气水分离装置及方法与流程

1.本技术属于氢气体纯化领域，更具体地说，是涉及一种气水分离装置及方法。


背景技术：

2.随着国内新能源系统的普及和发展，氢燃料电池的发展越来越快。其中，甲醇制氢技术也在不断发展，甲醇制氢的化学反应需要向制氢机构中放入甲醇水和催化剂在特定的温度下发生化学反应可以生成氢气和水，如果直接将制氢机构中生成的氢气和水排入到氢能源设备中，液态的水会对设备造成损坏，所以需要将制氢机构中生成的液态水和氢气进行分离，最后将从生成物中分离出来的氢气使用到氢能源的设备中，但是现有的气水分离装置在将气体与液态水分离时，由于大气压大于分离罐内部的气压，从而造成分离罐出现排水速度慢，严重影响生产效率。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种气水分离装置及方法，以解决现有技术中的气水分离装置存在排水速度慢的技术问题。
4.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种气水分离装置，包括：分离罐，所述分离罐内设有用于储存气水混合物的分离腔，所述分离罐上设有分别与所述分离腔连通的气水混合物进口、排气口、排水口及进气口；制氢机构，所述制氢机构与所述气水混合物进口连接，所述制氢机构中的气水混合物能够经所述气水混合物进口输送至所述分离腔中；真空泵，所述真空泵与所述排气口连接，用于将所述分离腔中的气体经所述排气口抽出；排水阀，所述排水阀连接排水口，用于开启或关闭述排水口；鼓风机，所述鼓风机与所述进气口连接，用于将外部气体经所述进气口输送至所述分离腔中。
5.本技术提供的气水分离装置的有益效果在于：与现有技术相比，本技术气水分离装置通过将制氢机构与气水混合物进口连接，将真空泵与分离腔连通，当需要在制氢机构的生成物中将氢气分离出来时，直接将制氢机构的生成物排入到分离腔中，由于液态水的密度大于氢气的密度，所以液态水会聚集在分离腔的底部，而氢气会聚集在分离腔的顶部，然后直接通过真空泵将分离腔中的氢气抽出即可；同时，在分离罐上设有排水口，鼓风机与进气口连接，当需要将分离腔中的液态水排出时，直接关闭真空泵和进料阀，打开排水阀和进气阀，接着启动鼓风机，即可快速地将分离腔中的液态水从排水口排出，提升分离罐的排水速度。
6.在其中一个实施例中，所述排水口设于所述分离罐的底部；所述进气口沿竖直方向设于所述排气口与所述排水口之间。
7.在其中一个实施例中，还包括有第一管道及进料阀，所述第一管道两端分别与所述气水混合物进口和所述制氢机构连接，进料阀设置在第一管道上，并设于所述气水混合物进口与所述制氢机构之间。
8.在其中一个实施例中，还包括有第二管道及进气阀，所述第二管道两端分别与所
述排气口和所述鼓风机连接，所述进气阀设置在所述第二管道上，并设于所述排气口与所述鼓风机之间。
9.在其中一个实施例中，所述分离腔中设有气压检测器。
10.在其中一个实施例中，所述分离腔中设有水位检测器。
11.为实现上述产品结构，本技术还提供一种气水分离方法，采用前述的气水分离装置，气水分离装置包括分离罐、制氢机构、真空泵、鼓风机、进料阀、排水阀、进气阀、气压检测器及水位检测器，其中，所述进料阀连接于所述分离罐的气水混合物进口与所述制氢机构之间，所述进气阀连接所述分离罐的进气口与所述鼓风机之间，所述真空泵连接所述排气口；所述气水分离方法包括以下步骤：s1：启动液位检测器和气压检测器，液位检测器检测所述分离腔中的液位，气压检测器检测所述分离腔中的气压；s2：启动所述真空泵，开启所述进料阀，所述制氢机构中的输送气水混合物经气水混合物进口输送至所述分离腔中，所述真空泵将所述分离腔中的气体经所述排气口抽出；s3：判断所述分离腔中的液位是否到达第一预设液位，若是，则进入步骤s4，若否，进入步骤s5；s4：停止所述真空泵，关闭进料阀，打开所述排水阀和进气阀，启动所述鼓风机，鼓风机向分离腔中输送气体，分离腔中的水经排水口排出；s5：判断所述分离腔中的气压是否大于预设气压，若是，则进入步骤s2，若否，则进入步骤s6；s6：停止所述真空泵，关闭所述进料阀。
12.在其中一个实施例中，所述步骤s4之后还包括有以下步骤：s7：判断所述分离腔中的液位是否到达第二预设液位，所述第二预设液位低于所述第一预设液位，若是，则进入步骤s8，若否，进入步骤s4；s8：关闭所述鼓风机，关闭所述排水阀和所述进气阀，启动所述真空泵。
13.在其中一个实施例中，所述步骤s8之后还包括有以下步骤：s9：判断所述分离腔中的气压是否小于或等于预设气压，若是，则进入步骤s2，若否，则进入步骤s8。
