專利名稱：氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法，更特別地，本發(fā)明涉 及一種利用儲(chǔ)氫合金純化粗制氫氣以提供更高純度氫氣的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及 產(chǎn)生氫氣的方法。
背景技術(shù)：
氫氣應(yīng)用是目前能源發(fā)展的趨勢(shì)，隨著產(chǎn)業(yè)日益發(fā)展，對(duì)氫氣純度的要求也相對(duì)提高。譬如氫氣中的不純氣體(CO、 C02、 H20、 02及CH4)對(duì)燃 料電池效能影響很大，且有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)中對(duì)于氫氣純 度要求需至6N以上，但目前高純度氫氣的制造成本均相當(dāng)昂貴(如鈀膜、 PSA等方法)，使得后端使用者相對(duì)成本提高。其中，在美國(guó)專利US5，902，561中，使用兩段式過(guò)程移除不純物，第一 階段使用鎳晶體，第二階段使用金屬吸收劑，該專利是描述將鎳晶體和金屬 吸收劑在所選擇的溫度下對(duì)不純物的吸收性，將不純物直接從來(lái)源氣體中排 除以提高氫氣的純度。然而，此種設(shè)計(jì)需要針對(duì)不同的不純物選擇不同的吸 收劑，且不能對(duì)原載體氣體造成太大影響。而在美國(guó)專利US6,911,065中，所使用的方法是通過(guò)吸收不純材料的過(guò) 濾裝置，將粗制氫氣純化，其屬于連續(xù)式純化。該專利在主流道上分為兩個(gè) 次流道， 一個(gè)次流道將粗制氫氣加入純化罐，另一個(gè)次流道上的裝置則吸收 不純物質(zhì)或過(guò)濾不純物質(zhì)的材料，將粗制氫氣中的不純物過(guò)濾以提供較高純 度的氫氣，以此方式過(guò)濾一段時(shí)間后，則需更換過(guò)濾材料，且不易調(diào)整氣體 流量。此外，在中國(guó)臺(tái)灣專利1282446中，該專利將粗制氫氣在加熱狀態(tài)下與 鋯合金氫化物接觸，以除去包含在該粗制氫氣中的稀有氣體一氬氣與氦氣， 其技術(shù)主要是將粗制氫氣在400至60(TC高溫下接觸鋯合金氫化物，以將稀 有氣體稀釋。此方式主要針對(duì)氬氣與氦氣，而且是以直接接觸來(lái)稀釋稀有氣
體，在使用上無(wú)法有效確保出口純度，而且鋯合金氫化物也會(huì)隨著氫氣過(guò)濾 量逐漸失去純化效果。綜上所述，由于己有技術(shù)在有效提升氫氣純度上仍有不便利之處，因此， 鑒于上述己有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方 法，其使用儲(chǔ)氫合金對(duì)氫氣的吸附特性，排除任何與儲(chǔ)氫合金不反應(yīng)的氣體， 并使用合適的溫度與壓力來(lái)加快氫氣純化過(guò)程。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法，其利 用儲(chǔ)氫合金對(duì)氫氣具有專一的吸附特性，將氫氣儲(chǔ)存于儲(chǔ)氫合金中，并除去粗制氫氣中的其它不純氣體，其主要運(yùn)用于將98%以上的粗制氫氣加以純化 成高純度氫氣，以提高氫氣純度而供后端設(shè)備使用。本發(fā)明的另一目的在于提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法，其利 用安全經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)氫合金以吸附粗制氫氣中的高純度氫氣，排除任何與儲(chǔ)氫合 金不反應(yīng)的氣體，進(jìn)而將粗制氫氣中的不純物加以排放，隨后再?gòu)膬?chǔ)氫合金 中釋放該高純度氫氣，所生產(chǎn)出的高純度氫氣成本低廉且使用容易。本發(fā)明的又一目的在于提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及生產(chǎn)氫氣的方法，可采 用批次式生產(chǎn)，而將純化后的高純度氫氣儲(chǔ)存在本系統(tǒng)中以供使用。本發(fā)明的又一目的在于提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，用以提升氫氣的純度， 其包含 一供應(yīng)腔體，儲(chǔ)存有粗制氫氣； 一純化組件，與該供應(yīng)腔體連接， 用以吸附該粗制氫氣中的高純度氫氣；以及一熱交換組件，與該純化組件進(jìn) 行熱交換，調(diào)節(jié)該純化組件的溫度，以排除該粗制氫氣中的不純氣體，進(jìn)而 從該純化組件中釋放該高純度氫氣。