一种供氢装置的制造方法与流程
本发明涉及一种供氢装置的制造方法，属于氢气供应领域。
背景技术：
集中供气系统又称中央供气系统，是一种越来越普遍被人们采用的一种供气方式。然而，集中供气系统的压力普遍不是太高，因为绝大多数仪器所需要的气体压力都不是太高，很多时候压力<1mpa就足够使用。另外，对于集中供气而言，由于存在较长的气体管路，低压力供气有利于降低泄漏，有利于安全管理。
但是，某些实验室偶尔需要添置一些使用高压氢气做实验的仪器设备，比如用于储氢材料性能测试的pct装置，其很多时候需要使用10mpa以上压力的高纯氢气。此时就比较麻烦，使用现有低压供氢气路无法达到使用要求，单独为其配备一个高压氢气钢瓶，又存在安全风险，并且还需要保证一定的空间放置，不太方便。或者，在使用的仪器和低压供氢气路之间安装机械式氢气压缩机。但机械式氢气压缩机有如下缺点：
(1)存在运动部件，其密封部件需要定期维护；
(2)有较大的噪音和振动；
(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；
(6)占地空间大。
另外，有时管道集中供氢可能存在氢气中某些杂质成分比标准含量偏高，影响后端用氢分析仪器的测试结果，存在对氢气净化的需要。因此，有必要发展更加有效和使用针对性的供氢装置。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种从市售原材料出发，可高效、低成本生产的供氢装置的制造方法，本发明生产效率高、安全性高、成本低，所获得的供氢装置可以净化氢气，可提供1-20mpa的氢气，无振动噪音，小巧轻便，特别适合实验室仪器供氢使用。
本发明的技术方案如下：
一种供氢装置，主要包括进气盘管、机柜、2个0.5um过滤器、2个止回阀、2个压力表、2个球阀、翅片散热管、安全阀、氢增压罐、热电偶、温控器、硅胶加热套、保温套、硅酸镁纤维球、储氢罐、支架、出气盘管。该供氢装置的制造过程主要包括进/出气盘管的加工、机柜的加工、氢增压罐的加工、储氢罐的加工、支架的加工，以及供氢装置的组装生产。
1、其中，进/出气盘管加工的主要流程为：
①切割5～10米长、外径3mm或者1/8英寸的316/304不锈钢管；
②在规格为t36*6或者t32*6的t型丝杆上，将不锈钢管沿着t型丝杠上的凹槽，从t型丝杆中间开始进行双向盘管，可以确保很高的盘管加工效率，盘管总长为0.5～0.6米；
③将盘管从t型丝杆上旋下，对盘管端面进行平整去毛刺；
④向盘管中通高压蒸馏水，对盘管内壁进行清洗，然后加热烘干，获得进/出气盘管成品备用。
2、机柜加工的主要流程为：
①切割长度为100～300mm的3030铝型材，利用型材角件连接形成机柜的框架，利用型材角件连接可以方便面板的安装和拆卸，对后面的供氢装置组装乃至维修非常有利，同时外观更加规整、美观；
②采用剪切机对1.5mm～2mm厚q235钢板，按机柜不同面大小进行剪切加工，获得不同长宽大小的面板；
③采用冲压机对面板进行冲孔加工获得通风口，风扇孔，螺纹预加工孔；
④对螺纹预加工孔进行攻螺纹；
⑤对面板进行除油、除锈处理；
⑥对面板进行喷漆烘干处理；
⑦将面板与型材角件通过螺丝固定，实现与机柜框架的连接，通风口安置在柜体侧面的上方；
⑧将风扇安装在柜体下方的风扇孔位置，风扇的气流入口朝外，气流出口朝机柜内部，正对储氢罐位置，实现对储氢罐的冷却，以及将柜体内可能存在的氢气通过通风口排出柜体之外，显著提高整个设备的安全性；
⑨将可调地脚通过螺纹连接装在柜体的下方，可显著提高供氢装置整体摆放的平稳度，获得机柜成品备用。铝型材、面板分别同时进行批量加工以减少时间成本。
3、氢增压罐加工的主要流程为：
①按ce0.5la0.5sn0.3ni4.6化学计量比进行99％纯度市售单质金属的切割配料，其中ce，la过量5％，sn过量2％以补偿由于氧化以及后续熔炼挥发所造成的元素损失；
②依次按ni，la，ce，sn的顺序将单质金属块放入真空感应熔炼炉中进行熔化形成合金，每放入一种新元素金属块之前必须确保之前放入的所有金属块已经充分熔化且混合均匀；
