一种氢分离性能测试装置以及测试氢分离性能的方法

本发明涉及高温氢分离膜，更具体地涉及一种氢分离性能测试装置以及测试氢分离性能的方法。

背景技术：

1、在以氢为基础的清洁能源的发展中，氢的分离和纯化是氢能源工业的一个重要组成部分。无论是材料成本低的钙钛矿基致密陶瓷氢气分离膜，高效的金属基致密氢分离膜(钯及钯合金)，还是多孔碳膜，研究人员在开发时需要测试氢分离膜的氢分离性能进而指导优化材料及工艺。

2、众所周知，氢气是一种十分活泼的气体，在氢分离测试时，吹扫侧尾气中的氢气主要由两部分组成，一部分是由氢分离膜工作时透过的氢气，另外一部分是由测试夹具密封或氢分离膜气孔所引起的漏气量，而正确辨别漏气量从而修正氢分离性能是保证实验数据准确的必要步骤。

3、现有的氢分离性能测试装置中，高温测试时，由于热膨胀的原因，往往导致测试夹具各部分结合不紧密，即由于高温条件下氢分离膜与夹具的热膨胀系数相差较大，密封性不强，这导致进料测的氢气易从两者连接处溢出。进而影响了测试的准确性。

技术实现思路

1、为了更精确的反映出真实由氢分离膜分离而来的氢气量，本发明提供一种氢分离性能测试装置以及测试氢分离性能的方法。

2、根据本发明的氢分离性能测试装置，其包括供气部件、测试夹具、控气部件和气体浓度测试部件，其中，测试夹具用于对氢分离膜进行夹持并包括分别位于氢分离膜的相对两侧的进料侧和吹扫侧，进料侧包括嵌套的第一陶瓷管和第二陶瓷管，氢分离膜固定连接在第二陶瓷管的上管口处，吹扫侧包括嵌套的第三陶瓷管和第四陶瓷管，第四陶瓷管通过台阶面嵌套扣合在氢分离膜和第二陶瓷管上卡紧氢分离膜，控气部件连通供气部件和测试夹具以分别向进料侧接入进料气体并向吹扫侧接入吹扫气体，气体浓度测试部件连接在吹扫侧以对氢分离膜的氢分离性能进行测试。

3、优选地，氢分离膜为陶瓷氢分离膜、金属膜或多孔碳膜。

4、优选地，第一陶瓷管从下方朝向氢分离膜插入第二陶瓷管中，第一陶瓷管的上管口与氢分离膜的下表面保持间隔开，第一陶瓷管的外表面与第二陶瓷管的内表面保持间隔开，进料气体从第一陶瓷管的下管口通入，经过第一陶瓷管的外表面与第二陶瓷管的内表面之间的环形间隙后通过第二陶瓷管上的出气口排出。

5、优选地，第三陶瓷管从上方朝向氢分离膜插入第四陶瓷管中，第三陶瓷管的下管口与氢分离膜的上表面保持间隔开，第三陶瓷管的外表面与第四陶瓷管的内表面保持间隔开，吹扫气体从第三陶瓷管的上管口通入，经过第三陶瓷管的外表面与第四陶瓷管的内表面之间的环形间隙后通入气体浓度测试部件。

6、优选地，供气部件包括多个气瓶，其中，至少两个气瓶并联至测试夹具的进料侧以提供进料气体，另一气瓶连接至测试夹具的吹扫侧以提供吹扫气体。

7、优选地，多个气瓶分别提供h2、he、n2、ar和/或co2。

8、优选地，控气部件包括多个气体质量流量控制器和混气装置，其中，各气体质量流量控制器分别连接在各气瓶的下游以精确地控制进气量，混气装置连接在至少两个气瓶的下游以向进料侧通入混合气体。

9、根据本发明的利用上述的氢分离性能测试装置测试氢分离性能的方法，其中，在进料侧通入与氢气相同流量的氦气以进行氢分离膜的物理渗透的标定。

10、优选地，气体浓度测试部件得到的氢气浓度扣除氦气漏气量得到用来计算氢分离膜的氢分离性能的氢气浓度。

11、优选地，向进料侧通入体积比为1：1的氦气与氢气混合气体。

12、根据本发明的氢分离性能测试装置以及测试氢分离性能的方法，易于装配、气密性良好、可以有效降低氢分离过程中的漏气量，同时可以通过测定漏气量保证测试结果的准确性。