根據(jù)上述構(gòu)想，該純化組件為內(nèi)含儲(chǔ)氫合金(Hydrogen Storage Alloy) 的容器。根據(jù)上述構(gòu)思，該儲(chǔ)氫合金選自鈦系儲(chǔ)氫合金、鋯系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ) 氫合金以及稀土系儲(chǔ)氫合金其中之一，其中該稀土系儲(chǔ)氫合金為選自AB、 A2B、 AB2、 AB3、 AB5以及A2B7族群中之一的AxBy合金。根據(jù)上述構(gòu)思，該容器中具有至少一個(gè)氣體通道以供氣體進(jìn)出，且該容 器還具有一通氣管，以與該氣體通道相連，而該通氣管是供氣體流動(dòng)與擴(kuò)散
的通道，其周?chē)€具有孔隙可供氣體沿該氣體通道徑向傳送。根據(jù)上述構(gòu)思，該系統(tǒng)還包含一排氣控制閥件，其用以控制該純化組件 中的氣體釋放，該排氣控制閥件是一三通閥，其用以在該儲(chǔ)氫合金受冷后釋 放該不純氣體，且在該儲(chǔ)氫合金受熱時(shí)釋放該高純度氫氣，而該熱交換組件 在釋氫時(shí)提供熱源，吸氫時(shí)提供冷源。根據(jù)上述構(gòu)思，該系統(tǒng)還包含一來(lái)源控制閥件，其用以控制該供應(yīng)腔體 中的粗制氫氣進(jìn)入該純化組件。根據(jù)上述構(gòu)思，該供應(yīng)腔體具有一定壓力。根據(jù)上述構(gòu)思，該高純度氫氣儲(chǔ)存于一儲(chǔ)存腔體中。根據(jù)上述構(gòu)思，該第一純化組件和該第二純化組件為并聯(lián)配置，分別與 該熱交換組件進(jìn)行熱交換，同時(shí)進(jìn)行吸氫與放氫的過(guò)程，而該熱交換組件的 一端與一四通閥連接。本發(fā)明的又一目的為提供一種產(chǎn)生氫氣的方法，其包含下列步驟提供 一填充過(guò)程，以將粗制氫氣填充至一純化組件中；提供一吸附過(guò)程，降溫以 使該純化組件吸入該粗制氫氣中的高純度氫氣；提供一排除過(guò)程，排除該粗 制氫氣中的不純氣體；以及提供一釋放過(guò)程，升溫以使該純化組件釋放該高 純度氫氣。根據(jù)上述構(gòu)思，該方法還包含一步驟提供一確認(rèn)過(guò)程，當(dāng)確認(rèn)該純化 組件無(wú)法再吸入氫氣時(shí)，停止供應(yīng)該粗制氫氣。根據(jù)上述構(gòu)思，該確認(rèn)過(guò)程中，確認(rèn)該純化組件是否可再吸入氫氣是通 過(guò)該純化組件是否具有穩(wěn)定壓力來(lái)判斷的，且該確認(rèn)過(guò)程中，停止供應(yīng)該粗 制氫氣是通過(guò)一閥門(mén)或一逆止閥動(dòng)作執(zhí)行的。根據(jù)上述構(gòu)思，該排除過(guò)程還包含調(diào)節(jié)溫度以使該純化組件回復(fù)至該吸 附過(guò)程時(shí)的吸氫溫度。根據(jù)上述構(gòu)思，該吸附過(guò)程、該排除過(guò)程與該釋放過(guò)程的溫度調(diào)節(jié)是通 過(guò)一熱交換組件而實(shí)施。根據(jù)上述構(gòu)思，該熱交換組件對(duì)該純化組件進(jìn)行選自一強(qiáng)制對(duì)流、 一自 然對(duì)流以及通過(guò)熱交換介質(zhì)直接接觸該純化組件的熱交換方式的至少其中 之一，而該熱交換介質(zhì)為氣體或是液體。根據(jù)上述構(gòu)思，該吸附過(guò)程與該釋放過(guò)程中的吸氫與放氫反應(yīng)，還伴隨 著放熱與吸熱的熱反應(yīng)而使該純化組件的溫度改變。根據(jù)上述構(gòu)思，該排除過(guò)程利用調(diào)整溫度后，低于該純化組件內(nèi)部平衡 壓的方式將該純化組件中的不純氣體排出。根據(jù)上述構(gòu)思，該方法還包含一判斷過(guò)程，其用以判斷該高純度氫氣的 純度，且在該判斷過(guò)程中，若確認(rèn)該氫氣純度未達(dá)一標(biāo)準(zhǔn)，則重復(fù)進(jìn)行該填 充過(guò)程、該吸附過(guò)程、該排除過(guò)程以及該釋放過(guò)程。根據(jù)上述構(gòu)思，該填充過(guò)程中的該粗制氫氣事先儲(chǔ)存于一供應(yīng)腔體中并 以固定壓力填充至該純化組件中。根據(jù)上述構(gòu)思，該釋放過(guò)程將該高純度氫氣儲(chǔ)存于一儲(chǔ)存腔體中。根據(jù)上述構(gòu)思，該純化組件含有儲(chǔ)氫合金，受冷時(shí)吸收氫氣且受熱時(shí)釋 放氫氣。