CN218910539U - 一种阴离子交换膜电解水制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种阴离子交换膜电解水制氢装置，包括：箱体，设置在箱体内的电柜箱、散热器、恒温水箱、氢气压力提升阀块装置、水泵、去离子器、风扇、电解槽、温度传感器一与温度传感器二、压力传感器一与压力传感器二、工作面板；从工作面板方向正视设备，所述电柜箱设置在箱体右侧，所述电解槽与散热器设置在箱体前后两侧，所述风扇置于散热器正下方，所述恒温水箱设置在散热器与电解槽之间，所述氢气压力提升阀块装置置于恒温水箱左侧，所述工作面板设置在箱体正面，且与电柜箱电性连接；本实用新型设计的温度传感器、压力传感器能对恒温水箱进行温度检测，出水压力、进水压力进行监测，能对电解槽的出水温度、出气压力进行监测。

Description

一种阴离子交换膜电解水制氢装置

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢技术领域，特别涉及一种阴离子交换膜电解水制氢装置。

背景技术

AEM阴离子膜是一种技术水平全球领先的聚芳环哌啶阴离子交换膜，采用这种膜制备的膜电极能降低单电解槽的端电压(≤2V)，从而在相同电流密度的情况下降低电能耗能，故采用AEM技术能够比碱性水节约电能，AEM具有很好的技术先进性。

现有中国专利CN202121979063.8公开了一种电解水制氢装置，包括水箱、电解槽和气水分离器，电解槽电解从水箱中输送的水，并生成氢气水输送至气水分离器中，气水分离器与电解槽间通过观察窗衔接，该装置未设计散热器、与风扇进行散热，这将导致在该装置使用寿命低，缺乏压力传感器、温度传感器的检索，不能对水箱内的温度，出水压力，进水压力进行监测，不能对电解槽的出水温度，出气压力进行监测；该装置制氢时，由于缺乏氢气压力提升装置的设置，这将导致制氢电解槽端电压高，从而影响制氢效率。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种阴离子交换膜电解水制氢装置。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种阴离子交换膜电解水制氢装置，包括：箱体，设置在箱体内的电柜箱、散热器、恒温水箱、氢气压力提升阀块装置、水泵、去离子器、风扇、电解槽、温度传感器一与温度传感器二、压力传感器一与压力传感器二、工作面板；

从工作面板方向正视箱体，所述电柜箱设置在箱体右侧，所述电解槽与散热器设置在箱体前后两侧，所述风扇置于散热器正下方，所述恒温水箱设置在散热器与电解槽之间，所述氢气压力提升阀块装置置于恒温水箱左侧，所述工作面板设置在箱体正面，且与电柜箱电性连接；所述温度传感器一设置在恒温水箱上；所述压力传感器一设置在恒温水箱的进水端；

所述恒温水箱一端依次经水泵、去离子器散热器后与电解槽的进水端连通；所述恒温水箱上的循环水管还与电解槽的出水端连通，该循环水管上依次设有温度传感器二与压力传感器二；所述电解槽的出氢端经过氢气压力提升阀块装置一路进行气体吹扫，另一路排出。

优选的，所述工作面板上设有工作指示灯和开关按钮；所述工作面板包括主控板，以及分别与主控板电性连接的IO信号转接板、MOSFET驱动板；所述主控板对应端能与工作指示灯和开关按钮对应端电性连接。

优选的，所述电柜箱内设有AC/DC电源、24V电源；所述主控板对应端分别与AC/DC电源、24V电源对应端电性连接；所述AC/DC电源对应端还与电解槽对应端电性连接。

优选的，所述氢气压力提升阀块装置包括氢气提升阀块、过滤器、气体吹扫管、安装在气体吹扫管上的电磁阀、排气管、压力阀；所述氢气提升阀块上还安装有压力传感器三；所述电磁阀对应端还与主控板对应端电性连接；所述电解槽的出氢端一路经过滤器、气体吹扫管后进行氢气吹扫，另一路通过排气管排出；所述压力阀安装在氢气提升阀块两端。

优选的，所述恒温水箱的进水口连接有水管；所述水管上安装有三通；所述三通竖直部连接有进水管，该进水管上安装有进水电磁阀，该进水电磁阀还与主控板对应端电性连接；所述进水管上还安装有所述的压力传感器一，该压力传感器一靠近进水管口设置。

