一种流变式氢气提纯装置

1.本发明涉及氢气提纯技术领域，具体为一种流变式氢气提纯装置。


背景技术：

2.氢气提纯是在氢气混合物中分离出高纯度氢气的过程，氢气常见的杂质主要包括氧气、水、二氧化碳、甲烷、硫化氢等。为了提高氢气的纯度和生产效果，必须通过合适的方法去除这些杂质。流变式氢气提纯，是通过物质在特定条件下的流变特性，利用物质的物理或化学性质实现氢气分离和纯化。
3.现有技术对氢气混合物的提纯过程中，利用氢气分子的粒径较小，通过分子膜对氢气分子进行筛选，从而滤除多数氢气混合物，对氢气进行提纯，大量的分子流动容易对分子膜的表面造成拥堵，影响了氢气分子的快速通过，降低了氢气提纯的效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种流变式氢气提纯装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种流变式氢气提纯装置，包括筛分塔、回收机构、除杂机构和冷却磁场；
7.所述筛分塔的内部设置有回收机构，所述筛分塔的顶部设置有除杂机构，所述筛分塔的外壁设置有冷却磁场，所述冷却磁场包括第一磁场和第二磁场，所述第一磁场和第二磁场关于筛分塔的水平中线对称分布。
8.所述筛分塔包括罐体，所述罐体的顶部与除杂机构相连接，所述罐体的外壁设置有入料管，所述罐体的内壁设置有螺旋叶板，所述罐体的内部设置有分子膜，所述分子膜设置为圆筒形，所述分子膜的外壁与螺旋叶板相连接，所述入料管与罐体的内壁相切。将氢气混合物通过入料管注入罐体中，氢气混合物通过螺旋叶板的引导，使得氢气混合物顺着罐体的内壁螺旋转动，氢气混合物注入罐体中的速度相同，使得氢气混合物中质量较大的分子，通过离心力的作用远离位于罐体中心的分子膜，使得小质量的氢气分子能够快速的通孔分子膜进行筛选。
9.所述分子膜的底部固定连接有连接套筒，所述连接套筒的外壁设置有扇叶，所述扇叶位于螺旋叶板的底端，所述分子膜的顶部与罐体的顶部相连接。通过混合物气体顺着罐体内壁流动，混合气体通过螺旋叶板的引导，混合气体由螺旋叶板的底部吹出，使得混合气体带动扇叶转动，扇叶通过连接套筒带动分子膜转动，分子膜与螺旋叶板相连接，使得螺旋叶板对分子膜的外壁粘附的物质进行刮除，避免分子膜的阻塞，保证氢气分子流动的顺畅。
10.所述罐体的底部设置有排气管，所述罐体的底部设置有架体，所述排气管设置为直角弯管结构，所述排气管靠近罐体内壁的一端垂直于水平线。通过排气管直角弯管结构的设置，避免了排气管对混合气体排出的同时，容易将水体带出的问题，便于使用者对排气
管排出气体的处理。
11.所述回收机构包括固定套筒，所述固定套筒的顶部与连接套筒通过轴承相连接，所述固定套筒的底部与罐体相连接，所述固定套筒的内部设置有喷头，所述分子膜的内壁设置有螺旋转板。通过喷头将水蒸气喷出，水蒸气顺着分子膜的内壁向上流动，使得分子膜中的孔洞产生低压区域，通过伯努利原理加速分子膜对氢气分子的筛分，同时推动氢气的上升，在水蒸气上升的同时，水蒸气通过螺旋转板推动分子膜转动，使得分子膜内壁的水蒸气和氢气同时转动，水分子的质量较大，使得水蒸气沿着分子膜的内壁流动，同时通过第一磁场和第二磁场的作用，将无序的分子通过磁场进行有序排列，使得分子中的熵减，对水蒸气进行降温冷凝，使得水蒸气液化后向下流动，氢气上升流动。
12.所述固定套筒的内壁设置有集水渠，所述固定套筒的外壁设置有导热板，所述导热板设置为螺旋形。水蒸气通过冷却磁场冷凝液化后，水体流入集水渠中，集水渠中的水体对导热板上的热量进行吸收，使得导热板对顺着罐体内壁流动的气体进行冷凝，使得罐体内壁流动的水汽快速液化，减少水汽顺着排气管的排出，便于工作人员对排气管排出气体的处理。