本發(fā)明的又一 目的為提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，用以提升粗制氫氣的純 度，其包含 一供應(yīng)腔體，儲(chǔ)存有粗制氫氣； 一第一純化組件，與該供應(yīng)腔體連接，其用以吸附該粗制氫氣中的高純度氫氣，排除該粗制氫氣中的不純氣體，進(jìn)而產(chǎn)生一第一處理氫氣； 一第二純化組件，與該供應(yīng)腔體連接，其 用以吸附該第一處理氫氣中的高純度氫氣，排除該粗制氫氣中的不純氣體， 進(jìn)而產(chǎn)生一第二處理氫氣；以及一熱交換組件，與該第一純化組件和第二純 化組件進(jìn)行熱交換，其用以調(diào)節(jié)該第一純化組件和第二純化組件的溫度，以 使該第一純化組件和第二純化組件吸附該高純度氫氣以及分別產(chǎn)生該第一 處理氫氣和第二處理氫氣。根據(jù)上述構(gòu)思，該系統(tǒng)還包含一第一排氣控制閥件和一第二排氣控制闊 件，用以分別控制該第一純化組件和該第二純化組件中的氣體釋放。根據(jù)上述構(gòu)思，該第一純化組件和該第二純化組件可以為一串聯(lián)配置， 因此該第一純化組件和該第二純化組件各具一氣體通道，以供氣體進(jìn)出。根據(jù)上述構(gòu)思，該系統(tǒng)還包含一釋放控制閥件，其用以控制該第一處理 氫氣進(jìn)入該第二純化組件并控制該第二處理氫氣的釋放。本發(fā)明的又一目的為提供一種產(chǎn)生氫氣的方法，其包含下列步驟(A) 將粗制氫氣填充至一含有儲(chǔ)氫合金的純化組件中；(B)降溫使該儲(chǔ)氫合金 吸入該粗制氫氣中的高純度氫氣；(C)調(diào)整溫度以排除在該純化組件中的 該粗制氫氣中的不純氣體；以及(D)升溫以使該儲(chǔ)氫合金釋放該高純度氫 氣。根據(jù)上述構(gòu)思，該步驟(D)的調(diào)整溫度是將溫度調(diào)整至該步驟(B)中的一初始吸氫溫度。根據(jù)上述構(gòu)思，該粗制氫氣包含98%以上的純氫氣。 根據(jù)上述構(gòu)思，該高純度氫氣的純度可達(dá)6N以上等級(jí)。 本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于本發(fā)明可獲得高純度氫氣，其所采用方法 為批次式產(chǎn)氫，且可將產(chǎn)生的高純度氫氣儲(chǔ)存在本系統(tǒng)中以待后端使用者使 用，此技術(shù)無(wú)需增加許多繁復(fù)昂貴的材料與設(shè)備，所生產(chǎn)出的高純度氫氣的 成本低廉且使用容易。本發(fā)明的功效與目的，可通過(guò)下列實(shí)施方式說(shuō)明，以有更深入的了解。
圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的流程 示意圖。圖2為本發(fā)明氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的第一較佳實(shí)施例的配置 示意圖。圖3為本發(fā)明氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的第二較佳實(shí)施例的配置 示意圖。圖4為本發(fā)明氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的第三較佳實(shí)施例的配置 示意圖。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下10開(kāi)始 ll填充過(guò)程 12吸附過(guò)程13確認(rèn)過(guò)程 14排除過(guò)程 15釋放過(guò)程16判斷過(guò)程 17 二次氫氣純化過(guò)程18完成20、 30、 40供應(yīng)腔體 21、 31、 32、 41、 42純化組件22、 33、 43熱交換組件 23、 34、 44儲(chǔ)存腔體211、 311、 321、 411、 421氣體通道 212通氣管V21、 V31、 V41、 V42來(lái)源控審綱件V22、 V33、 V34、 V43、 V44排氣控制閥件 V32釋放控制閥件 V45四通閥
具體實(shí)施方式
