CN203284472U

CN203284472U - 一种利用纯水制造高纯氢的系统

Info

Publication number: CN203284472U
Application number: CN2013203117681U
Authority: CN
Inventors: 王新东
Original assignee: 王海军
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2023-06-03

Abstract

本实用新型公开了一种利用纯水制造高纯氢的系统，属于氢气制备领域。本实用新型中电解槽的正极接线端、负极接线端与直流电源相连接，氧气出口连接至水槽，所述的进水口与水槽的下部相连接，氢气出口连接至气液分离器，该气液分离器底部的回水接头连接至水槽，该气液分离器的气体出口依次连接有一级干燥器、二级干燥器，二级干燥器出口依次连接有四通、三通，四通上连接有超压保护组件和压力表，三通上连接有流量传感器，该三通的出口连接有流量控制阀，上述的直流电源、超压保护组件、流量传感器、压力表均与控制系统相连接。本实用新型具有超压保护和水位控制双重保护功能，大大提高了系统安全性，制氢效率高，纯度高达99.999%以上。

Description

一种利用纯水制造高纯氢的系统

技术领域

本实用新型涉及氢气制备技术领域，更具体地说，涉及一种利用纯水制造高纯氢的系统。

背景技术

能源是经济发展的基础，然而当今正面临能源枯竭、环境污染等问题，寻找开发清洁、可再生能源成为当今社会发展的必然。氢能是一种高效、清洁的能源，目前，全球90%以上的氢气都来自于化石燃料，如天然气、石油和煤等，这种制备氢气的方法不具有可再生性。以水为氢源的制氢技术因其可再生性而具有很好的应用前景。

传统的制氢方法主要有甲烷裂解、甲醇裂解、氨分解、变压分解以及通过电解碱水制备，传统的碱性水溶液电解制氢因制氢效率低、电能损耗大而限制了其应用范围。且以上几种制造设备复杂、占地面积大、在氢气生产过程中会对环境产生污染，同时对设备及相关管路会产生一定的侵蚀。目前，采用电解槽电解制取氢气的设备存在一些问题，如：（1）由于电解槽的设计不合理，导致制取氢气的效率较低，纯度较低；（2）现有技术中的制氢系统，没有超压保护和水位控制，导致制氢系统的安全性较差。

此外，氢的贮存与输送是氢能利用中的重要环节。由于氢的易燃、易扩散和重量轻的特点，因此其贮存与输送中的安全、高效和无泄漏损失是利用氢能首要考虑的问题，这就在一定程度上限制了氢气钢瓶的利用。

通过专利检索，目前已有制氢系统的相关技术方案公开。如：中国专利申请号201210397886.9，申请日：2012年10月18日，发明创造名称为：一种氢氧气体发生器及产生氢气和氧气的方法，该申请案涉及一种氢氧气体发生器，包括：气体产生系统，所述气体产生系统包括由多个电解室串联组合而成的电解槽，所述电解槽设有氢气总出口和氧气总出口，所述氢气总出口和氧气总出口通过管道分别连接至氢气水封罐组和氧气水封罐中，所述氢气水封罐组连接有氢气排出管，所述氧气水封罐连接有氧气排出管；电解液循环补充系统，所述电解液循环补充系统包括通入水的补液罐，所述补液罐出液口通过管道连接至氢气水封罐组和氧气水封罐中，所述氢气水封罐组出液口和氧气水封罐出液口分别通过管道连接至电解槽中。该申请案使燃烧气体氢气和助燃气体氧气可以分离得到，但是其制备过程中不具备超压保护等安全保护措施，使得安全性较差。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中制氢系统的制氢效率低，且安全性较差的不足，提供了一种利用纯水制造高纯氢的系统，采用本实用新型的技术方案，能够高效制备纯度大于99.999%的氢气，且具有超压保护和水位控制功能。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种利用纯水制造高纯氢的系统，包括水槽、直流电源和电解槽，还包括气液分离器、一级干燥器、二级干燥器、超压保护组件、四通、流量传感器、三通、流量控制阀、压力表和控制系统，其中：所述的电解槽包括正极接线端、负极接线端、氧气出口、氢气出口和进水口，所述的正极接线端、负极接线端与直流电源相连接，所述的氧气出口连接至水槽，所述的进水口与水槽的下部相连接，所述的氢气出口连接至气液分离器，该气液分离器底部的回水接头连接至水槽，该气液分离器的气体出口依次连接有一级干燥器、二级干燥器，所述的二级干燥器出口依次连接有四通、三通，所述的四通上连接有超压保护组件和压力表，所述的三通上连接有流量传感器，该三通的出口连接有流量控制阀，上述的直流电源、超压保护组件、流量传感器、压力表均与控制系统相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述的直流电源为可调直流稳压电源，所述的电解槽上连接有电解电压数显表、电解电流数显表，该电解电压数显表、电解电流数显表均与控制系统相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述的水槽上设置有液位报警器，该液位报警器与纯水供给机构相连接，上述的液位报警器、纯水供给机构均与控制系统相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述的一级干燥器内以分子筛作为干燥剂，所述的二级干燥器内以硅胶作为干燥剂。