13.所述罐体的底部设置有加热箱，所述加热箱与集水渠的底部通过导管连通，所述罐体的底部通过导管与加热箱连通，所述喷头的底端与加热箱连通。通过加热箱对箱体内部的水体进行加热蒸腾，使得水蒸气通过喷头向上喷出，随后通过集水渠对液化的水进行收集，同时对罐体底部的水体进行收集，通过加热的方式，将部分溶于水体中的氢气排出，提高对氢气混合物的提取率。
14.所述除杂机构包括壳体，所述壳体的底部与罐体的顶部相连接，所述壳体的内壁设置有网板，所述网板的底部设置有海绵板，所述分子膜的顶部设置有凸块，所述凸块的顶部与海绵板相连接，所述网板的顶部设置有石墨烯，所述壳体的顶部设置有出气管。通过分子膜的转动带动顶部的凸块转动，海绵板将部分蒸腾至顶部的水蒸气吸收，使得凸块对海绵板进行挤压，将海绵板中的水分挤出，使得水体顺着分子膜的内壁流落至集水渠中。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
16.1、通过筛分塔和回收机构的设置，使得氢气混合物在通过螺旋叶板时，离心力的作用使得质量较大的混合物远离中心的分子膜，增加了氢气分子与分子膜的接触面积，降低了其他分子对氢气分子通过分子膜的影响，同时通过对分子膜内壁的水蒸气吹入，通过伯努利原理加速分子膜对氢气分子的吸收，通过螺旋叶板对转动的分子膜外壁清理，避免了其他物质对分子膜的阻塞，从而提高了氢气的提纯效率。
17.2、通过筛分塔、回收机构和除杂机构的设置，使得氢气混合物中部分能够通过分子膜的物质能够经过石墨烯进行吸收处理，当大粒径的混合气体通过分子膜进行过滤后，通过水蒸气推动过滤后的气体快速向上移动，随后通过海绵板对水汽进行吸收滤除，通过分子膜的转动带动凸块对海绵板进行挤压，使得海绵板能够持续对水汽进行吸收，随后通过石墨烯对其他杂质气体进行吸收，从而进一步提升了本装置的氢气提纯效率，通过对回收水体的加热蒸腾，对部分溶于水体的氢气进行分离，从而提高了本装置对氢气混合物的氢气提取率。
18.3、通过筛分塔、回收机构、除杂机构和冷却磁场的设置，使得氢气混合物在通过螺旋叶板进行转动，同时使得氢气混合物往复经过冷却磁场，快速的对氢气混合物中的水汽
进行冷凝液化，便于工作人员对排出的混合气体进行处理，同时加速了分子膜内部水蒸气的冷却液化，提高了氢气的提取纯度，降低了提取后氢气中水分的含量，更进一步的提升了本装置的氢气提纯效率。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
20.图1是本发明的正剖结构示意图；
21.图2是本发明的正视结构示意图；
22.图3是本发明的分子膜和螺旋叶板连接结构示意图；
23.图4是本发明的除杂机构和筛分塔连接结构示意图；
24.图5是本发明的俯视剖面结构示意图；
25.图6是本发明的分子塔和连接套筒连接结构示意图；
26.图7是本发明的分子塔和壳体连接结构示意图；
27.图8是本发明的凸块和海绵板连接结构示意图。
28.图中：
29.1、筛分塔；101、罐体；102、入料管；103、螺旋叶板；104、分子膜；105、螺旋转板；106、连接套筒；107、扇叶；108、排气管；109、架体；
30.2、回收机构；201、喷头；202、集水渠；203、加热箱；204、固定套筒；205、导热板；
31.3、除杂机构；301、壳体；302、凸块；303、海绵板；304、网板；305、石墨烯；306、出气管；
32.4、冷却磁场；401、第一磁场；402、第二磁场。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1-图8，本发明提供技术方案：
35.一种流变式氢气提纯装置，包括筛分塔1、回收机构2、除杂机构3和冷却磁场4；
36.筛分塔1的内部设置有回收机构2，筛分塔1的顶部设置有除杂机构3，筛分塔1的外壁设置有冷却磁场4，冷却磁场4包括第一磁场401和第二磁场402，第一磁场401和第二磁场402关于筛分塔1的水平中线对称分布。