將在下文中說(shuō)明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員需了解下文中的說(shuō)明僅用于舉 例，而不用于限定本發(fā)明。以下針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法進(jìn)行描 述，但實(shí)際結(jié)構(gòu)與所實(shí)行的方法并不必須完全符合描述的結(jié)構(gòu)與方法，本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能在不脫離本發(fā)明的實(shí)際精神及范圍的情況下，作出種種變 化及修改。本發(fā)明主要是利用儲(chǔ)氫合金對(duì)氫氣具有專一性的可逆性儲(chǔ)放反應(yīng)，可以 將粗制氫氣中的氫氣吸附至儲(chǔ)氫合金中，由于粗制氫氣中的不純氣體不會(huì)與 儲(chǔ)氫合金進(jìn)行可逆反應(yīng)作用，因此會(huì)造成不純氣體堆積于儲(chǔ)氫合金外的空間 或可能與合金產(chǎn)生不可逆反應(yīng)，而通過(guò)儲(chǔ)氫合金釋氫時(shí)或釋氫反應(yīng)前將不純 氣體先行排除，以降低儲(chǔ)氫合金釋放氫氣中的不純氣體含量，達(dá)到有效提升 氫氣純度的目的。請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明所披露的一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的簡(jiǎn)要實(shí)施流程示意圖。其在開(kāi)始(步驟10)之后，在一填充過(guò)程(步驟11)中，將粗制氫氣以一固定壓力填充至一含有儲(chǔ)氫合金的純化組件中，隨后，在一吸附過(guò)程(步驟12)中，使該純化組件降溫以讓該純化組件可以吸 附該粗制氫氣中的高純度氫氣，接著，在一確認(rèn)過(guò)程(步驟13)中，當(dāng)確認(rèn) 該純化組件無(wú)法再吸入氫氣時(shí)，則停止供應(yīng)該粗制氫氣，若為否定時(shí)，則繼 續(xù)回到步驟11中進(jìn)行填充該粗制氫氣的步驟，且此確認(rèn)該純化組件是否可 再吸入氫氣是通過(guò)該純化組件是否具有一穩(wěn)定壓力而判斷的，而停止供應(yīng)該 粗制氫氣則可以通過(guò)一閥門(mén)或一逆止閥動(dòng)作。另外，在一排除過(guò)程(步驟14) 中，排除該粗制氫氣中的不純氣體。接著，在一釋放過(guò)程(步驟15)中，升 溫以使該純化組件釋放該高純度氫氣。最后，在一判斷過(guò)程(步驟16)中， 判斷該高純度氫氣的純度，且在該判斷過(guò)程中，若確認(rèn)該氫氣純度未達(dá)一標(biāo) 準(zhǔn)，則可以繼續(xù)進(jìn)行一二次氫氣純化過(guò)程(步驟17)，以重復(fù)進(jìn)行前述的該 填充過(guò)程(步驟11)、該吸附過(guò)程(步驟12)、該確認(rèn)過(guò)程(步驟13)、 該排除過(guò)程(步驟14)以及該釋放過(guò)程(步驟15)，最后即完成本次產(chǎn)生 高純度氫氣的流程(步驟18)。 由于該純化組件中的儲(chǔ)氫合金是在受冷時(shí)吸收氫氣且受熱時(shí)釋放氫氣，于是，本發(fā)明在該吸附過(guò)程(步驟12)與該釋放過(guò)程(步驟15)中提供溫 度的調(diào)節(jié)以促成該儲(chǔ)氫合金的吸氫與釋氫，同時(shí)，該吸附過(guò)程(步驟12)與 該釋放過(guò)程(步驟15)中的吸氫與放氫反應(yīng)，也會(huì)伴隨著放熱與吸熱的熱反 應(yīng)而使該純化組件的溫度改變。因此，在該吸附過(guò)程(步驟12)后，該純化 組件的溫度會(huì)稍微提升，因此，本發(fā)明在該排除過(guò)程(步驟14)時(shí)調(diào)整該純 化組件的溫度以讓該純化組件回復(fù)至該吸附過(guò)程時(shí)的吸氫溫度而可以排除 該粗制氫氣中的不純氣體，此外，該排除過(guò)程(步驟14)也可以在調(diào)整溫度 后，利用低于該純化組件內(nèi)部平衡壓的方式將該純化組件中的不純氣體排 出。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D2，其為本發(fā)明氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的簡(jiǎn)要系統(tǒng) 配置示意圖，在此實(shí)施例中，系統(tǒng)主要可以由一供應(yīng)腔體20、 一純化組件 21、 一熱交換組件22和一儲(chǔ)存腔體23所構(gòu)成。來(lái)源的粗制氫氣可先加壓填 充至該供應(yīng)腔體20中，該供應(yīng)腔體20具有一定壓力(約50個(gè)大氣壓)， 該供應(yīng)腔體20內(nèi)的粗制氫氣以一固定壓力(約10個(gè)大氣壓)逐漸填充至該 純化組件21，該熱交換組件22則與該純化組件21進(jìn)行熱交換，調(diào)節(jié)該純化 組件21的溫度，以排除該粗制氫氣中的不純氣體，進(jìn)而釋放該高純度氫氣。