專利名稱：儲氫罐活化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氫氣儲存技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種儲氫罐活化裝置的制造技術(shù)。
儲氫合金表面通常有一層氧化物膜或其他雜質(zhì)，往往阻礙了儲氫合金的正常吸放氫，因此儲氫材料一般要經(jīng)過活化處理才能達(dá)到它的正常儲氫量。裝滿了儲氫材料的儲氫罐也需經(jīng)過活化裝置的活化處理才能使儲氫罐達(dá)到正常的儲氫量。因此活化裝置是儲氫罐產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵設(shè)備。
目前，儲氫罐活化裝置一般采用單個(gè)管路和手動閥，屬于實(shí)驗(yàn)室裝置，操作繁瑣，操作時(shí)間長，一個(gè)儲氫罐的活化通?；ㄙM(fèi)6～20小時(shí)，無法滿足大批量儲氫罐生產(chǎn)的要求。
本實(shí)用新型儲氫罐活化裝置采用耐真空的中壓電磁閥置入不銹鋼氣體管路，用氣體流量計(jì)測量流量并積分，由于質(zhì)量流量計(jì)只能測量室溫的氣體，因而考慮了氣體冷卻裝置。用機(jī)械泵、分子泵預(yù)先抽氣體管路的空氣，減少儲氫罐中氧的含量，加速活化速度，采用循環(huán)水(油)方法使儲氫罐吸氫時(shí)恒定在設(shè)定溫度，采用液位控制器控制浴槽的液位，放氫時(shí)關(guān)閉出水(油)閥并用溫度控制器控制溫度在30～150℃范圍。為了滿足設(shè)備的安全和使用安全，每組的氣體電磁閥、水(油)電磁閥、加熱控制器、液位控制器與水(油)泵、真空機(jī)組、真空電磁閥、溫度傳感器、液位傳感器、真空度、壓力相互之間的聯(lián)系和運(yùn)作采用PLC控制，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，提高效率。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案儲氫罐活化裝置，由氣源、熱交換裝置、真空裝置、控制裝置構(gòu)成，其連接結(jié)構(gòu)和方式為氣源通過管道、電磁閥與連接儲氫罐的活接頭相連，連接儲氫罐的活接頭通過管道、電磁閥與真空裝置相連接；安置儲氫罐位置有熱交換裝置；控制器通過電路和電磁閥、真空裝置、熱交換裝置相連接；實(shí)現(xiàn)電磁閥的開與關(guān)、管道抽真空和儲氫罐與外部的熱交換。
本實(shí)用新型還可以采用如下技術(shù)措施上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是儲氫罐和與之相連接的電磁閥、相配套的熱交換裝置為數(shù)組。
上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是儲氫罐通過管道、電磁閥，經(jīng)冷卻器、質(zhì)量流量計(jì)再與真空裝置相連接。質(zhì)量流量計(jì)配有顯示積分儀，冷卻器是為冷卻釋放時(shí)氫氣，保證質(zhì)量流量計(jì)在適宜的條件下工作，從而使流時(shí)積分顯示儀準(zhǔn)確顯示并積分上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是氣源為連有匯流排的高壓氫氣瓶或高純氫氣發(fā)生器。
上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是活化后放出氫氣的管道與高純氫氣發(fā)生器相連接。
上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是真空裝置由機(jī)械泵和分子泵構(gòu)成。
上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是真空裝置裝有測量真空度用的熱電偶規(guī)管和電離真空計(jì)。