优选的，所述恒温水箱的顶部设有气水分离器、氧气导管；所述气水分离器一端与氧气导管连通，另一端与水箱连通。

采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型散热器、风扇的设计能对装置进行散热，提高装置的使用寿命；本设计的温度传感器、压力传感器能对恒温水箱进行温度检测，出水压力、进水压力进行监测，能对电解槽的出水温度，出气压力进行监测，判断设备运行状态是否正常，主控板控制加载到电解槽5的电压和电流，使电解槽5安全工作；控制进水电磁阀43、电磁阀803打开和闭合，进而控制进水和氢气吹扫，控制风扇6开启，实现散热。本实用新型设计的氢气压力提升阀块装置的氢气提升压力阀块上所安装的氢气过滤器填充有氢气过滤树脂，可将氢气中的水过滤出来，工作结束时或定时(10小时)进行吹扫，与氢气提升压力阀块相连接的压力安全阀提升了制氢电解槽的氢气压力，从而提高了制氢效率，通过压力安全阀提升电解槽内阴极侧氢气压力。通过提升压力单向阀防止电解槽内部压力过高，对电解槽泄放压力以起到保护作用，通过出氢电磁阀实现对电解槽压力的泄放和排除氢气管路中过滤出来的水。本实用新型AEM电解水装置兼有碱性槽电解水(AWE)和质子交换膜电解水(PEM)的优势，对水质要求低，可快速响应可再生能源输出功率变化。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型氢气压力提升阀块装置结构示意图；

图3为本实用新型工作面板上的电路原理图；

图4为本实用新型工作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之

“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1至图4，本实用新型提供一种机柜安装框架结构的阴离子交换膜电解水制氢装置，包括：箱体1，设置在箱体1内的电柜箱2、散热器3、恒温水箱4、氢气压力提升阀块装置8、水泵7、去离子器77、风扇6、电解槽5、温度传感器一40与温度传感器二60、压力传感器一30与压力传感器二50、工作面板9；

从工作面板9方向正视箱体1，所述电柜箱2设置在箱体1右侧；所述电解槽5与散热器3设置在箱体1前后两侧，所述风扇6置于散热器3正下方；所述恒温水箱4设置在散热器3与电解槽5之间；所述氢气压力提升阀块装置8置于恒温水箱4左面；所述工作面板9设置在箱体1前面上，且与电柜箱2电性连接；所述温度传感器一40设置在恒温水箱4上，用于检测恒温水箱4的温度；所述压力传感器一30设置在恒温水箱的进水端，用于检测进水时的压力；

所述恒温水箱4一端依次经水泵7、去离子器77散热器3后与电解槽5的进水端连通；所述恒温水箱4上的循环水管45还与电解槽5的出水端连通，该循环水管45上依次设有温度传感器二50与压力传感器二60，用于测量循环水管45的水的温度与水压；所述电解槽5的出氢端经过氢气压力提升阀块装置8一路进行气体吹扫，另一路排出。

所述工作面板9上设有工作指示灯11和开关按钮10；所述工作面板9包括主控板100，以及分别与主控板100电性连接的IO信号转接板200、MOSFET驱动板300；所述主控板100对应端能与工作指示灯44和开关按钮10对应端电性连接。所述电柜箱2内设有AC/DC电源400、24V电源500；所述主控板100对应端分别与AC/DC电源400、24V电源500对应端电性连接；所述AC/DC电源400对应端还与电解槽5对应端电性连接；所述主控板对应端还与温度传感器一40与温度传感器二60、压力传感器一30与压力传感器二50、压力传感器三70对应端电性连接。

所述氢气压力提升阀块装置8包括氢气提升阀块801、过滤器802、气体吹扫管、安装在气体吹扫管上的电磁阀803、排气管、压力阀800；所述氢气提升阀块801上还安装有压力传感器三70；所述电磁阀803对应端还与主控板100对应端电性连接；所述电解槽5的出氢端一路经过滤器802、气体吹扫管和电磁阀803后进行氢气吹扫，另一路通过排气管接接工作面板9穿墙接头排出；所述压力阀800安装在氢气提升阀块801两端。

所述恒温水箱4的进水口连接有水管41；所述水管41上安装有三通42；所述三通42竖直部连接有进水管，该进水管上安装有进水电磁阀43，该进水电磁阀43还与主控板100对应端电性连接；所述进水管上还安装有所述的压力传感器一30，该压力传感器一40靠近进水管口设置。所述恒温水箱4的顶部设有气水分离器20、氧气导管；所述气水分离器20一端与氧气导管连通，另一端与水箱连通。