37.筛分塔1包括罐体101，罐体101的顶部与除杂机构3相连接，罐体101的外壁设置有入料管102，罐体101的内壁设置有螺旋叶板103，罐体101的内部设置有分子膜104，分子膜104设置为圆筒形，分子膜104的外壁与螺旋叶板103相连接，入料管102与罐体101的内壁相切。将氢气混合物通过入料管102注入罐体101中，氢气混合物通过螺旋叶板103的引导，使得氢气混合物顺着罐体101的内壁螺旋转动，氢气混合物注入罐体101中的速度相同，使得氢气混合物中质量较大的分子，通过离心力的作用远离位于罐体101中心的分子膜104，使
得小质量的氢气分子能够快速的通孔分子膜104进行筛选。
38.分子膜104的底部固定连接有连接套筒106，连接套筒106的外壁设置有扇叶107，扇叶107位于螺旋叶板103的底端，分子膜104的顶部与罐体101的顶部相连接。通过混合物气体顺着罐体101内壁流动，混合气体通过螺旋叶板103的引导，混合气体由螺旋叶板103的底部吹出，使得混合气体带动扇叶107转动，扇叶107通过连接套筒106带动分子膜104转动，分子膜104与螺旋叶板103相连接，使得螺旋叶板103对分子膜104的外壁粘附的物质进行刮除，避免分子膜104的阻塞，保证氢气分子流动的顺畅。
39.罐体101的底部设置有排气管108，罐体101的底部设置有架体109，排气管108设置为直角弯管结构，排气管108靠近罐体101内壁的一端垂直于水平线。通过排气管108直角弯管结构的设置，避免了排气管对混合气体排出的同时，容易将水体带出的问题，便于使用者对排气管108排出气体的处理。
40.回收机构2包括固定套筒204，固定套筒204的顶部与连接套筒106通过轴承相连接，固定套筒204的底部与罐体101相连接，固定套筒204的内部设置有喷头201，分子膜104的内壁设置有螺旋转板105。通过喷头201将水蒸气喷出，水蒸气顺着分子膜104的内壁向上流动，使得分子膜104中的孔洞产生低压区域，通过伯努利原理加速分子膜104对氢气分子的筛分，同时推动氢气的上升，在水蒸气上升的同时，水蒸气通过螺旋转板105推动分子膜104转动，使得分子膜104内壁的水蒸气和氢气同时转动，水分子的质量较大，使得水蒸气沿着分子膜104的内壁流动，同时通过第一磁场401和第二磁场402的作用，将无序的分子通过磁场进行有序排列，使得分子中的熵减，对水蒸气进行降温冷凝，使得水蒸气液化后向下流动，氢气上升流动。
41.固定套筒204的内壁设置有集水渠202，固定套筒204的外壁设置有导热板205，导热板205设置为螺旋形。水蒸气通过冷却磁场4冷凝液化后，水体流入集水渠202中，集水渠202中的水体对导热板205上的热量进行吸收，使得导热板205对顺着罐体101内壁流动的气体进行冷凝，使得罐体101内壁流动的水汽快速液化，减少水汽顺着排气管108的排出，便于工作人员对排气管108排出气体的处理。
42.罐体101的底部设置有加热箱203，加热箱203与集水渠202的底部通过导管连通，罐体101的底部通过导管与加热箱203连通，喷头201的底端与加热箱203连通。通过加热箱203对箱体内部的水体进行加热蒸腾，使得水蒸气通过喷头201向上喷出，随后通过集水渠202对液化的水进行收集，同时对罐体101底部的水体进行收集，通过加热的方式，将部分溶于水体中的氢气排出，提高对氢气混合物的提取率。
43.除杂机构3包括壳体301，壳体301的底部与罐体101的顶部相连接，壳体301的内壁设置有网板304，网板304的底部设置有海绵板303，分子膜104的顶部设置有凸块302，凸块302的顶部与海绵板303相连接，网板304的顶部设置有石墨烯305，壳体301的顶部设置有出气管306。通过分子膜104的转动带动顶部的凸块302转动，海绵板303将部分蒸腾至顶部的水蒸气吸收，使得凸块302对海绵板303进行挤压，将海绵板303中的水分挤出，使得水体顺着分子膜104的内壁流落至集水渠202中。
44.本发明的工作原理：