③将合金锭冷却，从真空感应炉中取出，放入气淬真空热处理炉中，对放有合金的气淬真空热处理炉腔体进行抽真空，将温度升温至1100℃，保温10小时，停止加热，然后将液氮泵入腔体，实现合金的气淬快冷处理；
④取出合金锭放入密封式破碎机，对合金锭进行机械破碎获得直径<10mm的合金颗粒待用；
⑤对厚度20mm，孔径80-150ppi的市售泡沫铜板进行线切割，获得直径为50-130mm泡沫铜圆片，每片泡沫铜圆片按直径1/3进行纵向切割获得三片月牙形泡沫铜圆片成品，清洗烘干待用；
⑥采用壁厚为0.2-1mm不锈钢板进行冲压加工获得直径为49-129mm，孔径<1mm的筛板成品，清洗烘干待用；
⑦切割外径为60-150mm，长为100-500mm，壁厚为5-10mm的不锈钢管，采用高温旋压工艺将不锈钢管的一头封住，获得不锈钢圆筒；
⑧将不锈钢圆筒卧放，通过开口端在不锈钢圆筒内部下方放入多个月牙形泡沫铜圆片，圆片之间相互紧贴，并且确保最后一块圆片距离不锈钢圆筒开口端有30-50mm的空隙，然后对剩下的空隙送入并填满储氢合金颗粒，填充的过程中多次进行不锈钢圆筒立放、振实以确保储氢合金颗粒充分填满空隙，盖上筛板，塞入石英棉，然后对不锈钢圆筒的开口端进行高温旋压；
⑨氢增压罐的出口端通过氩弧焊焊接长度为200mm，外径为1/8英寸或者3mm的不锈钢管，获得氢增压罐的成品备用。储氢合金粉、不锈钢圆筒，筛板，月牙形泡沫铜圆片分别同时进行批量加工制备以减少时间成本。
4、储氢罐加工的主要流程为：
①从直径为60-120mm的市售6061铝合金棒材上切割长度为100-500mm的铝合金棒；
②采用感应加热预热铝合金棒至温度480-500℃，取出放入模具中；
③利用压力机将压头压入铝合金棒中形成铝合金圆筒；
④对铝合金圆筒进行旋压收口，并攻1/4npt螺纹获得铝合金气瓶；
⑤在厚度为0.2-0.5mm的铝板上冲压获得长为90-450mm，高为40-100mm长方形翅片；
⑥将3-10片这些翅片均匀的，呈辐射状的焊接在铝合金气瓶的柱面上；
⑦清洗，晾干，在铝合金气瓶的螺纹口拧上1/4npt螺纹转1/4卡套管，获得储氢罐的成品备用。铝合金气瓶、翅片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
5、支架加工的主要流程为：
①对市售型号为24*24*1的万能角铁进行切割，获得长度为100-500mm长度的角铁条；
②对网孔规格为30mm的不锈钢焊接钢丝网进行切割，获得长宽范围为100-500mm的钢丝网片待用；
③用这些切割好的角铁条采用螺栓固定，搭建出含有两层平面的角铁架；
④在两层平面上焊接固定上述切割获得的钢丝网，获得支架的成品备用。角铁架、钢丝网片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
6、供氢装置的组装生产主要流程为：
①将硅胶加热套套在氢增压罐的外壁上；
②将热电偶塞入硅胶加热套和氢增压罐外壁间的间隙；
③将保温套套在硅胶加热套的外壁，多余的空隙装入硅酸镁纤维球；
④将储氢罐以横卧的方式通过卡箍固定到支架的第一层钢丝网平面上；
⑤将带有硅胶加热套和保温套的氢增压罐以横卧的方式通过卡箍固定在支架的第二层钢丝网平面上；
⑥将翅片散热管套在氢增压罐出口不锈钢管上，之间的间隙填满导热硅脂以实现氢气的良好散热降温，避免对后端零部件造成高温损伤；
⑦氢增压罐的出口不锈钢管直接与三通卡套的一个端口通过卡套相连，三通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与安全阀的入口通过卡套相连，三通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与第一球阀的出口端通过卡套相连；
⑧第一球阀的进口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与四通卡套的一个端口通过卡套相连，四通卡套的另一个端口与带有1/8英寸或者3mm卡套管的第一压力表直接卡套相连，四通卡套的另一个端口与第一止回阀的出口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管卡套相连，四通卡套的另一个端口与第二止回阀的入口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管卡套相连；