14.在其中一个实施例中，所述预设气压值为-95kpa。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本技术实施例提供的气水分离装置的主视图；
17.图2为本技术实施例提供的气水分离方法的流程图。
18.其中，图中各附图标记：
19.10、分离罐；11、分离腔；12、气水混合物进口；13、排气口；14、排水口；15、进气口；
20.20、制氢机构；21、第一管道；22、进料阀；
21.30、真空泵；
22.40、排水阀；
23.50、鼓风机；51、第二管道；52、进气阀。
具体实施方式
24.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
26.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
29.请一并参阅图1及图2，现对本技术实施例提供的气水分离装置进行说明。所述气水分离装置，包括分离罐10、制氢机构20、真空泵30、排水阀40和鼓风机50。
30.分离罐10内设有用于储存气水混合物的分离腔11，分离罐10上设有分别与分离腔11连通的气水混合物进口12、排气口13、排水口14及进气口15；制氢机构20与气水混合物进口12连接，制氢机构20中的气水混合物能够经气水混合物进口12输送至分离腔11中；真空泵30与排气口13连接，用于将分离腔11中的气体经排气口13抽出；排水阀40连接排水口14，用于开启或关闭述排水口14；鼓风机50与进气口15连接，用于将外部气体经进气口15输送至分离腔11中。
31.例如，如图1和图2所示，分离罐10的内部形成有用于储存气水混合物的分离腔11，分离罐10上设有分别与分离腔11连通的气水混合物进口12、排气口13、排水口14和进气口15，其中气水混合物从气水混合物进口12进入到分离腔11中，气水混合物中的液体从排水口14排出，气水混合物中的气体从排气口13排出。制氢机构20与气水混合物进口12连接，制氢机构20在制氢的过程中能够生成氢气和水，生成的氢气和水经过气水混合物进口12输送至分离腔11中，由于氢气和水自身的密度不一样，在二者进入到分离腔11中之后，水就会沉落到分离腔11的底部，而氢气则浮在分离腔11的顶部。真空泵30与排气口13连接，真空泵30能够将分离腔11顶部的氢气从排气口13抽出。排水阀40设置在排水口14处，排水阀40用于开启或关闭排水口14。鼓风机50与进气口15连接，鼓风机50能够将气体输送至分离腔11内，以使得分离腔11底部的水能够快速从排水口14排出分离腔11。
32.本技术提供的气水分离装置，与现有技术相比，通过将制氢机构20与气水混合物进口12连接，将真空泵30与分离腔11连通，当需要在制氢机构20的生成物中将氢气分离出来时，直接将制氢机构20的生成物排入到分离腔11中，由于液态水的密度大于氢气的密度，所以液态水会聚集在分离腔11的底部，而氢气会聚集在分离腔11的顶部，然后直接通过真
空泵30将分离腔11中的氢气抽出即可；同时，在分离罐10上设有排水口14，鼓风机50与进气口15连接，当需要将分离腔11中的液态水排出时，直接关闭真空泵30和进料阀22，打开排水阀40和进气阀52，接着启动鼓风机50，即可快速地将分离腔11中的液态水从排水口14排出，提升分离罐10的排水速度，进而提高生产效率。
33.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1，气水混合物进口12设于分离罐10的顶部，排气口13靠近气水混合物进口12设置，排水口14设于分离罐10的底部，进气口15沿竖直方向设于排气口13与排水口14之间，并靠近排水口14设置。
34.具体地，由于液态水密度大于空气和氢气，所以液态水会始终位于分离腔11的底部，通过将排水口14设置在分离腔11的底部，使得分离腔11内的液态水能够尽量地排干净，避免出现分离腔11内的液态水排不干净的情况发生。
35.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1，气水分离装置还包括有第一管道21及进料阀22，第一管道21的两端分别与气水混合物进口12和制氢机构20连接，进料阀22设置在第一管道21上，并设于气水混合物进口12与制氢机构20之间，进料阀22通过导通或截止第一管道21。
