氮氢空一体机是一种集氮气、氢气、空气发生器为一体的综合气体发生器,它能够在同一设备中同时生成这三种气体,具有高效、安全、方便、经济的特点。其主要通过电解水产生氢气和分解氨气(或利用压力摆脱吸附技术、膜分离技术从空气中提取氮气)来生成所需的气体。在电解水的过程中,阴极产生氢气,阳极产生氧气;而分解氨气则是在高温高压下将液态氨分解为氮气和氢气。通过这种方式,氮氢空一体机能够快速产生大量高纯度的氮气、氢气和空气。
氮氢空一体机其主要组成部分可以清晰地划分为三大功能模块,以及共用的控制系统和结构框架:
1、空气压缩与净化模块
这是整个系统的“气源”基础,负责提供洁净、干燥的压缩空气。
空气压缩机:
核心部件,通常为无油活塞式或滚动转子式压缩机。
功能:吸入环境空气并将其压缩至所需的工作压力(通常0.4-0.5 MPa)。
关键点:采用“无油”设计,从源头避免润滑油污染气体。
储气罐:
作用:储存压缩空气,缓冲压力波动,使气流更稳定。
排水阀:底部装有手动或自动排水阀,用于定期排出压缩过程中产生的冷凝水。
空气净化系统:
通常由多级过滤器串联组成,逐级去除空气中的杂质:
粉尘过滤器/初效滤芯:过滤空气中的大颗粒灰尘和杂质。
活性炭过滤器:吸附空气中的油雾(来自环境或压缩机微量泄漏)、水蒸气和有机挥发物(VOCs)。
变色硅胶/分子筛干燥管:深度干燥空气,将露点降至-40°C以下,确保空气极度干燥,防止后续系统结露和腐蚀。
2、氮气发生模块
利用空气作为原料,通过物理方法分离出高纯度氮气。
核心分离技术:变压吸附(PSA,Pressure Swing Adsorption)。
碳分子筛(CMS,Carbon Molecular Sieve):
填充在吸附柱中,是PSA技术的核心材料。
原理:在加压状态下,碳分子筛优先吸附空气中的氧气、二氧化碳和水分子,让氮气通过;在减压状态下,被吸附的杂质脱附并排出,实现分子筛的再生。
吸附柱:通常为两个,交替进行吸附和再生,实现连续产氮。
气动控制阀组(电磁阀):控制气体流向,实现两个吸附柱的循环切换。
氮气输出口:连接至用气设备,通常配有压力表和流量计。
3、氢气发生模块
通过电解水的方式产生高纯度氢气。
核心原理:碱性水电解(通常使用KOH或NaOH溶液作为电解质)。
电解槽:
核心部件,内部有多个串联的电解池。
原理:直流电通过电解液,水(H₂O)在阴极分解产生氢气(H₂),在阳极分解产生氧气(O₂)。
氢气净化系统:
电解产生的氢气含有水蒸气,需经过干燥管(通常填充变色硅胶或分子筛)进行干燥,达到露点要求。
氧气排放口:电解产生的氧气作为副产品,通过管道直接排入大气(需确保通风良好)。
液位计与补液口:
用于观察和补充高纯水(去离子水或蒸馏水)。
注意:只允许补充水,不可添加电解质。
氢气输出口:连接至用气设备,通常有压力表和流量计。
4、共用系统与结构
中央控制系统:
微电脑控制器:集成在控制面板上,用于设定参数、监控运行状态、显示压力/流量/报警信息。
传感器:包括压力传感器、液位传感器、温度传感器等,实时反馈设备状态。
报警系统:当出现缺水、压力异常、过热等故障时,发出声光报警并可能自动停机。
电源系统:提供设备运行所需的电力。
机箱与框架:将上述所有模块集成在一个紧凑的机箱内,通常配有散热风扇和减震装置。
气体输出接口:标准化的接头(如压帽式、快插接头),分别标有N₂、H₂、Air,方便连接气路管线。