本發明涉及一種高壓氫氣供給裝置及其制作方法和使用方法。
背景技術：
氫氣是一種極易燃燒、無色透明的氣體，氫氣的密度非常小，只有空氣的1/14，氫氣是相對分子質量最小的物質。氫氣特殊的物理和化學性質決定了氫氣具有廣泛而特殊的用途。氫氣在生活中可以作為輕介質充入氣球使得氣球飛起來，在工業上可以做高能燃料，作為動力火箭的推進劑，并且，氫氣也是重要的化工原料，用來合成氨工業。隨著新技術的發展，氫氣的應用將更加廣泛和重要。
隨著氫氣用途的不同，對氫氣的技術要求也不一樣，比如氫氣純度、氫氣壓力、溫度等。通常情況下，氫氣被罐裝在氫氣瓶（40L、10L、8L等）中，通過氫氣減壓閥進行輸出使用，從而實現高壓氫氣的供給。
但是罐裝在氫氣瓶中的氫氣壓力一般﹤15MPa，所以最大的氫氣供給壓力不超過15MPa。如果需要更高壓力（>15MPa）的氫氣源，一般通過氣體增壓泵或氣體壓縮機將較低壓力的氫氣增壓到較高的壓力，氫氣壓力達到幾十甚至數百兆帕。但是氣體增壓泵的造價和成本較高，通常用于加氫站或高端科研領域，很難普及使用。
技術實現要素：
針對上述現有技術的不足，本發明提供一種能夠在不同條件下大量、快速和高效地釋放氫氣的高壓氫氣供給裝置。
為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：
一種高壓氫氣供給裝置，包括密閉的內裝LaNi5材料的貯氫化學床，與貯氫化學床內空間連接的輸出管道，均設置于輸出管道上的第一高壓閥和壓力傳感器，包裹該貯氫化學床設置的加熱器，以及與加熱器連接的溫控儀。
進一步地，所述輸出管道上還設有過濾器。
進一步地，所述輸出管道上還連接有一供給支路和一真空支路，所述供給支路上設有第二高壓閥，所述真空支路上設有第三高壓閥。
具體地，所述壓力傳感器連接于該輸出管道與共計支路和真空支路的連接處。
優選地，所述加熱器為電阻絲加熱方式的電爐，加熱范圍為室溫～600℃。
基于上述構造，本發明還提供了該高壓氫氣供給裝置的制作方法，包括如下步驟：
（10）將所述高壓氫氣供給裝置連接后進行檢漏；
（11）關閉第三高壓閥，打開第一高壓閥和第二高壓閥，由供給支路向貯氫化學床內充氦氣，觀察所述壓力傳感器變化至30MPa時，關閉第二高壓閥，停止充氦；
（12）采用氦質譜檢漏儀對所述高壓氫氣供給裝置檢漏，當整體漏率低于1×10-9 Pa?m3s-1時進行下一步；
（20）對所述貯氫化學床內的LaNi5材料進行活化；
（21）將真空泵連接于真空支路，打開第三高壓閥，用真空泵對貯氫化學床進行冷抽，排出其內空氣；
（22）調節所述溫控儀，使加熱器以5℃/min的升溫速率將貯氫化學床加熱至400℃，加熱同時用真空泵繼續抽真空至真空度低于5Pa；
（23）調節溫控儀，將貯氫化學床降至室溫，同時關閉第三高壓閥，在供給支路連接氫源，打開第二高壓閥，向貯氫化學床內充入氫氣，直至LaNi5材料吸氫達到飽和，其中，所述氫源的供給壓力為2MPa。
具體地，所述步驟（21）中，冷抽時間不小于3小時，冷抽后貯氫化學床內真空度低于5Pa。
進一步地，所述步驟（21）~（23）重復至少兩次。
為了體現本發明的有點，本發明還提供上述高壓氫氣供給裝置的使用方法，包括如下步驟：
（A）按照上述高壓氫氣供給裝置的制作方法將所述貯氫化學床內的LaNi5材料充氫活化；
（B）在需要使用氫氣時，關閉第一、第二、第三高壓閥，將供給支路與需要使用氫氣的容器或管道連通，然后調節溫控儀，使加熱器將貯氫化學床加熱至設定溫度，同時觀察壓力傳感器的壓力，當壓力傳感器指示壓力大于所需壓力時，緩慢打開第一、第二高壓閥，將氫氣輸出。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