⑨第一止回阀的入口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与第一0.5um过滤器的出口端通过卡套连接；
⑩第二止回阀的出口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与另一个四通卡套的一个端口相连，四通卡套的另一个端口与带有1/8英寸或者3mm卡套管的第二压力表直接卡套相连，四通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与第二的入口端通过卡套相连，四通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与第二0.5um过滤器入口端通过卡套相连；
在使用时，供氢装置的进气盘管与实验室常规低压气源出口相连，供氢装置的出气盘管与用氢分析仪器相连。
本发明的有益效果为：所述供氢装置的制造方法，其流程简单，易实现，可分批批量化生产所涉及的元件，可流水线组装，生产成本低，采用该方法制得的供氢装置具有结构简单，小巧轻便，方便移动，空间利用率高，储氢量大，密封性好，吸放氢速度快，长期使用安全性好，不会产生高压氢气倒流现象，不会由于储氢材料吸氢膨胀而造成氢增压罐体的破裂，不需要通冷却介质，只需要通过风冷就可以保证供氢装置出口氢气的温度是常温，使用成本低，可实现常温低压(25℃，1mpa)下吸氢，在110～120℃之间放氢压力达到20mpa，并且能同时实现氢气的净化。
附图说明
图1为本发明实施例中一种供氢装置结构示意图及其与氢源和分析仪器之间的连接关系；
图2-1为本发明实施例中氢增压罐的结构示意图，
图2-2、2-3为泡沫铜的侧视图、俯视图；
图2-4为筛板俯视图；
图3-1、3-2为本发明实施例中储氢罐的侧视图、俯视图；
图4为本发明实施例中进/出气盘管的加工流程图；
图5为本发明实施例中机柜的加工流程图；
图6为本发明实施例中氢增压罐的加工流程图；
图7为本发明实施例中储氢罐的加工流程图；
图8为本发明实施例中支架的加工流程图；
图9为本发明实施例中供氢装置的组装生产流程图；
图10为本发明实施例中一种用于分析仪器的供氢装置的加热温度与输出压力的关系曲线；
其中：1-实验室常规低压气源、2-进气盘管、3-机柜、3-1-柜体、3-2-通风口、3-3-风扇、3-4-可调地脚、4-(第一)0.5um过滤器、5-(第一)止回阀、6-(第一)压力表、7-(第二)止回阀、8-(第二)压力表、9-(第二)0.5um过滤器、10-(第二)球阀、11-(第一)球阀、12-安全阀、13-翅片散热管、14-氢增压罐、14-1-不锈钢瓶、14-2-储氢合金粉、14-3-泡沫铜、14-4-筛板、14-5-石英棉、15-热电偶、16-温控器、17-硅胶加热套、18-保温套、19-硅酸镁纤维球、20-储氢罐、20-1-气瓶、20-2-翅片、21-支架、22-出气盘管、23-分析仪器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
如图1所示，一种供氢装置，包括：进气盘管2、机柜3、0.5um过滤器4、止回阀5、压力表6、止回阀7、压力表8、0.5um过滤器9、球阀10、球阀11、安全阀12、翅片散热管13、氢增压罐14、热电偶15、温控器16、硅胶加热套17、保温套18、硅酸镁纤维球19、储氢罐20、支架21、出气盘管22、分析仪器23。
如图2所示，供氢装置的氢增压罐，包括不锈钢瓶14-1，储氢合金粉14-2，泡沫铜14-3，筛板14-4，石英棉14-5。
如图3所示，供氢装置的储氢罐，包括气瓶20-1，翅片20-2。
该供氢装置的制造过程主要包括进/出气盘管的加工、机柜的加工、氢增压罐的加工、储氢罐的加工、支架的加工、供氢装置的流水线组装生产。
如图4所示，进/出气盘管加工的主要流程为：
①切割5-10米长，外径3mm或者1/8英寸的316/304不锈钢管；