本实用新型工作原理如下：

进水管路工作流程：当进水管路压力满足1～6Bar可打开进水电磁阀43对恒温水箱4补水，恒温水箱水位达到高位时关闭进水电磁阀43。

水循环冷却系统工作流程：启动水泵7，水流经去离子器77后进入散热器3，再进入电解槽5H₂O入口。工作中通过H₂O出口水将O₂带出，流入到恒温水箱4中。当水流量大于4L/min时，电解槽5内的电解器可加电启动；当水温高于50℃时启动散热风扇4。

氢气输出管路工作流程：电解槽5输出的氢气经自主设计的氢气压力提升阀块装置8，再经单向压力阀805后接到工作面板9，对外输出。氢气压力提升阀块三70上装有氢气过滤器802和压力传感器三70，氢气过滤器三70滤除氢气中的水汽，压力传感器读取氢气管路中的压力，压力阀800用于提升管道中的压力。

氢气吹扫管路工作流程：当电解槽5的电解器关机时，电磁阀803打开，释放管路压力，吹扫氢气过滤器802中的水分。

氧气输出管路工作流程：恒温水箱4中的氧气经氧水分离器20后通过管路接至工作面板9，对外输出或对大气放空。

电气控制系统工作流程：主控板100读取温度传感器一40、温度传感器二60、压力传感器一30、压力传感器二50、压力传感器三70数据，判断设备运行状态是否正常，控制加载到电解槽5的电压和电流，使电解槽5安全工作；控制进水电磁阀43、电磁阀803打开和闭合，进而控制进水和氢气吹扫，控制风扇6开启，实现散热。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种阴离子交换膜电解水制氢装置，其特征在于，包括：箱体，设置在箱体内的电柜箱、散热器、恒温水箱、氢气压力提升阀块装置、水泵、去离子器、风扇、电解槽、温度传感器一与温度传感器二、压力传感器一与压力传感器二、工作面板；

从工作面板方向正视箱体，所述电柜箱设置在箱体右侧，所述电解槽与散热器设置在箱体前后两侧，所述风扇置于散热器正下方，所述恒温水箱设置在散热器与电解槽之间，所述氢气压力提升阀块装置置于恒温水箱左侧，所述工作面板设置在箱体正面，且与电柜箱电性连接；所述温度传感器一设置在恒温水箱上；所述压力传感器一设置在恒温水箱的进水端；

所述恒温水箱一端依次经水泵、去离子器、散热器后与电解槽的进水端连通；所述恒温水箱上的循环水管还与电解槽的出水端连通，该循环水管上依次设有温度传感器二与压力传感器二；所述电解槽的出氢端经过氢气压力提升阀块装置的一路进行气体吹扫，另一路排出。

2.根据权利要求1所述的阴离子交换膜电解水制氢装置，其特征在于，所述工作面板上设有工作指示灯和开关按钮；所述工作面板包括主控板，以及分别与主控板电性连接的IO信号转接板、MOSFET驱动板；所述主控板对应端能与工作指示灯和开关按钮对应端电性连接。

3.根据权利要求2所述的阴离子交换膜电解水制氢装置，其特征在于，所述电柜箱内设有AC/DC电源、24V电源；所述主控板对应端分别与AC/DC电源、24V电源对应端电性连接；所述AC/DC电源对应端还与电解槽对应端电性连接。

4.根据权利要求3所述的阴离子交换膜电解水制氢装置，其特征在于，所述氢气压力提升阀块装置包括氢气提升阀块、过滤器、气体吹扫管、安装在气体吹扫管上的电磁阀、排气管、压力阀；所述氢气提升阀块上还安装有压力传感器三；所述电磁阀对应端还与主控板对应端电性连接；所述电解槽的出氢端一路经过滤器、气体吹扫管后进行氢气吹扫，另一路通过排气管排出；所述压力阀安装在氢气提升阀块两端。

5.根据权利要求4所述的阴离子交换膜电解水制氢装置，其特征在于，所述恒温水箱的进水口连接有水管；所述水管上安装有三通；所述三通竖直部连接有进水管，该进水管上安装有进水电磁阀，该进水电磁阀还与主控板对应端电性连接；所述进水管上还安装有所述的压力传感器一，该压力传感器一靠近进水管口设置。

6.根据权利要求5所述的阴离子交换膜电解水制氢装置，其特征在于，所述恒温水箱的顶部设有气水分离器、氧气导管；所述气水分离器一端与氧气导管连通，另一端与水箱连通。

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