上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是熱交換裝置為水或油浴槽，浴槽裝配有液位控制器、溫度控制器、加熱器及冷卻循環(huán)裝置。儲氫罐為數(shù)個(gè)時(shí)，儲氫罐可單獨(dú)配置浴槽或合并配置浴槽；浴槽可單配冷卻循環(huán)裝置或合并使用冷卻循環(huán)裝置。
上述的儲氫罐活化裝置，其特點(diǎn)是氣體電磁閥、水或油電磁閥、真空裝置、溫度控制器、液位控制器、熱電偶規(guī)管和電離真空計(jì)通過電路與PLC控制器相連。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.采用耐真空的中壓電磁閥以及不銹鋼管路，系統(tǒng)可耐壓6MPa，因此活化過程中充氫壓力可高達(dá)6MPa，可滿足各種類型的儲氫合金的活化需要；2.設(shè)置了多個(gè)不銹鋼管路，相互間用電磁閥隔離，與儲氫罐相連的接頭≥1個(gè)，一次可同時(shí)活化多個(gè)儲氫罐；3.引入了質(zhì)量流量計(jì)，可以測量儲氫罐的放氫速率和儲氫量；4.電磁閥門、真空機(jī)組、加熱的控制采用邏輯編程控制，安全性好，自動化程度高。
總之，新型實(shí)用儲氫罐活化裝置一次活化多個(gè)儲氫罐，自動化程度高，單人操作，成本低，裝置安全性好，同時(shí)具備了測量儲氫罐放氫流量曲線，廣泛地應(yīng)用于燃料電池儲氫罐的活化工序和測試，滿足氫能源時(shí)代燃料電池儲氫罐的生產(chǎn)需求。
圖2是本實(shí)用新型以氫氣發(fā)生器為氣源連接結(jié)構(gòu)示意圖。
活化裝置采用5只高壓瓶氫氣氣源1，通過匯流排2中的減壓閥3使高壓氣體的壓力變成小于6MPa，且通過精密壓力表來顯示。氣源管道經(jīng)閥門4分為10條分支管路，每支管路均裝有耐真空的(≤6MPa，耐真空)中壓電磁閥門5、25，裝有氣體冷卻器6和質(zhì)量流量計(jì)7，質(zhì)量流量計(jì)7連有積分顯示儀8，中壓電磁閥門5、25之間通過管道連接儲氫罐23，儲氫罐23安置于水浴槽22中，水浴槽22配有溫度和液位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。10條分支管道匯總后與真空電磁閥9和排空電磁閥26相連，真空電磁閥9與真空機(jī)組機(jī)械泵10、分子泵11相連接，真空機(jī)組裝配有熱電偶規(guī)管13和電離真空計(jì)12。水浴槽22裝有溫度傳感器19、溫度控制器20、加熱器21，液位探頭14、液位控制器15及冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷卻循環(huán)系統(tǒng)由管道連接電磁閥24、水箱18、水泵17、電磁閥16構(gòu)成。管道28并排的10條分支管道與管道27并排的10組儲氫罐水浴槽對應(yīng)相連接。各組的電磁閥5、25，顯示積分儀8，溫度傳感器19，溫度控制器20，液位探頭14，液位控制器15，電磁閥16、24，水泵17以及真空電磁閥9，機(jī)械泵10，分子泵11，熱電偶規(guī)管13、電離真空計(jì)12，電磁閥26與PLC電腦(圖中未標(biāo)識)數(shù)據(jù)輸入或信號輸出相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集或信號輸出控制。
機(jī)械泵10、分子泵11要對整個(gè)氣體管路和儲氫罐23抽真空。開啟真空電磁閥9通過機(jī)械泵10預(yù)抽真空至10Pa，然后用分子泵11抽高真空＜5×10-2Pa，分別以熱電偶規(guī)管13、電離真空計(jì)12測量高、低真空度。管道27并排著由氣體電磁閥、氣體冷卻器、質(zhì)量流量計(jì)組成的10支路。
熱交換裝置采用水浴槽22水浴儲氫罐23使活化和放氫的溫度滿足最佳的條件。水浴槽22裝有加熱器21、液位探頭14、鉑電阻溫度傳感器19，由不銹鋼焊接而成。浴槽空間Φ150×330，采用液位控制器，保持設(shè)定的液位。通過溫度傳感器19、溫度控制器20將溫度恒定在放氫所需的溫度。
室溫循環(huán)水是這樣形成的，開啟與水箱18連接的水泵17，以液位控制系統(tǒng)控制液位使每組電磁閥16、24動作。