②在规格为t36*6或者t32*6的t型丝杆上，将不锈钢管沿着t型丝杠上的凹槽，从t型丝杆中间开始进行双向盘管，可以确保很高的盘管加工效率，盘管总长为0.5-0.6米；
③将盘管从t型丝杆上旋下，对盘管端面进行平整去毛刺；
④向盘管中通高压蒸馏水，对盘管内壁进行清洗，然后加热烘干，获得进/出气盘管成品备用。
如图5所示，机柜加工的主要流程为：
①切割长度为100-300mm的3030铝型材，利用型材角件连接形成机柜的框架，利用型材角件连接可以方便面板的安装和拆卸，对后面的供氢装置组装乃至维修非常有利，同时外观更加规整、美观；
②采用剪切机对1.5mm-2mm厚q235钢板，按机柜不同面大小进行剪切加工，获得不同长宽大小的面板；
③采用冲压机对面板进行冲孔加工获得通风口，风扇孔，螺纹预加工孔；
④对螺纹预加工孔进行攻螺纹；
⑤对面板进行除油、除锈处理；
⑥对面板进行喷漆烘干处理；
⑦将面板与型材角件通过螺丝固定，实现与机柜框架的连接，通风口安置在柜体侧面的上方；
⑧将风扇安装在柜体下方的风扇孔位置，风扇的气流入口朝外，气流出口朝机柜内部，正对储氢罐位置，实现对储氢罐的冷却，以及将柜体内可能存在的氢气通过通风口排出柜体之外，显著提高整个设备的安全性；
⑨将可调地脚通过螺纹连接装在柜体的下方，可显著提高供氢装置整体摆放的平稳度，获得机柜成品备用。铝型材、面板分别同时进行批量加工以减少时间成本。
如图6所示，氢增压罐加工的主要流程为：
①按ce0.5la0.5sn0.3ni4.6化学计量比进行99％纯度市售单质金属的切割配料，其中ce，la过量5％，sn过量2％以补偿由于氧化以及后续熔炼挥发所造成的元素损失；
②依次按ni，la，ce，sn的顺序将单质金属块放入真空感应熔炼炉中进行熔化形成合金，每放入一种新元素金属块之前必须确保之前放入的所有金属块已经充分熔化且混合均匀；
③将合金锭冷却，从真空感应炉中取出，放入气淬真空热处理炉中，对放有合金的气淬真空热处理炉腔体进行抽真空，将温度升温至1100℃，保温10小时，停止加热，然后将液氮泵入腔体，实现合金的气淬快冷处理；
④取出合金锭放入密封式破碎机，对合金锭进行机械破碎获得直径<10mm的合金颗粒待用；
⑤对厚度20mm，孔径80-150ppi的市售泡沫铜板进行线切割，获得直径为50-130mm泡沫铜圆片，每片泡沫铜圆片按直径1/3进行纵向切割获得三片月牙形泡沫铜圆片成品，清洗烘干待用；
⑥采用壁厚为0.2-1mm不锈钢板进行冲压加工获得直径为49-129mm，孔径<1mm的筛板成品，清洗烘干待用；
⑦切割外径为60-150mm，长为100-500mm，壁厚为5-10mm的不锈钢管，采用高温旋压工艺将不锈钢管的一头封住，获得不锈钢圆筒；
⑧将不锈钢圆筒卧放，通过开口端在不锈钢圆筒内部下方放入多个月牙形泡沫铜圆片，圆片之间相互紧贴，并且确保最后一块圆片距离不锈钢圆筒开口端有30-50mm的空隙，然后对剩下的空隙送入并填满储氢合金颗粒，填充的过程中多次进行不锈钢圆筒立放、振实以确保储氢合金颗粒充分填满空隙，盖上筛板，塞入石英棉，然后对不锈钢圆筒的开口端进行高温旋压；
⑨氢增压罐的出口端通过氩弧焊焊接长度为200mm，外径为1/8英寸或者3mm的不锈钢管，获得氢增压罐的成品备用。储氢合金粉、不锈钢圆筒，筛板，月牙形泡沫铜圆片分别同时进行批量加工制备以减少时间成本。
如图7所示，储氢罐加工的主要流程为：
①从直径为60-120mm的市售6061铝合金棒材上切割长度为100-500mm的铝合金棒；②采用感应加热预热铝合金棒至温度480-500℃，取出放入模具中；
③利用压力机将压头压入铝合金棒中形成铝合金圆筒；
④对铝合金圆筒进行旋压收口，并攻1/4npt螺纹获得铝合金气瓶；
⑤在厚度为0.2-0.5mm的铝板上冲压获得长为90-450mm，高为40-100mm长方形翅片；
⑥将3-10片这些翅片均匀的，呈辐射状的焊接在铝合金气瓶的柱面上；
⑦清洗，晾干，在铝合金气瓶的螺纹口拧上1/4npt螺纹转1/4卡套管，获得储氢罐的成品备用。铝合金气瓶、翅片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
