CN105810979A - 一种高浓度氢气产生系统及其工作方法 - Google Patents

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刘永峰
姚圣卓
裴普成
秦建军
金涛涛
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    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明公开了一种高浓度氢气产生系统，主要包括水箱(1)、加热器(2)、质子交换膜电解器(3)、氢气分离器(4)、气体干燥器(5)、调压阀(6)、高压储氢罐(7)、氧气分离器(8)、水净化器(9)、储氧罐(10)。本发明还提供了一种高浓度氢气产生系统的工作方法，通过利用质子交换膜电解器产生氢气和氧气，经过气体分离、干燥和加压，得到浓度和压力较高的氢气。经过上述系统及方法产生的氢气，浓度能够得到有效的提高，能够满足燃料电池车辆的使用要求。同时，本发明系统中的水可以循环使用，利于节约水资源。

Description

一种高浓度氢气产生系统及其工作方法
技术领域
本发明属于燃料电池氢燃料制备技术领域，具体涉及一种高浓度氢气产生系统及其工作方法。
背景技术
传统能源的使用将伴随着温室气体在内的各种污染物的排放，而氢能由于其高能量密度及零排放(不排放任何温室效应气体)，已被列为潜在的清洁能源燃料。同时氢燃料可以通过氢燃料电池的方式驱动各类电子设备及电驱动车。
但自然界中不存在氢气，为此必须人工制氢。随着氢燃料的飞速发展，传统的天然气重整制氢的方法逐步被电解制氢来取代，减少成本同时又增加了氢燃料纯度，藉由此消除对天然气的依赖性。
由于车用燃料电池需使用高浓度氢气，但工业上提出的碱性电解槽使用镍钴铁复合材料作为阳极，镍基材料作为阴极，高浓度的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为电解液，工作电流较低，需要高纯度的淡水资源。
发明专利(CN103787465B)给出了一种便携式电解水机及其电解水的方法，但没有对如何获得高浓度氢气进行解释，整个装置设计还不充分，还需要进一步研究。
以上这些方法生成的氢气不能应用于汽车上。
质子交换膜电解水技术由于具有高效、稳定性好、使用寿命长、可靠性高、安全性好等诸多特点，被认为是目前最具研究价值的电解水系统。
因此，可以基于质子交换膜电解水技术提出一种更具有可行性的高浓度氢气产生系统，将能够极大拓宽高浓度氢气获取的途径，进而能够为零排放燃料电池汽车提供能源。
发明内容
本发明的目的正是为了提供一种高浓度氢气的产生系统，能够获得用于燃料电池的高浓度氢气，同时它能实现水资源的循环使用，符合现在中国目前节能减排改革现状。
本发明提供了一种高浓度氢气产生系统，主要包括水箱、加热器、质子交换膜电解器、氢气分离器、气体干燥器、调压阀、高压储氢罐、氧气分离器、水净化器、储氧罐。
水箱经管道连接加热器。
加热器通过管道与质子交换膜电解器连接。
交换膜电解器的氧气出口连接氧气分离器，交换膜电解器的氢气出口连接氢气分离器。
氢气分离器具有外壳，氢气分离器的入口设置于外壳一侧部，氢气出口设置于另一侧部，水出口设置于外壳底部。
氢气分离器氢气出口连接气体干燥器。
气体干燥器的氢气出口经调压阀连接高压储氢罐。
作为优选，水箱与加热器之间的管道上设置有水泵。
作为优选，加热器对水进行预加热到60-80℃。
作为优选，氧气分离器的水出口连接水净化器，氧气分离器的氧气出口连接储氧罐。
作为优选，氢气分离器4的水出口连接水净化器。
作为优选，水净化器的出水口通过管道与加热器连接。
本发明还提供了上述一种高浓度氢气的产生系统的工作方法：
水从水箱进入加热器中，被加热后的水进入质子交换膜电解器进行电解；
质子交换膜电解器的阴极产生的氢气进入氢气分离器将水与氢气分离，经分离处理后的氢气进入气体干燥器将水分进一步吸收；
气体干燥器处理后的氢气经过调压阀将压力加至约3MPa，最后储存在高压储氢罐中。
作为优选，质子交换膜电解器阳极产生的氧气进入氧气分离器，经氧气分离器分离处理后的氧气进入储氧罐中储存，分离出来的水进入水净化器进行净化。
作为优选，经氢气分离器分离出来的水进入水净化器。
作为优选，经水净化器净化后的水再次进入加热器进行加热，再次进入质子交换膜电解器中进行电解反应。
作为优选，经氢气分离器分离处理后的氢气中约含0.1％体积比的水分。
作为优选，经气体干燥器处理后的氢气浓度达99.999％。
本发明是通过利用质子交换膜电解水产生氢气，经过干燥、调压，得到高浓度的氢气。
经过上述的本发明的系统及方法产生的氢气，浓度能够得到有效的提高，能够满足燃料电池车辆可靠能源的使用要求。同时，本发明系统中的水可以循环使用，利于节约水资源。
附图说明