作为本实用新型的进一步改进，所述的水槽顶部设置有注水口，该注水口的盖板上设置有氧气排放口。

作为本实用新型的进一步改进，所述的水槽的底部设置有放水口。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

（1）本实用新型的一种利用纯水制造高纯氢的系统，采用纯水制造氢气，制备的氢气通过气液分离器、一级干燥器、二级干燥器处理后，其纯度高达99.999%以上，制氢效率高，且系统运行过程中对环境不产生污染；

（2）本实用新型的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其氢气输出管路上安装有超压保护组件，且水槽上安装有液位报警器，使得本实用新型具有超压保护和水位控制功能，双重保护大大提高了系统安全性，使用方便，可达到无人值守连续稳定运行的效果；

（3）本实用新型的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其直流电源为可调直流稳压电源，可根据不同电解槽规格调节电解电压，另电解槽上连接有电解电压数显表、电解电流数显表，对电解槽的性能和电解效率达到实时监测的效果；

（4）本实用新型的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其体积小，可方便快捷移动，最重要的是通过其产生的氢气纯度高，使其可以在多种场合替代氢气钢瓶，无需通过其它储氢设备运送，可通过本系统直接利用，降低了生产运营成本，尤其降低了氢气在储存及运输过程中的安全问题。

附图说明

图1为本实用新型的一种利用纯水制造高纯氢的系统结构示意图；

图2为本实用新型中电解槽的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、水槽；2、直流电源；3、气液分离器；4、一级干燥器；5、二级干燥器；6、超压保护组件；7、四通；8、流量传感器；9、三通；10、流量控制阀；11、电解槽；111、正极接线端；112、负极接线端；113、氧气出口；114、氢气出口；115、进水口；12、压力表。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例

结合图1和图2，本实施例的一种利用纯水制造高纯氢的系统，由水槽1、直流电源2、电解槽11、气液分离器3、一级干燥器4、二级干燥器5、超压保护组件6、四通7、流量传感器8、三通9、流量控制阀10、压力表12和控制系统等组成。

本实施例中的电解槽11包括正极接线端111、负极接线端112、氧气出口113、氢气出口114和进水口115（如图2所示），所述的正极接线端111、负极接线端112与直流电源2相连接，该直流电源2为可调直流稳压电源，其输出电压为0~12V，调节分辨率为0.01V；电解槽11使用“SPE”离子膜作为电解质，只须电解纯水（电阻率大于1MΩ/cm）即可产生氢气，所述的电解槽11上连接有电解电压数显表、电解电流数显表，该电解电压数显表、电解电流数显表均与控制系统相连，从而对电解效率起到实时监控效果；所述的进水口115与水槽1的下部相连接，所述的氧气出口113连接至水槽1，即可达到纯水循环利用效果。本实施例中为了保证水槽1中不缺水或水过多，在水槽1上设置有液位报警器，该液位报警器与纯水供给机构相连接，上述的液位报警器、纯水供给机构均与控制系统相连。此外，水槽1顶部设置有注水口，该注水口的盖板上设置有氧气排放口，水槽1的底部设置有放水口。

