一种纯化装置及其装配方法

技术领域

本发明涉及水电解制氢的技术领域，具体而言，涉及一种纯化装置及其装配方法。

背景技术

常温常压下，氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的质量只有空气的1/14，即在0℃时，一个标准大气压下，氢气的密度为0.0899g/L，所以氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体，氢气是相对分子质量最小的物质，主要用作还原剂。

电解水制氢所制取出来的氢气含有少量的氧气和水，进入纯化器的氢气称为原料气。纯化的目的就是通过触媒剂除去原料气中的氧，通过干燥剂吸附除去水，纯化后的氢气称为产品气。

目前在电解水制氢气的工艺过程中，由于受到原料水内杂质、出氢带水汽等的影响，排出的氢气中会夹带着部分水汽、氧气、氮气和二氧化碳等杂质，为提高氢气的纯度和品质，通常需要对其进行脱水工艺和纯化工艺，其中纯化工艺包括除氧、干燥、冷却、过滤等一系列流程，由于现有的纯化装置在对氢气进行干燥时，为提高干燥效率，通常会设置多个干燥罐，在现有结构中，在对干燥管进行装配时，需要逐一连接管道再进行固定，工作繁琐复杂，费时费力。

发明内容

基于此，为了解决的问题，本发明提供了一种纯化装置及其装配方法，其具体技术方案如下：

一方面，一种纯化装置，包括铝材框架和设置在铝材框架上的氢气干燥部件；所述氢气干燥部件包括若干干燥罐，所述干燥罐的顶部和底部设有连接块；所述铝材框架包括两竖向框架以及连接两竖向框架的连接框架，所述竖向框架设有第一铝材、第二铝材以及连接第一铝材和第二铝材的竖直铝材；所述第一铝材的下侧和所述第二铝材的上侧设有定位件，所述连接块上设有适配所述定位件的定位槽，所述干燥罐通过所述定位件与所述定位槽的配合而安装在所述第一铝材和所述第二铝材之间。

上述纯化装置，通过将竖直铝材连接第一铝材和第二铝材连接成竖向框架，然后将干燥罐卡接在第一铝材和第二铝材之间，从而组装成氢气干燥部件，利用预装铝材框架先固定干燥罐再逐一连接管道，避免采用固定夹具固定干燥罐来进行连接管道后再固定安装的重复动作，省时省力。

进一步地，所述氢气干燥部件还包括输入管和输出管，所述干燥罐设有与输入管连通的进气连接口和与输出管连通的出气连接口；所述输入管和输出管固定安装在所述连接框架上。

进一步地，所述的若干干燥罐分为交替使用的第一干燥组和第二干燥组；所述干燥罐内包括设有吸附物质的吸附区，所述吸附物质用于吸附氢气中的水蒸气；所述干燥罐设有第三连接口，所述第三连接口用于将对吸附物质进行加热，去除吸附物质中的水分。

进一步地，所述氢气干燥部件还包括套装在所述输出管上的安装套管和密封套，所述安装套管上设有用于与所述出气连接口连接的连接端口；所述密封套的外圈与所述安装套管接触连接，内圈与所述输出管接触连接。

进一步地，还包括除氧部件和冷却部件；所述除氧部件设有输出口，所述输出口通过法兰结构与输入管连通；所述冷却部件设有输入口，所述输入口通过法兰结构与输出管连通；所述法兰结构包括第一法兰、密封圈和第二法兰，所述第一法兰上设有第一安装凹槽，所述第二法兰上设有第二安装凹槽，所述第一安装凹槽与第二安装凹槽靠合并形成安装槽，所述密封圈设置在安装槽，所述密封圈内设有形变空腔。