36.具体地，第一管道21设置在分离罐10和制氢机构20之间，制氢机构20中生成的氢气和水能够通过第一管道21传输到分离腔11中，同时，由于工作人员在排水的时候，需要关闭进料阀22，在抽氢气的时候，需要打开进料阀22，在第一管道21上设有进料阀22，工作人员能够通过控制制氢机构20与分离罐10之间的通断，控制分离腔11中抽氢气和排液态水的时间，使得气水分离装置能够有序运行。
37.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1，气水分离装置还包括有第二管道51及进气阀52，第二管道51两端分别与排气口13和鼓风机50连接，进气阀52设置在第二管道51上，并设于排气口13与鼓风机50之间。
38.具体地，第二管道51设置在分离罐10和鼓风机50之间，鼓风机50能够将外部的空气通过第二管道51传输到分离腔11中，从而在排水的时候，能够带动分离腔11内的水快速地从排水口14排出，同时，由于工作人员在收集分离腔11内的氢气的时候，需要关闭其他能够与外界空气连通的通道，从而需要先将排水阀40和进气阀52关闭，接着才打开进料阀22，让制氢机构20中的氢气和水排入到分离腔11中，然后再打开真空泵30抽出分离腔11中的氢气，通过在鼓风机50与分离罐10之间设置第二管道51和进气阀52，能够有效控制鼓风机50与分离罐10之间的通断，控制分离腔11中抽氢气和排液态水的时间，使得气水分离装置能够有序运行。
39.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1，分离腔11中设有气压检测器。
40.具体地，气压检测器安装在分离腔11的内部，气压检测器与外部的显示装置无线信号连接，当气压检测器启动后，气压检测器能够实时地将分离腔11内的气压信息传递到外部的显示装置中供工作人员查看，气压检测器能够实时地检测分离腔11内的气压状态，在生成氢气的时候，制氢机构20与真空泵30同时运行，制氢气体产生的氢气和水进入到分离腔11之后，氢气与水分离，接着真空泵30将分离腔11中的氢气抽走，在这过程中如果制氢机构20中产生的氢气与真空泵30抽走的氢气相等，分离腔11中的气压处于平衡状态，如果制氢机构20中产生的氢气小于真空泵30抽走的氢气，或者制氢机构20中停止产生氢气，而真空泵30持续在运行的话，分离腔11中的气压会不断降低，通过在分离腔11内设置气压检
测器，工作人员能够实时地了解到分离腔11的气压状况，当分离腔11内的气压低于或者高于安全范围，则需要立即采取行动，以放置危险情况发生。
41.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1，分离腔11中设有水位检测器。
42.具体地，水位检测器安装在分离腔11的内部，水位检测器与外部的显示装置无线信号连接，当水位检测器启动后，水位检测器能够实时地将分离腔11内的液位信息传递到外部的显示装置中供工作人员查看，水位检测器能够实时地检测分离腔11内的水位情况，由于分离罐10的体积有限，制氢机构20中生成的氢气和水进入到分离腔11内之后，只有氢气会被真空泵30抽走，而液态水则会储存在分离腔11中，当分离腔11内的水越来越多，则用于储存氢气的空间就会越来越小，而真空泵30会以恒定的功率在运行，从而当分离腔11中用于储存氢气的空间越来越小，则分离腔11内的气压则会加速下降，从而造成造成危险，通过在分离腔11内设有水位检测器，工作人员能够实时地观察到分离腔11内的水位情况，当分离腔11内的水位高于安全值时，立即停止制氢机构20继续向分离腔11内排入氢气和水，关闭真空泵30，打开鼓风机50、排水阀40和进气阀52进行排水。
43.请参阅图2，本技术还提供一种气水分离方法，采用上述气水分离装置，气水分离装置包括分离罐10、制氢机构20、真空泵30、鼓风机50、进料阀22、排水阀40、进气阀52、气压检测器及水位检测器。其中，进料阀22连接于分离罐10的气水混合物进口12与制氢机构20之间，排水阀40连接分离罐10的排水口14，进气阀52连接分离罐10的进气口15与鼓风机50之间，真空泵30连接排气口13，气压检测器及水位检测器均设置分离腔11中。气水分离方法包括以下步骤：
44.s1：启动液位检测器和气压检测器，液位检测器检测分离腔11中的液位，气压检测器检测分离腔11中的气压；
45.s2：启动真空泵30，开启进料阀22，制氢机构20中的输送气水混合物经气水混合物进口12输送至分离腔11中，真空泵30将分离腔11中的气体经排气口13抽出；
46.s3：判断分离腔11中的液位是否到达第一预设液位，若是，则进入步骤s4，若否，进入步骤s5；