由于該純化組件21是一個(gè)內(nèi)含有儲(chǔ)氫合金的封閉型容器，因此對(duì)氫氣 具有專一性的可逆性儲(chǔ)放反應(yīng)，且該儲(chǔ)氫合金可以選自一鈦系儲(chǔ)氫合金、一 鋯系儲(chǔ)氫合金、 一鐵系儲(chǔ)氫合金以及一稀土系儲(chǔ)氫合金其中之一，其中該稀 土系儲(chǔ)氫合金為選自AB、 A2B、 AB2、 AB3、 AB5以及A2B7的族群中之一 的AxBy合金。由于已有技術(shù)僅有稀土系儲(chǔ)氫合金的AB5可以在室溫中操作， 因此本發(fā)明實(shí)施例采用稀土系儲(chǔ)氫合金的AB5所實(shí)施，然而本發(fā)明實(shí)施方式 并不限定于此。此外，該容器可具有兩個(gè)氣體通道211以供氣體進(jìn)出，且該容器中還具 有一通氣管212，以與該氣體通道211相連，而該通氣管212是供氣體流動(dòng) 與擴(kuò)散的通道，其周?chē)€具有孔隙(圖中未示出)可供氣體沿該氣體通道211 徑向傳送。此外，該系統(tǒng)還可包含一來(lái)源控制閥件V2i和一排氣控制閥件V22，該來(lái)源控制閥件V^用以控制該供應(yīng)腔體20中的粗制氫氣進(jìn)入該純化組件21，
當(dāng)該純化組件21內(nèi)的儲(chǔ)氫合金無(wú)法再吸入氫氣時(shí)，則將該來(lái)源控制閥件V2i 關(guān)閉，同時(shí)在通入該粗制氫氣時(shí)，由該熱交換組件22對(duì)該純化組件21降溫 (約25至30。C)以加速吸收氫氣的速率，由于該儲(chǔ)氫合金吸氫時(shí)會(huì)產(chǎn)生放 熱反應(yīng)導(dǎo)致該純化組件21的溫度上升，因此隨后再將該純化組件21調(diào)整回復(fù)至初始的吸氫溫度，利用該排氣控制閥件V22將純化組件21內(nèi)不被儲(chǔ)氫合金吸收的不純氣體與部分氫氣混合物排出，再利用該熱交換組件22對(duì)該純 化組件21加熱至一較高溫度(約升溫10至20°C )以釋放該高純度氫氣而儲(chǔ) 存在該儲(chǔ)存腔體23中以供后續(xù)使用。較佳地，該排氣控制閥件V22可以是一三通閥，其用以釋放未被該純化組件21的儲(chǔ)氫合金吸收的不純氣體，且于該儲(chǔ)氫合金受熱時(shí)釋放該高純度 氫氣。而該熱交換組件22對(duì)該純化組件21的溫度調(diào)節(jié)是選自一強(qiáng)制對(duì)流、 一自然對(duì)流以及通過(guò)熱交換介質(zhì)直接接觸該純化組件的熱交換方式的至少 其中之一，而該熱交換介質(zhì)可以為氣體或是液體。請(qǐng)參閱圖3，此為本發(fā)明氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的利用串接式 純化組件設(shè)計(jì)的配置結(jié)構(gòu)示意圖。類似于圖2的配置，本實(shí)施例是使用兩個(gè) 純化組件(第一純化組件31和第二純化組件32)串接而達(dá)成提升氫氣的純 度，其中該等純化組件31、 32僅各具有一個(gè)氣體通道311、 321。其具體實(shí) 施技術(shù)是將粗制氫氣先加壓至一供應(yīng)腔體30，定壓將該粗制氫氣填入第一 純化組件31，關(guān)閉一來(lái)源控制閥件V3,停止該粗制氫氣的供應(yīng)，利用一熱交 換組件33對(duì)該第一純化組件31降溫以吸附其中的高純度氫氣后，再由對(duì)該 第一純化組件31調(diào)溫而利用一第一排氣控制閥件V33將該粗制氫氣的不純氣 體排出，關(guān)閉該第一排氣控制閥件V33再加熱該第一純化組件31釋放第一處 理氫氣，再通過(guò)一釋放控制閥件V32的控制，以將該第一處理氫氣導(dǎo)入第二純化組件32中進(jìn)行與前述類同的吸附高純度氫氣、排除不純氣體以及釋放 第二處理氫氣的過(guò)程，最后通過(guò)該釋放控制閥件V32的控制，將該第二處理 氫氣傳送至一儲(chǔ)存腔體34中儲(chǔ)存?zhèn)溆?。?qǐng)?jiān)賲㈤唸D4，此為本發(fā)明氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法的利用并接 式純化組件設(shè)計(jì)的配置結(jié)構(gòu)示意圖。類似于圖3的配置，其主要差異在于將 兩個(gè)純化組件(第一純化組件41和第二純化組件42)并聯(lián)而達(dá)成提升氫氣 的純度，其中上述純化組件41、 42各具有兩個(gè)氣體通道411、 421以供氣體
進(jìn)出，也分別有一第一來(lái)源控制閥件v41和一第二來(lái)源控制閥件v42以控制來(lái)源氣體的供應(yīng)。其具體實(shí)施方式