每組溫度控制系統(tǒng)有鉑電阻溫度傳感器19、溫度控制器20及加熱器21等。鉑電阻溫度傳感器19探測溫度，信號傳給電腦采集，電腦輸出信號給溫度控制20，溫度控制器20控制加熱器21，使溫度保持在設(shè)定溫度。加熱時(shí)，關(guān)閉電磁閥24，打開16，打開水泵17，使液位達(dá)到設(shè)定的高度并保持。
每組液位控制系統(tǒng)有液位探頭14、液位控制器15和電磁閥16、24。當(dāng)探頭14探測到液位有變化時(shí)，將信號傳給電腦，電腦輸出信號給控制器15控制電磁閥16、24和水泵17，使液面保持設(shè)定的高度。
管道28并排著由水電磁閥、水泵組成的管路可以形成的10條支路與管道27并排相連的10個(gè)水浴槽相連。每個(gè)水浴槽裝有同樣的溫度傳感器、溫度控制器、加熱器和液位探頭、液位控制器。
測量和控制系統(tǒng)是對上述的氣源、水浴諸參數(shù)的測量和調(diào)節(jié)控制。測量部分有氣體壓力、水浴溫度、瞬時(shí)流量和積分流量及真空度。
每組的氣體電磁閥5、25、26，積分顯示儀8，水位探頭14，液位控制器15，溫度傳感器19，溫度控制器20，與總的水泵17、真空機(jī)組機(jī)械泵10、分子泵11、熱電偶規(guī)管13、電離真空計(jì)12、真空電磁閥9與總控制器相連接，總控制器采用PLC對各部件進(jìn)行控制。
PLC控制分為抽真空、充氣和放氣三個(gè)階段，具體過程見以下。
一、抽真空階段1.啟動電源，關(guān)閉24、打開水泵17檢測浴槽中的水位；2.打開溫控儀20，開始加熱，打開電磁閥5、25、9，當(dāng)浴槽溫度到t℃，計(jì)時(shí)T時(shí)間，等待真空壓力到0.05Pa；3.開真空泵10、檢測真空度；4.當(dāng)真空度小于10Pa時(shí)，打開分子泵11；5.當(dāng)真空度到0.05Pa時(shí)，關(guān)25、9、真空檢測電源、分子泵11、關(guān)真空泵10。
二、充氣階段1.供氫壓力4Mpa；2.延時(shí)10分鐘，關(guān)閉溫控儀加熱；3.浴槽循環(huán)室溫水，延時(shí)1.5小時(shí)，關(guān)閉5。
三、放氣階段1.溫控儀加熱2.浴槽溫度到t℃，打開氣體冷卻泵6，打開電磁閥26；3.流量積算儀8積分流量；4.流量和流量積分?jǐn)?shù)據(jù)采集于計(jì)算機(jī)，處理成放氫速率曲線，記錄儲氫罐容量。
實(shí)施例2參照附圖
2，儲氫罐活化裝置有①氣源供給、②熱交換裝置、③真空系統(tǒng)、④測量和控制系統(tǒng)、⑤數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)五大部分組成。
氣源為中壓高純氫氣發(fā)生器1，氣源管道通過電磁閥2后分為6組分支管路。6組分支管路裝有耐真空的(≤6MPa，耐真空)中壓電磁閥門3和4、10和11、16和17、22和23、28和29、34和35；其中5組分支管路裝有冷卻水泵6，氣體冷卻器7、13、19、25、31，質(zhì)量流量計(jì)8、14、20、26、32和相連的積分顯示儀9、15、21、27、33，中壓電磁閥門3和4、10和11、16和17、22和23、28和29之間通過活接頭連接儲氫罐5、12、18、24、30，中壓電磁閥門34和35之間通過活接頭并排連接5個(gè)儲氫罐36、37、38、39和40(附圖中未標(biāo)識儲氫罐)。6組分支管道匯總后與真空磁閥41和排氣電磁閥46相連，真空電磁閥41與真空機(jī)組機(jī)械泵42、分子泵43相連接，真空機(jī)組裝配有熱電偶規(guī)管44和電離真空計(jì)45。電磁閥46通過管道與氫氣發(fā)生器1相連接，使氫氣循環(huán)使用。儲氫罐安置于油浴槽中，油浴槽裝配有溫度、液位調(diào)節(jié)控制器和冷卻循環(huán)系統(tǒng)。熱交換裝置油浴槽的結(jié)構(gòu)、連接方式以及油溫、液位控制、冷卻循環(huán)裝置同實(shí)施例1(附圖中未標(biāo)識熱交換裝置)。電磁閥2、3、4、10、11、16、17、22、23、28、29、34、35、41、46，顯示積分儀9、15、21、27、33，熱交換裝置中的溫度傳感器、溫度控制器、液位探頭、液位控制器、電磁閥、油泵以及真空機(jī)械泵42，分子泵43，熱電偶規(guī)管44、電離真空計(jì)45與PLC電腦(圖中未標(biāo)識)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集或信號輸出控制。