图1是本发明一种高浓度氢气产生系统的总体方案流程图。
图中：1、水箱；2、加热器；3、质子交换膜电解器；4、氢气分离器；5、气体干燥器；6、调压阀；7、高压储氢罐；8、氧气分离器；9、水净化器；10、储氧罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明的一种高浓度氢气产生系统，主要包括水箱1、加热器2、质子交换膜电解器3、氢气分离器4、气体干燥器5、调压阀6、高压储氢罐7、氧气分离器8、水净化器9、储氧罐10。
其中，水箱1经管道连接加热器2。水箱1中的水可通过管道上设置的水泵泵入加热器2。加热器2对水进行预加热。
加热器2通过管道与质子交换膜电解器3连接。经预热的水从加热器2进入质子交换膜电解器3。
交换膜电解器3的氧气出口连接氧气分离器8，交换膜电解器3的氢气出口连接氢气分离器4。
氧气分离器8的水出口连接水净化器9，氧气分离器8的氧气出口连接储氧罐10。
本发明的氢气分离器4具有外壳，入口设置于外壳一侧部，氢气出口设置于另一侧部，水出口设置于外壳底部。氢气分离器4的水出口连接水净化器9，氢气分离器4氢气出口连接气体干燥器5。
气体干燥器5的氢气出口经调压阀6连接高压储氢罐7。
水净化器9的出水口通过管道与加热器2连接。
下面将结合附图1对本发明一种高浓度氢气产生系统的工作方法进行简单阐述。
根据流程图1，水从水箱1进入加热器2中，被加热后的进入质子交换膜电解器3进行电解；
质子交换膜电解器3的阴极产生的氢气进入氢气分离器将4将水与氢气分离，分离出来的水进入水净化器9，经分离处理后的氢气中约含0.1％体积比的水分，然后氢气进入气体干燥器5将水分进一步吸收，氢气浓度可达99.999％；
气体干燥器5处理后的氢气经过调压阀6将压力加大至约3MPa，最后储存在高压储氢罐7中；
质子交换膜电解器3阳极产生的氧气进入氧气分离器8，经氧气分离器8分离处理后的氧气进入储氧罐10中储存，分离出来的水进入水净化器9进行净化；
经水净化器9净化后的水再次进入加热器2进行加热，再次进入质子交换膜电解器3中进行电解反应。
经过上述方法产生的氢气，浓度能够得到有效的提高，能够满足燃料电池车辆的使用要求。同时，本发明系统中的水可以循环使用，利于节约水资源。
本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如氢气分离器和氧气分离器的选择设置等，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高浓度氢气产生系统，主要包括水箱(1)、加热器(2)、质子交换膜电解器(3)、氢气分离器(4)、气体干燥器(5)、调压阀(6)、高压储氢罐(7)、氧气分离器(8)、水净化器(9)、储氧罐(10)；其特征在于：
水箱(1)经管道连接加热器(2)；
加热器(2)通过管道与质子交换膜电解器(3)连接；
交换膜电解器(3)的氧气出口连接氧气分离器(8)，交换膜电解器(3)的氢气出口连接氢气分离器(4)；
氢气分离器(4)具有外壳，氢气分离器(4)的入口设置于外壳一侧部，氢气出口设置于另一侧部，水出口设置于外壳底部；
氢气分离器(4)氢气出口连接气体干燥器(5)；
气体干燥器(5)的氢气出口经调压阀(6)连接高压储氢罐(7)。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度氢气产生系统，其特征在于：水箱(1)与加热器(2)之间的管道上设置有水泵。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度氢气产生系统，其特征在于：加热器(2)对水进行预加热到60-80℃。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度氢气产生系统，其特征在于：氧气分离器(8)的水出口连接水净化器(9)，氧气分离器(8)的氧气出口连接储氧罐(10)。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度氢气产生系统，其特征在于：氢气分离器(4)的水出口连接水净化器(9)。
6.根据权利要求4或5所述的一种高浓度氢气产生系统，其特征在于：水净化器(9)的出水口通过管道与加热器(2)连接。
7.一种高浓度氢气的产生系统的工作方法，该工作方法基于权利要求1-6任一项所述的一种高浓度氢气的产生系统，其特征在于：
水从水箱(1)进入加热器(2)中，被加热后的水进入质子交换膜电解器(3)进行电解；
质子交换膜电解器(3)的阴极产生的氢气进入氢气分离器(4)将水与氢气分离，经分离处理后的氢气进入气体干燥器(5)将水分进一步吸收；
