[发明专利]一种内循环变压吸附式氢气净化器

说明书

技术领域

本发明属于气体净化技术领域，特别涉及一种用于纯水电解制取氢气的内循环变压吸附式氢气净化器。

背景技术

随着空气污染问题日益严峻与气体纯度要求的不断提高，作为能够吸附，分解或转化气体污染物，有效提高气体清洁度的气体净化器成了眼下“热门电器”，从无到有，从有到成为热门电器，表明了这几年气体净化设备的发展之迅速，前景之良好。

氢能作为一种清洁、高效能源载体，被寄予厚望。氢气在化工、电子、科研、能源、特种烧结、检验检疫、发电机冷却等领域有广泛的用途；电解纯水制氢技术也是世界各国大型制氢设备的主流技术。但是此工艺获得的氢气含水量较高，随压力的不同其纯度只能达到99.5%-99.9%。杂质的主要成分是水汽，由此制约了纯水电解氢气的直接应用。

目前市场上空气净化器产品品种很多，但采用的净化原理基本上都是活性炭技术、臭氧技术、紫外线技术，再配以各种催化、分解方法（如光触媒）。如专利“一种环保型空气净化器”（201220001110.6）这种净化器在工作时污染物直接堆积在过滤装置上，会影响过滤效果。如专利“空气净化器”（201610347746.9）其提出调节有效净化空间，采用内外空气循环来排除过滤物且安装方便的空气净化器。

有利用吸附分子筛的变压吸附方式对电解纯水获取的氢气进行变压吸附纯化的氢气净化器，其净化工艺结构简单，效能明显，在1.5Mpa压力下，能使纯水电解后的氢气纯度达到99.999%以上。

图1展示了市场现有产品中利用吸附分子筛变压吸附方式的氢气净化器的结构示意图，其原理是两个缸内都装有吸附分子筛，一个缸在吸收气体中的杂质实施净化时，另一个缸利用已经净化的高纯气体吹除自身已吸附的杂质实施再生，两缸功能按一定时序反复切换。 以上循环按程序设定的时间间隔（约15分钟）反复进行循环动作。

但是以上结构的净化器存有较大缺陷：再生气体的用量过大。产气速率为33.3升/分钟的氢气发生器，要用12.3升/分钟的高纯氢来吹除再生缸中的杂质。其用气量达到高纯气体生成总量的37%，能量消耗也达到设备总能耗的37%，大量的氢气作为废气排放，随之带来的是防爆措施的较大投入和现场人员的谨慎处置。现有传统设备存在的缺陷：高纯氢气气体使用消耗量大，废气氢气产气量大等弊端。

发明内容

本发明的目的是，克服了现有传统设备的高纯氢气气体使用消耗量大，废气氢气产气量大等缺陷，提供了一种内循环变压吸附式氢气净化器，实现了降低废气氢气产生量，实现高纯氢气气体内循环使用。

本发明是采用以下的技术方案来实现的：

一种内循环变压吸附式氢气净化器，包括在原料氢气输入端和高纯氢气输出端之间的管线上并列布置的第一吸附净化缸和第二吸附净化缸，所述第一吸附净化缸在原料氢气输入端后的管线上串联设置有第一电磁阀，在高纯氢气输出端前的管线上串联设置有第一单向阀；

所述第二吸附净化缸在原料氢气输入端后的管线上串联设置有第三电磁阀，在高纯氢气输出端前的管线上串联设置有第二单向阀；在第一吸附净化缸、第一单向阀之间和第二吸附净化缸、第二单向阀之间的管线上连有节流阀；所述第一吸附净化缸和第二吸附净化缸分别通过第四电磁阀和第二电磁阀连接气水分离器，气水分离器连接废气排放管路和活塞缸，所述活塞缸通过推拉连杆连接连杆驱动器，所述第一吸附净化缸和第二吸附净化缸分别通过第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀、第七单向阀、第八单向阀分别独立连接气水分离器和活塞缸。

优选的，在第一电磁阀和第三电磁阀后、原料氢气输入端前的管线上串联有第一阻火器；所述废气排放管路上设有第九单向阀；在第一单向阀和第二单向阀后、高纯氢气输出端前的管线上依次串联有背压阀、减压阀、手动阀、第二阻火器；所述气水分离器的排水口管线上设有排水阀。

优选的，第一吸附净化缸和第二吸附净化缸按“吸附净化”和“脱附再生”的工作状态交替轮换，15分钟切换；小气量的已纯化高纯气体通过节流阀的流量控制通入脱附再生缸，脱附再生缸排出的气体经第二电磁阀或第四电磁阀进入气水气水分离器，气水分离器内的气体一部分经第九单向阀放空，另一部分通过第三单向阀或第四单向阀进入活塞缸；活塞缸内的活塞运动挤压排出的气体经过第五单向阀、第六单向阀整流后再经过第七单向阀或第八单向阀返回脱附再生缸。

优选的，脱附再生缸内的气流是恒定的低压力大流速，其流速与净化缸内的最大气体流速之比为1.2:1。