进一步地，所述法兰结构的外侧缠绕有氢敏变色检测胶带。

另一方面，一种纯化装置的装配方法，包括以下步骤：

利用紧固件将第一铝材、第二铝材预装在竖向铝材上；

将若干干燥罐固定安装在第一铝材和第二铝材之间，扭紧紧固件；

将两组干燥罐组通过连接框架连接固定。

其中，将干燥罐的出气连接口与安装套管的连接端口连接；

将输出管穿插到安装套管上。

其中，根据输出管的特征尺寸和装配尺寸，计算出冷缩尺寸，选用冷冻剂和计算冷冻时间；

将安装套管固定在连接框架上；

使输出管冷缩后，立即同心穿插到安装套管内。

其中，将输出管穿插到安装套管后，在输出管的管端焊接第一法兰；

利用法兰结构实现输出管与冷却部件的密封连接；

在法兰结构上缠绕氢敏变色检测胶带。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明一实施例所述氢气干燥部件的结构示意图一；

图2是本发明一实施例所述氢气干燥部件的结构示意图二；

图3是本发明一实施例所述纯化装置的结构示意图；

图4是本发明一实施例所述纯化装置的结构剖视图；

图5是本发明一实施例所述氢气干燥部件的结构示意图三；

图6是图4中E处的结构放大图；

图7是图4中F处的结构放大图；

图8是图5中G处的结构放大图。

附图标记说明：

1-铝材框架；2-氢气干燥部件；3-除氧部件；4-冷却部件；5-法兰结构；

11-竖向框架；12-连接框架；

110-定位件；111-第一铝材；112-第二铝材；113-竖直铝材；

21-干燥罐；22-输入管；23-输出管；24-安装套管；25-密封套；

241-连接端口；

201-进气连接口；202-出气连接口；203-第三连接口；

204-第一干燥组；205-第二干燥组；

210-定位槽；211-连接块；

51-第一法兰；52-密封圈；53-第二法兰；54-氢敏变色检测胶带。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1和图2、图5、图8所示，本发明一实施例中的一种纯化装置，包括铝材框架1和设置在铝材框架1上的氢气干燥部件2；氢气干燥部件2包括若干干燥罐21，干燥罐21的顶部和底部设有连接块211；铝材框架1包括两竖向框架11以及连接两竖向框架11的连接框架12，竖向框架11设有第一铝材111、第二铝材112以及连接第一铝材111和第二铝材112的竖直铝材113；第一铝材111的下侧和第二铝材112的上侧设有定位件110，连接块211上设有适配定位件110的定位槽210，干燥罐21通过定位件110与定位槽210的配合而安装在第一铝材111和第二铝材112之间。

上述纯化装置，通过将竖直铝材113连接第一铝材111和第二铝材112连接成竖向框架11，然后将干燥罐21卡接在第一铝材111和第二铝材112之间，从而组装成氢气干燥部件2，利用预装铝材框架1先固定干燥罐21再逐一连接管道，避免采用固定夹具固定干燥罐21来进行连接管道后再固定安装的重复动作，省时省力。

如图8所示，在一种实施方式中，干燥罐21的顶部和底部设有弹性压扣结构，弹性压扣结构包括插杆和套接在插杆上的弹簧，插杆与干燥罐21固定连接，插杆的杆头设有限位部，连接块211上设有适配插杆的套接腔，套接腔设有与弹簧适配的定位凸缘，弹簧的一端顶压限位部，另一端顶压定位凸缘。如此，利用弹簧的弹性力使连接块211远离干燥罐21，使定位件110与定位槽210配合从而定位；同时，通过用力顶压弹簧，使定位件110从定位槽210中脱离，从而达到快速安装的效果，省时省力。

在其中一个实施例中，氢气干燥部件2还包括输入管22和输出管23，干燥罐21设有与输入管22连通的进气连接口201和与输出管23连通的出气连接口202；输入管22和输出管23固定安装在连接框架12上。如此，通过连接框架12来固定输入管22和输出管23，安装简单，结构紧凑。

在其中一个实施例中，的若干干燥罐21分为交替使用的第一干燥组204和第二干燥组205；干燥罐21内包括设有吸附物质的吸附区，吸附物质用于吸附氢气中的水蒸气；干燥罐21设有第三连接口203，第三连接口203用于将对吸附物质进行加热，去除吸附物质中的水分。具体的，干燥罐21设有第三连接口203处设有开关阀，通过控制开关阀实现第一干燥组204和第二干燥组205的交替使用。