本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)PLC控制的儲氫罐抽真空、充氫氣和放氣三個(gè)工藝過程，達(dá)到儲氫罐活化的目的。本實(shí)例具有所述的一次活化多個(gè)儲氫罐，自動化程度高，成本低，裝置安全性好等積極效果。
權(quán)利要求1.儲氫罐活化裝置，由氣源、熱交換裝置、真空裝置、控制裝置構(gòu)成，其特征在于氣源通過管道、電磁閥與連接儲氫罐的活接頭相連，連接儲氫罐的活接頭通過管道、電磁閥與真空裝置相連接；安置儲氫罐位置有熱交換裝置；控制器通過電路和電磁閥、真空裝置、熱交換裝置相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于儲氫罐和與之相連接的電磁閥、相配套的熱交換裝置為數(shù)組。
3.按照權(quán)利要求1所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于儲氫罐通過管道、電磁閥，經(jīng)冷卻器、質(zhì)量流量計(jì)再與真空裝置相連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于氣源為連有匯流排的高壓氫氣瓶或高純氫氣發(fā)生器。
5.按照權(quán)利要求4所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于活化后放出氫氣的管道與高純氫氣發(fā)生器相連接。
6.按照權(quán)利要求1所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于真空裝置由機(jī)械泵和分子泵構(gòu)成。
7.按照權(quán)利要求6所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于真空裝置裝有測量真空度用的熱電偶規(guī)管和電離真空計(jì)。
8.按照權(quán)利要求1-7所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于熱交換裝置為水或油浴槽，浴槽裝配有液位控制器、溫度控制器、加熱器及冷卻循環(huán)裝置。
9.按照權(quán)利要求8所述的儲氫罐活化裝置，其特征在于氣體電磁閥、水或油電磁閥、真空裝置、溫度控制器、液位控制器、熱電偶規(guī)管和電離真空計(jì)通過電路與PLC控制器相連。
專利摘要儲氫罐活化裝置屬于氫氣儲存技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型由氣源、熱交換裝置、真空裝置、控制裝置構(gòu)成。氣源通過管道、電磁閥與連接儲氫罐的活接頭相連，連接儲氫罐的活接頭通過管道、電磁閥、經(jīng)冷卻器、質(zhì)量流量計(jì)再與真空裝置相連接；儲氫罐和與之相連接的電磁閥、相配套的熱交換裝置為1組或數(shù)組。安置儲氫罐位置有熱交換裝置；控制器通過電路和電磁閥、真空裝置、熱交換裝置相連接，實(shí)現(xiàn)電磁閥的開與關(guān)、儲氫罐的抽真空和儲氫罐與外部的熱交換。本實(shí)用新型具有一次活化多個(gè)儲氫罐，自動化程度高，操作簡便，成本低，裝置安全性好的特點(diǎn)；同時(shí)可測量繪制儲氫罐的容量和不同溫度下的放氫速率，廣泛應(yīng)用于燃料電池儲氫罐的活化和測試。
文檔編號F17C11/00GK2531231SQ0220937
公開日2003年1月15日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者沈國迪, 黃岳祥, 孫元明 申請人:天津海藍(lán)德能源技術(shù)發(fā)展有限公司