[发明专利]高压高纯热充氢装置

说明书

本发明涉及一种采用充氢材料的充氢装置。

金属材料在制造过程中（如冶炼、酸洗、热处理、电解或电镀等）中吸收较多量的氢或者在含氢环境（如氢、硫化氢、氯化氢或各种碳氢化合物等）中使用时，经常出现性能的变化，主要表现为塑性降低，称为“氢脆”，研究氢对各种金属材料性能的影响及其机理是材料科学中一个重要课题，将金属材料放置在不同温度，不同压力的氢中一定时间，使氢进入材料内部，然后取出进行各种测试是研究材料氢性能的方法之一，高压高纯热充氢装置就是对材料进行充氢所使用的专用设备，对该装置的主要要求是：（1）氢的纯度要高，一般要求99.999%到99.9999%;（2）达到一定压力，根据需要，由几个大气压至几百个大气压不等。

目前国外采用的装置，多为用瓶装氢经催化、分子筛吸附或低温吸附以达到纯化的目的，再用模压机加压到要求的压力，这种方法的缺点是：

（1）氢的纯度最高只能达到99.999%;

（2）纯化系统复杂，维持低温要消耗很多能量;

（3）膜压机噪音大，整个系统庞大昂贵、易泄漏、维修困难，运转费用高，利用钯管炉纯化虽然可以达到99.9999%的纯度，但效率很低，而且在随后的加压过程中不可避免地产生二次污染，加压后需再次纯化。

为解决以上之不足，本发明的目的提供一种高压高纯热充氢装置，它利用化学反应的原理，达到对氢气同时纯化与加压的目的，免去了纯化和加压装置，有效的解决了贮氢和用氢的问题。

本发明的技术方案是这样设计的：本发明的结构由高纯氢源釜、高温高压充氢釜，两个或多个常温高压充氢釜以及各釜之间的连接管路所组成，附设配有真空机组和电气控制部分（如图1～4所示）。具体结构是高纯氢原釜是充氢装置中的核心部件，它要利用储氢材料LaNl₅的可逆吸氢的氢反应（LaNl₅+3H₂＝LaNl₅H₆）平衡压力的温度效应（LnPH₂＝A+-）和选择吸收特性（只大量吸氢，而氢中杂质则富集于LaNl₅颗粒表面和间隙中，放氢时被首先排出），使氢的纯化与加压一步完成。高纯氢源釜外面由釜体、釜盖、内部有加热炉，顶部有压力表，热电偶、引出管和过滤器组成，釜内装有LaNl₅17.5公斤（其结构由图1所示）。高压氢源釜中间装有LaNl₅，外面为加热炉，由电气控制加温，釜内装有热电偶，在其上盖的出口加有过滤器，同时装有压力表;高温高压充氢釜与高纯氢源釜相近连接，充氢釜内不放LaNl₅材料，有加温装置，有压力接口与外面相通;两上常温高压充氢釜，只有管路与氢源釜相通，其中高温高压充氢釜和两具常温高压充氢釜都以管路与高纯氢源釜相连，各自带有控制阀门，常温高压充氢釜根据压力或用途的不同可连接两个或多个。

其工作过程：高纯氢源釜装入LaNl₅后，先投真空，再通入压力为10～100kgf/cm²的瓶装氢，使LaNl₅吸氢饱和（约180ml H₂/gLaNl₅）。然后放出10%的氢，使杂质气体排出，高压充氢釜装入准备充氢的样品后抽真空，氢源釜升温到所需的温度，使氢压达到予定数值后，将氢输入高压充氢釜，开始对样品充氢，每次实验完毕后将氢源釜冷却，其中的LaNl₅可以反复使用。

氢源釜的顶盖有二个φ8的孔，配有过滤器，以防止放氢时LaNl₅粉末随气流带出。氢气压力是通过控制LaNl₅的温度来调节的，在加热前将氢源釜排出10%的氢是保证氢的纯度达到99.9999%的必要条件。

本发明与国外技术相比有如下优点：靠材料LaNl₅的选择吸气特性，故不需要净化装置，靠控制LaNl₅的温度调节压力，故不需压缩机，氢的纯度可达99.9999%，无噪声、结构简单、耗能少等优点。

本发明高压高纯热充氢装置的详细结构由以下实施例及附图给出。

图1为高压高纯热充气装置的结构原理图。

其结构由图1知，（a）为高纯氢源釜、（b）为高温高压充氢釜、（c）、（d）为常温高压充氢釜。高纯氢源釜结构由（a）知，（1）为高纯氢源釜;（2）为釜内之吸氢材料LaNl₅，（3）为釜内加热炉，与外面电器联接实行温度控制，（4）为过滤器，防止LaNl₅放氢时跑掉，（5）为热电偶，测试釜内温度，提供给外部设备，（6）为压力表，以便运行时监测;（b）高温高压充氢釜，其结构与（a）相同，只不过釜内不填有LaNl₅材料和加过滤器，（c）、（d）和（b）相比，（c）、（d）又不加加热炉，在常温高压下工作，（a）、（b）、（c）、（d）之间由管路（7）直接连接，各自加有阀门。