在一种实施方式中，吸附物质为活性氧化铝，活性氧化铝具有表面积大，吸附能力强的特点，与大部分气体和蒸汽不发生反应且无毒。在正常情况下，活性氧化铝吸收水分后能够通过加热去除水分，是活性氧化铝再生。具体的，活性氧化铝吸附水分后通过加热后使水分蒸发变成水汽，水汽通过第三连接口203排出，后续经过冷凝器冷却，然后通过汽水分离器和自动排水装置将水外排。

如图4和图7所示，在其中一个实施例中，氢气干燥部件2还包括套装在输出管23上的安装套管24和密封套25，安装套管24上设有用于与出气连接口202连接的连接端口241；密封套25的外圈与安装套管24接触连接，内圈与输出管23接触连接。具体的，输出管23与安装套管24过盈配合。如此，通过安装套管24与出气连接口202连接，进而利用密封套25保证密封效果。

在一种实施方式中，安装套管24套装在输出管23后进行焊接密封。如此，利用密封套25和焊接层进行双重密封，便于实现更好的密封效果。

如图3和图4、图6所示，在其中一个实施例中，还包括除氧部件3和冷却部件4；除氧部件3设有输出口，输出口通过法兰结构5与输入管22连通；冷却部件4设有输入口，输入口通过法兰结构5与输出管23连通；法兰结构5包括第一法兰51、密封圈52和第二法兰53，第一法兰51上设有第一安装凹槽，第二法兰53上设有第二安装凹槽，第一安装凹槽与第二安装凹槽靠合并形成安装槽，密封圈52设置在安装槽，密封圈52内设有形变空腔。如此，利用密封圈52的形变空腔来变形从而实现密封连接，便于实现密封连接。

在其中一个实施例中，法兰结构5的外侧缠绕有氢敏变色检测胶带54。氢敏变色检测胶带54的具体性能参考CN111662650A，氢敏变色检测胶带54固定简单方便，可视化表示方式简单直观，可通过局部变色指示泄漏点位置，弥补了压力损耗氢泄漏检测检漏点定位能力有限、难以发现细小泄漏的缺点。

如图6所示，在一种实施方式中，氢敏变色检测胶带54的外侧设有透明塑料夹套。由于该胶带的粘持力与剥离力较小，不能很好地与法兰结构5粘合，容易导致准确率下降的问题。具体的，透明塑料夹套为U字型结构，法兰结构5上设有卡槽，U字型结构的卡臂上设有与卡槽适配的卡凸位。如此，通过透明塑料夹套的卡凸位卡接到法兰结构5的卡槽内，利用夹持力对氢敏变色检测胶带54进行固定。

本发明一实施例中的一种纯化装置的装配方法，包括以下步骤：

S1、利用紧固件将第一铝材、第二铝材预装在竖向铝材上；

S2、将若干干燥罐固定安装在第一铝材和第二铝材之间，扭紧紧固件；

S3、将两组干燥罐组通过连接框架连接固定。

S4、将干燥罐的出气连接口与安装套管的连接端口连接；

S5、将输出管穿插到安装套管上。

S51、根据输出管的特征尺寸和装配尺寸，计算出冷缩尺寸，选用冷冻剂和计算冷冻时间；

S52、将安装套管固定在连接框架上；

S53、使输出管冷缩后，立即同心穿插到安装套管内。其中，利于密封套和焊接层再进行双重密封，密封效果好。

S6、将输出管穿插到安装套管后，在输出管的管端焊接第一法兰；

S7、利用法兰结构实现输出管与冷却部件的密封连接；

S8、在法兰结构上缠绕氢敏变色检测胶带。如此，利用氢敏变色检测胶带的检测效果，能够快速检测到氢气泄漏位置。

如此，通过将干燥罐固定安装在第一铝材和第二铝材之间组装成干燥罐组，然后再进行二次组装，组装方便，便于提高装配效率；同时，通过将输出管冷缩就穿插到安装套管上，装配过盈而保证两者之间的密封效果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。