连；第二止回阀的出口与第二球阀的入口相连，第二球阀的出口直接通过螺纹和球头气嘴与高压氢气瓶的气嘴相连；该系统的循环冷水系统通过塑料软管与电磁阀入口相连，电磁阀出口通过塑料软管与喷淋装置相连，喷淋装置的下方与高压容器相对应，高压容器的下方与托盘相对应，托盘通过塑料软管与循环冷水系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，该系统的低压氢气瓶通过螺纹和球头气嘴与第一球阀入口直接相连，第一球阀出口通过三通分别与第一压力传感器和第一止回阀入口相连，第一止回阀出口通过不锈钢管与高压容器的入口相连；高压容器上装有安全阀，安全阀的出口通过塑料软管通向室外；高压容器内部装有球形复合储氢材料，电加热棒被放置在高压容器的水平轴线位置；高压容器的中间和下表面分别放置第一测温传感器和第二测温传感器；高压容器的出口通过不锈钢管与过滤器入口相连，过滤器的出口通过三通分别与第二压力传感器和第二止回阀的入口相连；第二止回阀的出口与第二球阀的入口相连，第二球阀的出口直接通过螺纹和球头气嘴与高压氢气瓶的气嘴相连；该系统的循环冷水系统通过塑料软管与电磁阀入口相连，电磁阀出口通过塑料软管与喷淋装置相连，喷淋装置的下方与高压容器相对应，高压容器的下方与托盘相对应，托盘通过塑料软管与循环冷水系统相连。2.根据权利要求1所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，第一测温传感器、第二测温传感器、电加热棒、第一压力传感器、第二压力传感器、循环冷水系统以及电磁阀，分别通过电缆与控制系统相连。3.根据权利要求1所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，低压氢气瓶中的氢气为体积纯度≥99.99％、0.15MPa<压力<2MPa的、经使用后再也不能被仪器设备继续使用的残余氢气；高压氢气瓶中的氢气为体积纯度≥99.99％、2MPa<压力<13MPa、仍被仪器设备继续使用的氢气。4.根据权利要求1所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，球形复合储氢材料包含La-Ce-Ni-Al储氢合金、气相SiO2、石墨粉；其中，所用La-Ce-Ni-Al储氢合金在5℃时的吸氢平台压为0.12MPa，而且在150℃时的放氢平台压为14.5MPa，并且具有极低的滞后系数；该La-Ce-Ni-Al储氢合金在吸放氢过程中会产生新鲜表面，新鲜表面吸附氢气中的杂质气体，使氢气的纯度能够进一步提升。5.根据权利要求1所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，过滤器的过滤精度为0.5um。6.根据权利要求1所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，循环冷水系统内部包含有配套使用的水箱、蒸发器、冷凝器、压缩机，其中水箱上装有液位传感器，水箱通过内部电磁阀与自来水龙头相连，当水箱液位偏低时，打开内部电磁阀，向水箱中补充自来水；水箱中还装有温度传感器，测试冷却水的温度；循环冷水系统在5～20℃范围进行温度调节，获得不同温度的冷却水。7.根据权利要求2所述的简易氢气单级增压净化灌装系统，其特征在于，控制系统带有触摸屏，显示高压容器中心位置的温度和高压容器下表面的温度，显示循环冷水系统中水箱的温度，并且显示这三个位置温度的历史变化曲线；通过控制系统的触摸屏设定循环冷却水的温度，控制系统通过PID控制算法实现对循环冷水系统制冷功率的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：程宏辉，徐林华，王葵葵，刘晶晶，颜庆云，吴瑛，严凯，陈东雷，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32