如图8所示，支架加工的主要流程为：
①对市售型号为24*24*1的万能角铁进行切割，获得长度为100-500mm长度的角铁条；
②对网孔规格为30mm的不锈钢焊接钢丝网进行切割，获得长宽范围为100-500mm的钢丝网片待用；
③用这些切割好的角铁条采用螺栓固定，搭建出含有两层平面的角铁架；
④在两层平面上焊接固定上述切割获得的钢丝网，获得支架的成品备用。角铁架、钢丝网片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
上述进/出气盘管、机柜、氢增压罐、储氢罐、支架分别同时进行批量化生产，以减少时间成本。
如图9所示，供氢装置的组装生产主要流程为：
①将硅胶加热套17套在氢增压罐14的外壁上；
②将热电偶15塞入硅胶加热套17和氢增压罐14外壁间的间隙；
③将保温套18套在硅胶加热套17的外壁，多余的空隙装入硅酸镁纤维球19；
④将储氢罐20以横卧的方式通过卡箍固定到支架21的第一层钢丝网平面上；
⑤将带有硅胶加热套17和保温套18的氢增压罐14以横卧的方式通过卡箍固定在支架21的第二层钢丝网平面上；
⑥将翅片散热管13套在氢增压罐14出口不锈钢管上，之间的间隙填满导热硅脂以实现氢气的良好散热降温，避免对后端零部件造成高温损伤；
⑦氢增压罐14的出口不锈钢管直接与三通卡套的一个端口通过卡套相连，三通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与安全阀12的入口通过卡套相连，三通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与球阀11的出口端通过卡套相连；
⑧球阀11的进口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与四通卡套的一个端口通过卡套相连，四通卡套的另一个端口与带有1/8英寸或者3mm卡套管的压力表6直接卡套相连，四通卡套的另一个端口与一个止回阀5的出口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管卡套相连，四通卡套的另一个端口与另一个止回阀7的入口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管卡套相连；
⑨止回阀5的入口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与0.5um过滤器4的出口端通过卡套连接；
⑩另一个止回阀7的出口端通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与另一个四通卡套的一个端口相连，四通卡套的另一个端口与带有1/8英寸或者3mm卡套管的另一个压力表8直接卡套相连，四通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与另一个球阀10的入口端通过卡套相连，四通卡套的另一个端口通过1/8英寸或者3mm不锈钢管与另一个0.5um过滤器9入口端通过卡套相连；
为测试该供氢装置的性能，将该供氢装置的球阀10和11都设成打开状态，向供氢装置中通入0.8mpa氢气，等待10分钟后，待氢增压罐14中的储氢合金吸氢饱和后，通过温控器依次从低到高设定恒定温度，并通过压力表6测定输出的氢气压力，根据恒定温度和输出的氢气压力值作图可得图10关系图，可以看出该装置的输出压力与加热温度之间呈现指数关系，其在室温下的压力较低，但是在加热到118℃时，其输出压力可以达到20mpa。另外，对供氢装置的入口氢气和出口氢气的成分进行检测，根据中国国家标准gb/t3634.2-2011规定采用氦离子化气相色谱法测定氢气中o2(ar)、n2、co、co2、ch4的含量，根据中国国家标准gb/t5832.3规定采用光腔衰荡光谱法测定氢气中的h2o的含量，其对比结果如表1所示，可以看出该供氢装置具有显著的氢气净化的效果。
表1供氢装置的入口氢气和出口氢气成分对比
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！