為將粗制氫氣先加壓至一供應(yīng)腔體40， 定壓將該粗制氫氣先行填入第一純化組件41 ，關(guān)閉一第一來(lái)源控制閥件V41 停止該粗制氫氣的供應(yīng)，利用一熱交換組件43對(duì)該第一純化組件41降溫以 吸附其中的高純度氫氣后，再由對(duì)該第一純化組件41調(diào)溫而利用一第一排氣控制閥件V43將該粗制氫氣的不純氣體排出，關(guān)閉該第一排氣控制閥件V43。此外，將第二來(lái)源控制閥件V42開(kāi)啟以使該供應(yīng)腔體40的粗制氫氣可 以填充至該第二純化組件42中，同時(shí)將該熱交換組件的四通閥V45打開(kāi)，以 切換該熱交換組件中的熱流體與冷流體而分別至該第一純化組件41與該第 二純化組件42進(jìn)行熱交換，以使該第一純化組件41加熱而釋放高純度氫氣 至一儲(chǔ)存腔體44，并降溫該第二純化組件42而進(jìn)行吸附高純度氫氣的過(guò)程， 等到兩個(gè)純化組件41、 42的放氫與吸氫過(guò)程完成后，再次開(kāi)啟該四通閥V4s 將該熱交換組件43的冷熱流體交替，該第一純化組件41進(jìn)行吸附高純度氫 氣與排氣過(guò)程，該第二純化組件42進(jìn)行釋放高純度氫氣至該儲(chǔ)存腔體44的 過(guò)程，這樣的整體系統(tǒng)可達(dá)到較快速的供氫需求。由于本發(fā)明所采用的儲(chǔ)氫合金是目前常用的氫氣儲(chǔ)存載體，可以在低壓 時(shí)將氫氣結(jié)合在儲(chǔ)氫合金中，并具有安全性，氫氣儲(chǔ)放過(guò)程中會(huì)因?yàn)閮?chǔ)氫合 金對(duì)氫氣吸附的專一特性，可將大部分不純氣體集中濃縮于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的 純化組件的密閉容器空間中，排放時(shí)會(huì)將粗制氣體中的不純氣體先排出，隨 后再釋放該儲(chǔ)氫合金所吸附的高純度氫氣。且在實(shí)際應(yīng)用上，該粗制氫氣通常是包含有98%以上的純氫氣，且該高 純度氫氣的純度可達(dá)6N以上等級(jí)(即純度99.9999%以上)。且在上述過(guò)程 中，不純氣體也可以利用高純度氫氣釋放時(shí)加以排除(如約釋放前10%的氣 體)或是降低純化組件溫度之后，利用低于純化組件內(nèi)部平衡壓的方式將純 化組件的不純氣體抽出，來(lái)提高氫氣的純度。而氫氣純度的控制也可以通過(guò) 排放不純氣體與氫氣的量加以控制，排放量可以視入口氣體的純度而可以為 壓縮總體積的1至100倍，所產(chǎn)生的高純度氫氣則可達(dá)6N、 7N或8N以上 等級(jí)。綜上所述，本發(fā)明確實(shí)可提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法，其 突破了過(guò)去僅會(huì)直接制備高純度氫氣或是用吸收、過(guò)濾或稀釋方式去除粗制
氫氣中的不純氣體的復(fù)雜過(guò)程的固有想法，而利用目前常用的氫氣儲(chǔ)存載體 以將任何與儲(chǔ)氫合金不反應(yīng)的氣體排除于其載體之外，進(jìn)而將不純氣體加以 排放掉，再將純氫從儲(chǔ)氫合金中釋放，以獲得高純度氫氣。另外，本發(fā)明所 采用方法為一批次式產(chǎn)氫，且可將產(chǎn)生的高純度氫氣儲(chǔ)存在本系統(tǒng)中以待后 端使用者使用，此技術(shù)無(wú)需增加許多繁復(fù)昂貴的材料與設(shè)備，所生產(chǎn)出的高 純度氫氣的成本低廉且使用容易。因此，本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及生產(chǎn)氫氣 的方法的技術(shù)簡(jiǎn)單但卻又提供極高的便利性，可以有效增進(jìn)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，本 發(fā)明技術(shù)簡(jiǎn)單，又兼顧成本，實(shí)具產(chǎn)業(yè)價(jià)值。以上所述是利用較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍， 因此本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，適當(dāng)所作的微小改變與調(diào)整，仍將不失本發(fā) 明的要點(diǎn)所在，也不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，用以提升氫氣的純度，其包含一供應(yīng)腔體，儲(chǔ)存有粗制氫氣；一純化組件，與該供應(yīng)腔體連接，其用以吸附該粗制氫氣中的高純度氫氣；以及一熱交換組件，與該純化組件進(jìn)行熱交換，調(diào)節(jié)該純化組件的溫度，以排除粗制氫氣中的不純氣體，進(jìn)而從該純化組件中釋放該高純度氫氣。