45.首先，将氢气混合物注入筛分塔1中，通过入料管102喷入罐体101中，氢气混合物通过螺旋叶板103的引导，使得氢气混合物顺着罐体101的内壁螺旋转动，氢气混合物注入
罐体101中的速度相同，使得氢气混合物中质量较大的分子，通过离心力的作用远离位于罐体101中心的分子膜104，使得小质量的氢气分子能够快速的通孔分子膜104进行筛选；
46.随后，过混合物气体顺着罐体101内壁流动，混合气体通过螺旋叶板103的引导，混合气体由螺旋叶板103的底部吹出，使得混合气体带动扇叶107转动，扇叶107通过连接套筒106带动分子膜104转动，分子膜104与螺旋叶板103相连接，使得螺旋叶板103对分子膜104的外壁粘附的物质进行刮除，避免分子膜104的阻塞，使得氢气分子顺畅的通过分子膜104，排气管108为直角弯管结构的设置，避免了水体混合气体排出，通过分子膜104过滤后的混合气体通过排气管108排出；
47.同时，冷却磁场4对氢气混合物中的水体进行降温，通过螺旋叶板103使得氢气混合物往复经过第一磁场401和第二磁场402，将无序的分子通过磁场进行有序排列，使得分子中的熵减，对水蒸气进行降温冷凝，使得水蒸气液化后向下流动，使得水分流入加热箱203中；
48.氢气混合注入罐体101的同时，启动加热箱203，通过加热箱203对内部的纯净水体进行加热，通过喷头201将水蒸气喷出，水蒸气顺着分子膜104的内壁向上流动，使得分子膜104中的孔洞产生低压区域，通过伯努利原理加速分子膜104对氢气分子的筛分，同时推动氢气的上升，在水蒸气上升的同时，水蒸气通过螺旋转板105推动分子膜104转动，使得分子膜104内壁的水蒸气和氢气同时转动，水分子的质量较大，使得水蒸气沿着分子膜104的内壁流动，同时通过第一磁场401和第二磁场402的作用，将无序的分子通过磁场进行有序排列，使得分子中的熵减，对水蒸气进行降温冷凝，使得水蒸气液化后向下流动，氢气密度较小，进行上升流动，水蒸气通过冷却磁场4冷凝液化后，水体流入集水渠202中，集水渠202中的水体对导热板205上的热量进行吸收，导热板205对氢气混合物中的水汽进行吸热，使得导热板205对顺着罐体101内壁流动的气体进行冷凝，使得罐体101内壁流动的水汽快速液化，减少水汽顺着排气管108的排出；
49.加热箱203中对罐体101和分子膜104中液化的水体进行收集，随后对水体加热，使得加热箱203对部分溶于水体的氢气进行加热分离，通过喷头201向上喷出，重复推动通过分子膜104筛选后氢气的上升；
50.随后，通过海绵板303对部分蒸腾至顶部的水蒸气吸收，分子膜104经过氢气混合物的吹动进行转动，同时分子膜104顶部的凸块302对海绵板303进行挤压，将海绵板303中的水分挤出，使得水体顺着分子膜104的内壁流落至集水渠202中，降低水分对石墨烯305的影响，经过海绵板303的气体通过石墨烯305进行吸附过滤，随后使得氢气通过出气管306排出进行收集。
51.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
52.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：包括筛分塔(1)、回收机构(2)、除杂机构(3)和冷却磁场(4)；所述筛分塔(1)的内部设置有回收机构(2)，所述筛分塔(1)的顶部设置有除杂机构(3)，所述筛分塔(1)的外壁设置有冷却磁场(4)，所述冷却磁场(4)包括第一磁场(401)和第二磁场(402)，所述第一磁场(401)和第二磁场(402)关于筛分塔(1)的水平中线对称分布。2.