（1）本發明利用固體狀態的材料貯氫，其體積濃度大于液氫，貯氫后的濃度LaNi5H6比高壓鋼瓶貯氫安全，比液氫安全，成本低，并可解決長期儲存和安全運輸的問題，貯氫材料放出的氫氣純度可達99.9999%，而且本發明構思巧妙，結構簡單，使用方便，具有廣泛的應用前景，適合推廣應用。
（2）本發明由于是采用固體貯氫材料貯氫，既不用貯存高壓氫氣所需的大而笨重的鋼瓶，又不需存放液態氫那樣極低的溫度條件，需要貯氫時使合金與氫反應生成金屬氫化物并放出熱量，需要用氫時通過加熱或減壓使貯存于其中的氫釋放出來，如同蓄電池的充放電一樣，是一種簡便易行的貯氫方式。
（3）貯氫合金材料的吸放氫壓力隨溫度的升高成對數關系升高，在常溫下吸入較低壓力的普通氫氣，在較高溫度下則可釋放出高壓高純度氫氣。根據這一原理，還可制成兼有凈化與壓縮雙重功能的無運動件高壓高純氫壓縮器。
（4）LaNi5是一種常溫下具有較高吸氫能力的貯氫材料，它是非核材料，沒有放射性，氫化物的最大化學計量為LaNi5H6，LaNi5貯氫密度約為175 ml/g。室溫下，LaNi5飽和吸氫時的平衡離解壓稍高于大氣壓，約為0.2 MPa，中等溫度下有較高的平衡離解壓。本發明可以根據LaNi5貯氫材料在不同溫度下的平衡離解壓給研究對象提供特定壓力的氫氣，系統可根據需要選擇LaNi5貯氫化學床加熱溫度，使用方便，安全性好。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
如圖1所示，該高壓氫氣供給裝置，包括密閉的內裝LaNi5材料的貯氫化學床1，與貯氫化學床內空間連接的輸出管道2，均設置于輸出管道上的第一高壓閥3和壓力傳感器4，包裹該貯氫化學床設置的加熱器5，與加熱器連接的溫控儀6，連接于輸出管道上的過濾器7。其中，所述輸出管道上還連接有一供給支路8和一真空支路10，所述供給支路上設有第二高壓閥9，所述真空支路上設有第三高壓閥11。具體地，所述壓力傳感器連接于該輸出管道與共計支路和真空支路的連接處。優選地，所述加熱器為電阻絲加熱方式的電爐，加熱范圍為室溫～600℃。
基于上述構造，本發明還提供了該高壓氫氣供給裝置的制作方法，包括如下步驟：
（10）將所述高壓氫氣供給裝置連接后進行檢漏；
（11）關閉第三高壓閥，打開第一高壓閥和第二高壓閥，由供給支路向貯氫化學床內充氦氣，觀察所述壓力傳感器變化至30MPa時，關閉第二高壓閥，停止充氦；
（12）采用氦質譜檢漏儀對所述高壓氫氣供給裝置檢漏，當整體漏率低于1×10-9 Pa?m3s-1時進行下一步；
（20）對所述貯氫化學床內的LaNi5材料進行活化；
（21）將真空泵連接于真空支路，打開第三高壓閥，用真空泵對貯氫化學床進行冷抽，排出其內空氣；
（22）調節所述溫控儀，使加熱器以5℃/min的升溫速率將貯氫化學床加熱至400℃，加熱同時用真空泵繼續抽真空至真空度低于5Pa；
（23）調節溫控儀，將貯氫化學床降至室溫，同時關閉第三高壓閥，在供給支路連接氫源，打開第二高壓閥，向貯氫化學床內充入氫氣，直至LaNi5材料吸氫達到飽和，其中，所述氫源的供給壓力為2MPa。
具體地，所述步驟（21）中，冷抽時間不小于3小時，冷抽后貯氫化學床內真空度低于5Pa。
進一步地，所述步驟（21）~（23）重復至少兩次。
為了體現本發明的有點，本發明還提供上述高壓氫氣供給裝置的使用方法，包括如下步驟：
（A）按照上述高壓氫氣供給裝置的制作方法將所述貯氫化學床內的LaNi5材料充氫活化；
（B）在需要使用氫氣時，關閉第一、第二、第三高壓閥，將供給支路與需要使用氫氣的容器或管道連通，然后調節溫控儀，使加熱器將貯氫化學床加熱至設定溫度，同時觀察壓力傳感器的壓力，當壓力傳感器指示壓力大于所需壓力時，緩慢打開第一、第二高壓閥，將氫氣輸出。
上述實施例僅為本發明的優選實施例，并非對本發明保護范圍的限制，但凡采用本發明的設計原理，以及在此基礎上進行非創造性勞動而作出的變化，均應屬于本發明的保護范圍之內。