2. 如權(quán)利要求1所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該純化組件為內(nèi)含儲(chǔ)氫合金 的容器。
3. 如權(quán)利要求2所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該儲(chǔ)氫合金選自鈦系儲(chǔ)氫合 金、鋯系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ)氫合金以及稀土系儲(chǔ)氫合金其中之一。
4. 如權(quán)利要求2所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該容器中具有至少一個(gè)氣體通道以供氣體進(jìn)出； 該容器還具有一通氣管，以與該氣體通道相連；及該通氣管為可供氣體流動(dòng)與擴(kuò)散的通道，其周?chē)€具有孔隙可供氣體沿 該氣體通道徑向傳送。
5. 如權(quán)利要求2所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)還包含一排 氣控制閥件，其用以控制該純化組件中的氣體釋放，而該儲(chǔ)氫合金在受冷時(shí) 吸收氫氣且受熱時(shí)釋放氫氣，其中該排氣控制閥件是一三通閥，其用以在該儲(chǔ)氫合金受冷后釋放該不純氣 體，且在該儲(chǔ)氫合金受熱時(shí)釋放該高純度氫氣；或該熱交換組件在釋氫時(shí)提供熱源，吸氫時(shí)提供冷源。
6. 如權(quán)利要求1所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)還包含一來(lái) 源控制閥件，其用以控制該供應(yīng)腔體中的粗制氫氣進(jìn)入該純化組件。
7. 如權(quán)利要求1所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該供應(yīng)腔體中具有的定壓力 為50個(gè)大氣壓；或該高純度氫氣儲(chǔ)存于一儲(chǔ)存腔體中。
8. —種產(chǎn)生氫氣的方法，其包含下列步驟提供一填充過(guò)程，以將粗制氫氣填充至一純化組件中；提供一吸附過(guò)程，降溫以使該純化組件吸入該粗制氫氣中的高純度氫氣；提供一排除過(guò)程，排除該粗制氫氣中的不純氣體；以及 提供一釋放過(guò)程，升溫以使該純化組件釋放該高純度氫氣。
9. 如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中該方法還包含一步驟提 供一確認(rèn)過(guò)程，當(dāng)確認(rèn)該純化組件無(wú)法再吸入氫氣時(shí)，停止供應(yīng)該粗制氫氣， 其中在該確認(rèn)過(guò)程中，確認(rèn)該純化組件是否可再吸入氫氣是通過(guò)該純化組件 是否具有穩(wěn)定壓力來(lái)判斷的；或在該確認(rèn)過(guò)程中，停止供應(yīng)該粗制氫氣是通過(guò)一閥門(mén)或一逆止閥動(dòng)作來(lái) 實(shí)施的。
10. 如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中該排除過(guò)程還包含調(diào)節(jié) 溫度，以使該純化組件回復(fù)至該吸附過(guò)程時(shí)的吸氫溫度，其中該吸附過(guò)程、該排除過(guò)程與該釋放過(guò)程的溫度調(diào)節(jié)是通過(guò)一熱交換組件 實(shí)施的，而該熱交換組件對(duì)該純化組件進(jìn)行選自一強(qiáng)制對(duì)流、 一自然對(duì)流以 及通過(guò)熱交換介質(zhì)直接接觸該純化組件的熱交換方式中的至少其中之一，且 該熱交換介質(zhì)為氣體或是液體；該吸附過(guò)程與該釋放過(guò)程中的吸氫與放氫反應(yīng)，還伴隨著放熱與吸熱的 熱反應(yīng)而使該純化組件的溫度改變；或該排除過(guò)程在調(diào)整溫度后，利用低于該純化組件內(nèi)部平衡壓的方式將該 純化組件中的不純氣體排出。
11. 如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中該方法還包含一判斷過(guò) 程，以判斷該高純度氫氣的純度，而在該判斷過(guò)程中，若確認(rèn)該氫氣純度未 達(dá)到一標(biāo)準(zhǔn)，則重復(fù)進(jìn)行該填充過(guò)程、該吸附過(guò)程、該排除過(guò)程以及該釋放 過(guò)程。