47.s4：停止真空泵30，关闭进料阀22，打开排水阀40和进气阀52，启动鼓风机50，鼓风机50向分离腔11中输送气体，分离腔11中的水经排水口14排出；
48.s5：判断分离腔11中的气压是否大于预设气压，若是，则进入步骤s2，若否，则进入步骤s6；
49.s6：停止真空泵30，关闭进料阀22。
50.上述实施例的气水分离方法中，所设计的分离罐10、制氢机构20、真空泵30、鼓风机50、进料阀22、排水阀40、进气阀52、气压检测器及水位检测器，首先在开始时，先启动分离腔11内的气压检测器和液位检测器；然后打开进料阀22，让制氢机构20中的氢气和液态水混合物能够从气水混合物进口12进入到分离腔11中，接着启动真空泵30，使得分离腔11中的氢气能够经排气口13排出；再然后判断分离腔11中的液位是否达到第一预设液位，其中第一预设液位为在进行气水分离工序时分离腔11内所能承受的最高液位，当分离腔11中的液位到达第一预设液位时，需立即停止制氢机构20继续向分离腔11传输气水混合物，关闭进料阀22，关闭真空泵30，然后打开第二管道51中的进气阀52，打开鼓风机50，以使得鼓风机50与分离腔11连通，此时，分离腔11内的液体快速地从排水口14排出；当分离腔11中的
液位没有到达第一预设液位时，接着判断分离腔11中的气压是否大于工作人员设定的预设气压，当分离腔11中的气压还是大于预设气压，继续打开进料阀22和启动真空泵30，当分离腔11中的气压还是小于或等于预设气压，则表明制氢机构20中不再生成氢气和水等生成物，接着关闭进料阀22和关闭真空泵30，结束气水分离装置运行。
51.本技术提供的气水分离方法，与现有技术相比，通过在分离腔11内设有气压检测器和液位检测器，实时地观察到分离腔11中的气压和液位状态，在收集氢气的过程中，当检测到分离腔11中的液体到达第一预设液位时，立即执行排水操作，将分离腔11中的液体排离分离腔11，当制氢机构20中不在生成氢气和水等生成物，而造成分离腔11中的气压小于或等于预设气压时，立即停止收集氢气的操作，关闭进料阀22和真空泵30，从而使得气水分离装置能够有序地进行收集氢气和排水的工序。
52.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2，前述步骤s4之后还包括有以下步骤：
53.s7：判断分离腔11中的液位是否到达第二预设液位，若是，则进入步骤s8，若否，进入步骤s4；
54.s8：关闭鼓风机50，关闭排水阀40和进气阀52，启动真空泵30。
55.具体地，在步骤s4之后，判断分离腔11中的液位是否到达第二预设液位，其中，当分离腔11中的液位到达第二预设液位时，分离腔11内的液体几乎排尽，当分离腔11中的液位到达第二预设液位时，停止鼓风机50运行，然后关闭排水阀40和进气阀52，接着启动真空泵30，这个步骤s8主要作用是将鼓风机50鼓入分离腔11的空气抽走，以避免后续生成的氢气与空气混合在一起；当分离腔11中的液位没有到达第二预设液位时，则继续步骤s4的排水工序，直到分离腔11中的水排到第二预设液位才执行步骤s8。
56.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2，前述步骤s8之后还包括有以下步骤：
57.s9：判断分离腔11中的气压是否小于或等于预设气压，若是，则进入步骤s2，若否，则进入步骤s8。
58.具体地，在步骤s8之后，判断分离腔11中的气压是否小于或等于预设气压，当分离腔11中的气压小于或等于预设气压，则表明分离腔11内的空气被抽干净，可以执行步骤s2，重新打开进料阀22，接着启动真空泵30，让制氢机构20中的氢气和液态水混合物能够从气水混合物进口12进入到分离腔11中，然后分离腔11中的氢气经排气口13被真空泵30抽走，当分离腔11中的气压还是大于预设气压，则表明分离腔11中的空气没有被抽除干净，真空泵30需要继续运行，知道分离腔11中的气压小于或等于预设气压才执行步骤s2。
59.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图2，预设气压值为-95kpa。
60.具体地，在本实施例中预设气压值为-95kpa，其中，-95kpa小于正常气压值，所以当分离腔11的气压值为-95kpa时，为负压状态，可以理解为分离腔11内的气体被抽除干净。
61.以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。