技术特征：

1.一种氢分离性能测试装置，其特征在于，该氢分离性能测试装置包括供气部件、测试夹具、控气部件和气体浓度测试部件，其中，测试夹具用于对氢分离膜进行夹持并包括分别位于氢分离膜的相对两侧的进料侧和吹扫侧，进料侧包括嵌套的第一陶瓷管和第二陶瓷管，氢分离膜固定连接在第二陶瓷管的上管口处，吹扫侧包括嵌套的第三陶瓷管和第四陶瓷管，第四陶瓷管通过台阶面嵌套扣合在氢分离膜和第二陶瓷管上卡紧氢分离膜，控气部件连通供气部件和测试夹具以分别向进料侧接入进料气体并向吹扫侧接入吹扫气体，气体浓度测试部件连接在吹扫侧以对氢分离膜的氢分离性能进行测试。

2.根据权利要求1所述的氢分离性能测试装置，其特征在于，氢分离膜为陶瓷氢分离膜、金属膜或多孔碳膜。

3.根据权利要求1所述的氢分离性能测试装置，其特征在于，第一陶瓷管从下方朝向氢分离膜插入第二陶瓷管中，第一陶瓷管的上管口与氢分离膜的下表面保持间隔开，第一陶瓷管的外表面与第二陶瓷管的内表面保持间隔开，进料气体从第一陶瓷管的下管口通入，经过第一陶瓷管的外表面与第二陶瓷管的内表面之间的环形间隙后通过第二陶瓷管上的出气口排出。

4.根据权利要求1所述的氢分离性能测试装置，其特征在于，第三陶瓷管从上方朝向氢分离膜插入第四陶瓷管中，第三陶瓷管的下管口与氢分离膜的上表面保持间隔开，第三陶瓷管的外表面与第四陶瓷管的内表面保持间隔开，吹扫气体从第三陶瓷管的上管口通入，经过第三陶瓷管的外表面与第四陶瓷管的内表面之间的环形间隙后通入气体浓度测试部件。

5.根据权利要求1所述的氢分离性能测试装置，其特征在于，供气部件包括多个气瓶，其中，至少两个气瓶并联至测试夹具的进料侧以提供进料气体，另一气瓶连接至测试夹具的吹扫侧以提供吹扫气体。

6.根据权利要求5所述的氢分离性能测试装置，其特征在于，多个气瓶分别提供h2、he、n2、ar和/或co2。

7.根据权利要求5所述的氢分离性能测试装置，其特征在于，控气部件包括多个气体质量流量控制器和混气装置，其中，各气体质量流量控制器分别连接在各气瓶的下游以精确地控制进气量，混气装置连接在至少两个气瓶的下游以向进料侧通入混合气体。

8.一种利用根据权利要求1-7中任一项所述的氢分离性能测试装置测试氢分离性能的方法，其特征在于，在进料侧通入与氢气相同流量的氦气以进行氢分离膜的物理渗透的标定。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，气体浓度测试部件得到的氢气浓度扣除氦气漏气量得到用来计算氢分离膜的氢分离性能的氢气浓度。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，向进料侧通入体积比为1：1的氦气与氢气混合气体。

技术总结
本发明涉及一种氢分离性能测试装置，测试夹具用于对氢分离膜进行夹持并包括分别位于氢分离膜的相对两侧的进料侧和吹扫侧，氢分离膜固定连接在第二陶瓷管的上管口处，第四陶瓷管通过台阶面嵌套扣合在氢分离膜和第二陶瓷管上卡紧氢分离膜，控气部件连通供气部件和测试夹具以分别向进料侧接入进料气体并向吹扫侧接入吹扫气体，气体浓度测试部件连接在吹扫侧以对氢分离膜的氢分离性能进行测试。本发明还涉及利用上述的氢分离性能测试装置测试氢分离性能的方法。根据本发明的氢分离性能测试装置以及测试氢分离性能的方法，易于装配、气密性良好、可以有效降低氢分离过程中的漏气量，同时可以通过测定漏气量保证测试结果的准确性。

技术研发人员：王建强,张林娟,朱健秋,林逍,张宇轩,崔景赠
受保护的技术使用者：中国科学院上海应用物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8