本实施例中电解槽11的氢气出口114连接至气液分离器3，该气液分离器3底部的回水接头连接至水槽1，即可达到纯水循环利用效果，该气液分离器3的气体出口依次连接有一级干燥器4、二级干燥器5，本实施例中的一级干燥器4内以分子筛作为干燥剂，二级干燥器5内以硅胶作为干燥剂，一级干燥器4和二级干燥器5的组合设计，使得制取的氢气纯度高达99.999%以上。上述的二级干燥器5出口依次连接有四通7、三通9，所述的四通7上连接有超压保护组件6和压力表12，所述的三通9上连接有流量传感器8，该三通9的出口连接有流量控制阀10，上述的直流电源2、超压保护组件6、流量传感器8、压力表12均与控制系统相连接。

本实施例中四通7上连接有超压保护组件6，这使得本系统具有超压保护功能，具体为：当系统因氢气输出故障或者受到强烈震动等原因导致系统压力升至0.46MPa以上时，系统会停止电解，实现超压保护，此时应该确保系统在安全环境下电源连接良好，泄去压力重新开始电解。此外，水槽1上设置有液位报警器，该液位报警器与纯水供给机构相连接，当水槽1中的水位已降至下限值或者加水超过上限时，系统会发出“吱”的渐强声鸣叫报警，纯水供给机构能根据水位的实际情况，自动加水或停止加水。

使用时，本实施例的一种利用纯水制造高纯氢的系统，通过直接电解纯水产生氢气，系统通电后，电解槽11的阳极室产生氧气，携带部分水进入水槽1，水可以循环使用，氧气从注水口盖板上的氧气排放口进入大气，氢质子以水合离子（H⁺·XH₂O）通过离子膜，在电解槽11的阴极室形成氢气，氢气通过气液分离器3与水分离，含微量水的氢气经过一级干燥器4、二级干燥器5吸湿后，纯度便达到99.999%以上。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种利用纯水制造高纯氢的系统，包括水槽（1）、直流电源（2）和电解槽（11），其特征在于：还包括气液分离器（3）、一级干燥器（4）、二级干燥器（5）、超压保护组件（6）、四通（7）、流量传感器（8）、三通（9）、流量控制阀（10）、压力表（12）和控制系统，其中：

所述的电解槽（11）包括正极接线端（111）、负极接线端（112）、氧气出口（113）、氢气出口（114）和进水口（115），所述的正极接线端（111）、负极接线端（112）与直流电源（2）相连接，所述的氧气出口（113）连接至水槽（1），所述的进水口（115）与水槽（1）的下部相连接，所述的氢气出口（114）连接至气液分离器（3），该气液分离器（3）底部的回水接头连接至水槽（1），该气液分离器（3）的气体出口依次连接有一级干燥器（4）、二级干燥器（5），所述的二级干燥器（5）出口依次连接有四通（7）、三通（9），所述的四通（7）上连接有超压保护组件（6）和压力表（12），所述的三通（9）上连接有流量传感器（8），该三通（9）的出口连接有流量控制阀（10），上述的直流电源（2）、超压保护组件（6）、流量传感器（8）、压力表（12）均与控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其特征在于：所述的直流电源（2）为可调直流稳压电源，所述的电解槽（11）上连接有电解电压数显表、电解电流数显表，该电解电压数显表、电解电流数显表均与控制系统相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其特征在于：所述的水槽（1）上设置有液位报警器，该液位报警器与纯水供给机构相连接，上述的液位报警器、纯水供给机构均与控制系统相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其特征在于：所述的一级干燥器（4）内以分子筛作为干燥剂，所述的二级干燥器（5）内以硅胶作为干燥剂。

5.根据权利要求3所述的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其特征在于：所述的水槽（1）顶部设置有注水口，该注水口的盖板上设置有氧气排放口。

6.根据权利要求4所述的一种利用纯水制造高纯氢的系统，其特征在于：所述的水槽（1）的底部设置有放水口。