12. 如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中在該填充過(guò)程中，該粗制氫氣事先儲(chǔ)存于一供應(yīng)腔體中并以10個(gè)大氣 壓填充至該純化組件中；或該釋放過(guò)程將該高純度氫氣儲(chǔ)存于一儲(chǔ)存腔體中。
13. 如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中該純化組件含有儲(chǔ)氫合金，受冷時(shí)吸收氫氣且受熱時(shí)釋放氫氣。
14. 一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，用以提升粗制氫氣的純度，其包含 一供應(yīng)腔體，儲(chǔ)存有粗制氫氣；一第一純化組件，與該供應(yīng)腔體連接，用以吸附該粗制氫氣中的高純度 氫氣，排除該粗制氫氣中的不純氣體，進(jìn)而產(chǎn)生一第一處理氫氣；一第二純化組件，與該供應(yīng)腔體連接，用以吸附該第一處理氫氣中的高 純度氫氣，排除該粗制氫氣中的不純氣體，進(jìn)而產(chǎn)生一第二處理氫氣；以及一熱交換組件，與該第一純化組件和第二純化組件進(jìn)行熱交換，用以調(diào) 節(jié)該第一純化組件和第二純化組件的溫度，以使該第一純化組件和第二純化 組件吸附該高純度氫氣以及分別產(chǎn)生該第一處理氫氣和第二處理氫氣。
15. 如權(quán)利要求14所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)還包含一 第一排氣控制閥件和一第二排氣控制閥件，用以分別控制該第一純化組件和 該第二純化組件中的氣體釋放，其中該第一純化組件和該第二純化組件為一串聯(lián)配置；該第一純化組件和該第二純化組件各具有一氣體通道，以供氣體進(jìn)出；或該系統(tǒng)還包含一釋放控制閥件，其用以控制該第一處理氫氣進(jìn)入該第二 純化組件并控制該第二處理氫氣的釋放。
16. 如權(quán)利要求14所述的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該第一純化組件和該第二 純化組件為一并聯(lián)配置，分別與該熱交換組件進(jìn)行熱交換，以進(jìn)行吸氫與放 氫的過(guò)程。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中該熱交換組件的一端與一四通閥連接。
18. —種產(chǎn)生氫氣的方法，其包含下列步驟(A) 將粗制氫氣填充至一含有儲(chǔ)氫合金的純化組件中；(B) 降溫使該儲(chǔ)氫合金吸入該粗制氫氣中的高純度氫氣；(C) 調(diào)整溫度以排除在該純化組件中的該粗制氫氣中的不純氣體；以及(D) 升溫以使該儲(chǔ)氫合金釋放該高純度氫氣。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中該步驟(D)的調(diào)整溫度是將溫度調(diào)整至該步驟(B)中的一初始吸氫溫度；該粗制氫氣包含98%以上的純氫氣；或 該高純度氫氣的純度可達(dá)99.9999%以上。
全文摘要
本發(fā)明為一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)及產(chǎn)生氫氣的方法，用以提升氫氣的純度。該氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)包含一供應(yīng)腔體，儲(chǔ)存有粗制氫氣；一純化組件，與該供應(yīng)腔體連接，其用以吸附該粗制氫氣中的高純度氫氣；以及一熱交換組件，其與該純化組件進(jìn)行熱交換，調(diào)節(jié)該純化組件的溫度，以排除該粗制氫氣中的不純氣體，進(jìn)而由該純化組件中釋放該高純度氫氣。本發(fā)明可獲得高純度氫氣，其所采用方法為批次式產(chǎn)氫，且可將產(chǎn)生的高純度氫氣儲(chǔ)存在本系統(tǒng)中以待后端使用者使用，此技術(shù)無(wú)需增加許多繁復(fù)昂貴的材料與設(shè)備，所生產(chǎn)出的高純度氫氣的成本低廉且使用容易。
文檔編號(hào)C01B3/50GK101209817SQ20061017230
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月30日
發(fā)明者趙令裕, 鄭錫聰 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院