气体干燥器(5)处理后的氢气经过调压阀(6)将压力加至约3MPa，最后储存在高压储氢罐(7)中。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：质子交换膜电解器(3)阳极产生的氧气进入氧气分离器(8)，经氧气分离器(8)分离处理后的氧气进入储氧罐(10)中储存，分离出来的水进入水净化器(9)进行净化。
9.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：经氢气分离器(4)分离出来的水进入水净化器(9)进行净化。
10.根据权利要求8或9所述的工作方法，其特征在于：经水净化器(9)净化后的水再次进入加热器(2)进行加热，再次进入质子交换膜电解器(3)中进行电解反应。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108578205A (zh) * 2018-05-04 2018-09-28 神农架时珍水结构研究所有限公司 一种富氢泡泡浴缸
CN110080843A (zh) * 2019-05-28 2019-08-02 西安热工研究院有限公司 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法
CN114059092A (zh) * 2020-08-06 2022-02-18 本田技研工业株式会社 水电解系统
CN114684788A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 中石化石油工程技术服务有限公司 一种用于含氢混合气的氢气分离提纯装置与方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080283412A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation PEM water electrolysis for oxygen generation method and apparatus
CN102244283A (zh) * 2011-05-17 2011-11-16 北京久安通氢能科技有限公司 一种膜电解自供氢质子交换膜燃料电池发电系统及其方法
CN203284472U (zh) * 2013-06-03 2013-11-13 王海军 一种利用纯水制造高纯氢的系统
CN203768467U (zh) * 2014-01-29 2014-08-13 大连安科瑞斯能源科技有限公司 太阳能氢储能装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080283412A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation PEM water electrolysis for oxygen generation method and apparatus
CN102244283A (zh) * 2011-05-17 2011-11-16 北京久安通氢能科技有限公司 一种膜电解自供氢质子交换膜燃料电池发电系统及其方法
CN203284472U (zh) * 2013-06-03 2013-11-13 王海军 一种利用纯水制造高纯氢的系统
CN203768467U (zh) * 2014-01-29 2014-08-13 大连安科瑞斯能源科技有限公司 太阳能氢储能装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108578205A (zh) * 2018-05-04 2018-09-28 神农架时珍水结构研究所有限公司 一种富氢泡泡浴缸
CN110080843A (zh) * 2019-05-28 2019-08-02 西安热工研究院有限公司 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法
CN110080843B (zh) * 2019-05-28 2023-11-10 西安热工研究院有限公司 一种超临界二氧化碳布雷顿循环工质净化系统及方法
CN114059092A (zh) * 2020-08-06 2022-02-18 本田技研工业株式会社 水电解系统
CN114684788A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 中石化石油工程技术服务有限公司 一种用于含氢混合气的氢气分离提纯装置与方法
CN114684788B (zh) * 2020-12-29 2023-07-07 中石化石油工程技术服务有限公司 一种用于含氢混合气的氢气分离提纯装置与方法

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