一种高压氢气供给装置及其制作方法和使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高压氢气供给装置，包括密闭的内装LaNi5材料的贮氢化学床，与贮氢化学床内空间连接的输出管道，均设置于输出管道上的第一高压阀和压力传感器，包裹该贮氢化学床设置的加热器，以及与加热器连接的温控仪。本发明专利技术由于是采用固体贮氢材料贮氢，既不用贮存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要贮氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使贮存于其中的氢释放出来。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压氢气供给装置及其制作方法和使用方法。
技术介绍
氢气是一种极易燃烧、无色透明的气体，氢气的密度非常小，只有空气的1/14，氢气是相对分子质量最小的物质。氢气特殊的物理和化学性质决定了氢气具有广泛而特殊的用途。氢气在生活中可以作为轻介质充入气球使得气球飞起来，在工业上可以做高能燃料，作为动力火箭的推进剂，并且，氢气也是重要的化工原料，用来合成氨工业。随着新技术的发展，氢气的应用将更加广泛和重要。随着氢气用途的不同，对氢气的技术要求也不一样，比如氢气纯度、氢气压力、温度等。通常情况下，氢气被罐装在氢气瓶（40L、10L、8L等）中，通过氢气减压阀进行输出使用，从而实现高压氢气的供给。但是罐装在氢气瓶中的氢气压力一般﹤15MPa，所以最大的氢气供给压力不超过15MPa。如果需要更高压力（>15MPa）的氢气源，一般通过气体增压泵或气体压缩机将较低压力的氢气增压到较高的压力，氢气压力达到几十甚至数百兆帕。但是气体增压泵的造价和成本较高，通常用于加氢站或高端科研领域，很难普及使用。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种能够在不同条件下大量、快速和高效地释放氢气的高压氢气供给装置。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种高压氢气供给装置，包括密闭的内装LaNi5材料的贮氢化学床，与贮氢化学床内空间连接的输出管道，均设置于输出管道上的第一高压阀和压力传感器，包裹该贮氢化学床设置的加热器，以及与加热器连接的温控仪。进一步地，所述输出管道上还设有过滤器。进一步地，所述输出管道上还连接有一供给支路和一真空支路，所述供给支路上设有第二高压阀，所述真空支路上设有第三高压阀。具体地，所述压力传感器连接于该输出管道与共计支路和真空支路的连接处。优选地，所述加热器为电阻丝加热方式的电炉，加热范围为室温～600℃。基于上述构造，本专利技术还提供了该高压氢气供给装置的制作方法，包括如下步骤：（10）将所述高压氢气供给装置连接后进行检漏；（11）关闭第三高压阀，打开第一高压阀和第二高压阀，由供给支路向贮氢化学床内充氦气，观察所述压力传感器变化至30MPa时，关闭第二高压阀，停止充氦；（12）采用氦质谱检漏仪对所述高压氢气供给装置检漏，当整体漏率低于1×10-9Pa•m3s-1时进行下一步；（20）对所述贮氢化学床内的LaNi5材料进行活化；（21）将真空泵连接于真空支路，打开第三高压阀，用真空泵对贮氢化学床进行冷抽，排出其内空气；（22）调节所述温控仪，使加热器以5℃/min的升温速率将贮氢化学床加热至400℃，加热同时用真空泵继续抽真空至真空度低于5Pa；（23）调节温控仪，将贮氢化学床降至室温，同时关闭第三高压阀，在供给支路连接氢源，打开第二高压阀，向贮氢化学床内充入氢气，直至LaNi5材料吸氢达到饱和，其中，所述氢源的供给压力为2MPa。具体地，所述步骤（21）中，冷抽时间不小于3小时，冷抽后贮氢化学床内真空度低于5Pa。进一步地，所述步骤（21）~（23）重复至少两次。为了体现本专利技术的有点，本专利技术还提供上述高压氢气供给装置的使用方法，包括如下步骤：（A）按照上述高压氢气供给装置的制作方法将所述贮氢化学床内的LaNi5材料充氢活化；（B）在需要使用氢气时，关闭第一、第二、第三高压阀，将供给支路与需要使用氢气的容器或管道连通，然后调节温控仪，使加热器将贮氢化学床加热至设定温度，同时观察压力传感器的压力，当压力传感器指示压力大于所需压力时，缓慢打开第一、第二高压阀，将氢气输出。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术利用固体状态的材料贮氢，其体积浓度大于液氢，贮氢后的浓度LaNi5H6比高压钢瓶贮氢安全，比液氢安全，成本低，并可解决长期储存和安全运输的问题，贮氢材料放出的氢气纯度可达99.9999%，而且本专利技术构思巧妙，结构简单，使用方便，具有广泛的应用前景，适合推广应用。（2）本专利技术由于是采用固体贮氢材料贮氢，既不用贮存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要贮氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使贮存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充放电一样，是一种简便易行的贮氢方式。