[发明专利]高效交换膜电解水制氢装置

说明书

技术领域

    本发明涉及电解水制氢领域，特别涉及一种高效交换膜电解水制氢装置。

背景技术

随着化石燃料的日益减少，环境污染的严重，就迫切需要一种储量丰富且环保的燃料。氢是在燃烧时无污染的燃料，被人们认为是一种理想能源。氢能正是符合需要的理想新能源。氢能的开发利用必须解决氢能：来源问题，大量、廉价、安全及规模化生产是实现氢能利用的根本。目前生产氢，耗能高，同时有很多技术壁垒没突破。因此，必须寻找一种低能耗、高效率、大规模制氢的技术方法。

目前的酸碱式的电解水制氢装置，不仅电解效率低，而且腐蚀性强，对环境造成污染，同时产生氢气纯度低，需要繁琐的净化处理工艺，才能应用。

传统酸碱式的电解水制氢气装置和普通的质子交换膜电解水制氢装置里的水和气体都需要额外的气水分离装置，都只能在地面环境使用，并且都要有增压装置才能向气瓶和储存设备充气。目前的制氢技术还不能让氢作为能源广泛使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效交换膜电解水制氢装置，解决了现在技术存在的上述问题。本发明是一种低能耗、高效率、能够实现大规模制氢的工业化新技术装置，可以把常压的水直接电解成填装高压气瓶及其它储存设备的高压氢氧气体，不额外需要增压装置和汽水分离装置，产生的气体压力最小不低于20MPa，产生的氢氧气体分离、纯度高、不污染环境，可以直接使用。系统简单、安全、轻便、耗能低、效率高、质量小，造价低。可以实现工业化大规模生产，是新一代氢气、氧气工业化大规模制备系统，可以实现高纯度氢氧气体的快速制备和规模化生产，可以广泛应用于各类车辆，船舶，航空飞行器，航天，发电等领域。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

高效交换膜电解水制氢装置，多孔透性离子组件2及普通加强膜组件4分别固定设置在箱体内，并将箱体分隔为储水腔1、氢气生成腔3及氧气生成腔5；所述的多孔透性离子组件2及普通加强膜组件4的两侧表面的周边均设置绝缘层。

所述的多孔透性离子组件2由顺序压合在一起的左侧支撑抗压金属件16、左侧多孔催化层17、多孔透性离子膜18、右侧多孔催化层19及右侧支撑抗压金属件20构成，其中左侧支撑抗压金属件16与储水腔1相接触，右侧支撑抗压金属件20与氢气生成腔3相接触。

所述的左侧支撑抗压金属件16覆盖在左侧多孔催化层17上，并设有一个接线端子Ⅰ6与外界电源正极相连；左侧多孔催化层17用于将氢气分解成氢离子，材料采用表面布满小孔的碳载铂介质催化层；左侧多孔催化层17只允许水分子和质子通过，而不允许氢分子自由通过；多孔透性离子膜18为表面布满小孔的全氟磺酸离子交换膜；右侧多孔催化层19用于促进氢离子重新生成氢气，材料采用表面布满小孔的碳载铂介质催化层；右侧支撑抗压金属件20覆盖在右侧多孔催化层19上，并设有一个接线端子Ⅱ7与外界电源负极相连。

所述的左、右侧支撑抗压金属件16、20均采用表面布满小孔的钛合金。

所述的氢气生成腔3的宽度小于2毫米，在顶端设有氢气出口11。

所述的普通加强膜组件4由左侧膜电极支撑金属件21、普通膜电极22及右侧膜电极支撑金属件23依序压合成型的高活性零极距电极。

所述的左、右侧膜电极支撑金属件21、23均采用表面布满小孔的介质材料，且分别完全覆盖在它们中间的普通膜电极22上，外部分别设置接线端子Ⅵ、Ⅲ13、12外界电源连接；其中，左侧膜电极支撑金属件21的接线端子Ⅵ13与外界的电源负极连接，右侧膜电极支撑金属件23的接线端子Ⅲ12与外界的电源正极连接。

所述的左、右侧膜电极支撑金属件21、23材料分别采用表面布满小孔的316L和301L不锈钢。

所述的储水腔1的顶端设有进水口15与进水管路14相连，底端设有出水口9与出水管路8相连。

所述的氧气生成腔5的顶端设有氧气输出口10。

本发明的储水腔1内的水在扩散后通过多孔透性离子膜组件2，以蒸汽的形式到达氢气生成腔3，再扩散到普通加强膜组件4。普通加强膜组件4将蒸汽电解，在靠近氢气生成腔3一侧生成氢气，再在靠近氧气生成腔5一侧生成氧气，通过管道集中就可以使用了。

储水腔1是普通的存水容器，能够长时间存储常压的水，顶端有进水口15，底端有出水口9。氢气、氧气分别通过氢气出口11、氧气输出口10由单独管道输出。氧气生成腔5的壁采用301L不锈钢。氧气生成腔5的壁是右侧膜电极支撑金属件23的一个侧面，采用301L不锈钢。