根据权利要求1所述的一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：所述筛分塔(1)包括罐体(101)，所述罐体(101)的顶部与除杂机构(3)相连接，所述罐体(101)的外壁设置有入料管(102)，所述罐体(101)的内壁设置有螺旋叶板(103)，所述罐体(101)的内部设置有分子膜(104)，所述分子膜(104)设置为圆筒形，所述分子膜(104)的外壁与螺旋叶板(103)相连接，所述入料管(102)与罐体(101)的内壁相切。3.根据权利要求2所述的一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：所述分子膜(104)的底部固定连接有连接套筒(106)，所述连接套筒(106)的外壁设置有扇叶(107)，所述扇叶(107)位于螺旋叶板(103)的底端，所述分子膜(104)的顶部与罐体(101)的顶部相连接。4.根据权利要求3所述的一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：所述罐体(101)的底部设置有排气管(108)，所述罐体(101)的底部设置有架体(109)，所述排气管(108)设置为直角弯管结构，所述排气管(108)靠近罐体(101)内壁的一端垂直于水平线。5.根据权利要求4所述的一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：所述回收机构(2)包括固定套筒(204)，所述固定套筒(204)的顶部与连接套筒(106)通过轴承相连接，所述固定套筒(204)的底部与罐体(101)相连接，所述固定套筒(204)的内部设置有喷头(201)，所述分子膜(104)的内壁设置有螺旋转板(105)。6.根据权利要求5所述的一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：所述固定套筒(204)的内壁设置有集水渠(202)，所述固定套筒(204)的外壁设置有导热板(205)，所述导热板(205)设置为螺旋形。7.根据权利要求6所述的一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：所述罐体(101)的底部设置有加热箱(203)，所述加热箱(203)与集水渠(202)的底部通过导管连通，所述罐体(101)的底部通过导管与加热箱(203)连通，所述喷头(201)的底端与加热箱(203)连通。8.根据权利要求7所述的一种流变式氢气提纯装置，其特征在于：所述除杂机构(3)包括壳体(301)，所述壳体(301)的底部与罐体(101)的顶部相连接，所述壳体(301)的内壁设置有网板(304)，所述网板(304)的底部设置有海绵板(303)，所述分子膜(104)的顶部设置有凸块(302)，所述凸块(302)的顶部与海绵板(303)相连接，所述网板(304)的顶部设置有石墨烯(305)，所述壳体(301)的顶部设置有出气管(306)。

技术总结
本发明公开了一种流变式氢气提纯装置，涉及氢气提纯技术领域，包括筛分塔、回收机构、除杂机构和冷却磁场，所述筛分塔的内部设置有回收机构，所述筛分塔的顶部设置有除杂机构，所述筛分塔的外壁设置有冷却磁场，所述冷却磁场包括第一磁场和第二磁场，所述第一磁场和第二磁场关于筛分塔的水平中线对称分布。通过筛分塔和回收机构的设置，使得氢气混合物在通过螺旋叶板时，离心力的作用使得质量较大的混合物远离中心的分子膜，增加了氢气分子与分子膜的接触面积，降低了其他分子对氢气分子通过分子膜的影响，同时通过对分子膜内壁的水蒸气吹入，通过伯努利原理加速分子膜对氢气分子的吸收，从而提高了氢气的提纯效率。从而提高了氢气的提纯效率。从而提高了氢气的提纯效率。


技术研发人员：王宇航 董永健 叶勤荣 伏开放 刘宁波 徐浩然 戴雅敬 潘益杰 黄文萱 李海清 韩磊晶 郑家乐 徐凡
受保护的技术使用者：常州机电职业技术学院
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/9/20