（3）贮氢合金材料的吸放氢压力随温度的升高成对数关系升高，在常温下吸入较低压力的普通氢气，在较高温度下则可释放出高压高纯度氢气。根据这一原理，还可制成兼有净化与压缩双重功能的无运动件高压高纯氢压缩器。（4）LaNi5是一种常温下具有较高吸氢能力的贮氢材料，它是非核材料，没有放射性，氢化物的最大化学计量为LaNi5H6，LaNi5贮氢密度约为175ml/g。室温下，LaNi5饱和吸氢时的平衡离解压稍高于大气压，约为0.2MPa，中等温度下有较高的平衡离解压。本专利技术可以根据LaNi5贮氢材料在不同温度下的平衡离解压给研究对象提供特定压力的氢气，系统可根据需要选择LaNi5贮氢化学床加热温度，使用方便，安全性好。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例如图1所示，该高压氢气供给装置，包括密闭的内装LaNi5材料的贮氢化学床1，与贮氢化学床内空间连接的输出管道2，均设置于输出管道上的第一高压阀3和压力传感器4，包裹该贮氢化学床设置的加热器5，与加热器连接的温控仪6，连接于输出管道上的过滤器7。其中，所述输出管道上还连接有一供给支路8和一真空支路10，所述供给支路上设有第二高压阀9，所述真空支路上设有第三高压阀11。具体地，所述压力传感器连接于该输出管道与共计支路和真空支路的连接处。优选地，所述加热器为电阻丝加热方式的电炉，加热范围为室温～600℃。基于上述构造，本专利技术还提供了该高压氢气供给装置的制作方法，包括如下步骤：（10）将所述高压氢气供给装置连接后进行检漏；（11）关闭第三高压阀，打开第一高压阀和第二高压阀，由供给支路向贮氢化学床内充氦气，观察所述压力传感器变化至30MPa时，关闭第二高压阀，停止充氦；（12）采用氦质谱检漏仪对所述高压氢气供给装置检漏，当整体漏率低于1×10-9Pa•m3s-1时进行下一步；（20）对所述贮氢化学床内的LaNi5材料进行活化；（21）将真空泵连接于真空支路，打开第三高压阀，用真空泵对贮氢化学床进行冷抽，排出其内空气；（22）调节所述温控仪，使加热器以5℃/min的升温速率将贮氢化学床加热至400℃，加热同时用真空泵继续抽真空至真空度低于5Pa；（23）调节温控仪，将贮氢化学床降至室温，同时关闭第三高压阀，在供给支路连接氢源，打开第二高压阀，向贮氢化学床内充入氢气，直至LaNi5材料吸氢达到饱和，其中，所述氢源的供给压力为2MPa。具体地，所述步骤（21）中，冷抽时间不小于3小时，冷抽后贮氢化学床内真空度低于5Pa。进一步地，所述步骤（21）~（23）重复至少两次。为了体现本专利技术的有点，本专利技术还提供上述高压氢气供给装置的使用方法，包括如下步骤：（A）按照上述高压氢气供给装置的制作方法将所述贮氢化学床内的LaNi5材料充氢活化；（B）在需要使用氢气时，关闭第一、第二、第三高压阀，将供给支路与需要使用氢气的容器或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压氢气供给装置，其特征在于，包括密闭的内装LaNi5材料的贮氢化学床，与贮氢化学床内空间连接的输出管道，均设置于输出管道上的第一高压阀和压力传感器，包裹该贮氢化学床设置的加热器，以及与加热器连接的温控仪。

【技术特征摘要】
1.一种高压氢气供给装置，其特征在于，包括密闭的内装LaNi5材料的贮氢化学床，与贮氢化学床内空间连接的输出管道，均设置于输出管道上的第一高压阀和压力传感器，包裹该贮氢化学床设置的加热器，以及与加热器连接的温控仪。2.根据权利要求1所述的高压氢气供给装置，其特征在于，所述输出管道上还设有过滤器。3.根据权利要求1所述的高压氢气供给装置，其特征在于，所述输出管道上还连接有一供给支路和一真空支路，所述供给支路上设有第二高压阀，所述真空支路上设有第三高压阀。4.根据权利要求3所述的高压氢气供给装置，其特征在于，所述压力传感器连接于该输出管道与共计支路和真空支路的连接处。5.根据权利要求1所述的高压氢气供给装置，其特征在于，所述加热器为电阻丝加热方式的电炉，加热范围为室温～600℃。6.如权利要求1～5任一项所述的高压氢气供给装置的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：（10）将所述高压氢气供给装置连接后进行检漏；（11）关闭第三高压阀，打开第一高压阀和第二高压阀，由供给支路向贮氢化学床内充氦气，观察所述压力传感器变化至30MPa时，关闭第二高压阀，停止充氦；（12）采用氦质谱检漏仪对所述高压氢气供给装置检漏，当整体漏率低于1×10-9Pa•m3s-1时进行下一步；（20）对所述贮氢化学床内的LaNi5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志，胡俊，殷雪峰，姜飞，周帅，陈克琳，安永涛，陈军，喻彬，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51