CN219409922U - 一种pem电解水制氢余热利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PEM电解水制氢余热利用装置，涉及PEM电解水制氢相关技术领域，包括与PEM电解槽贯通连接的纯水槽，纯水槽有两个，且纯水槽的内部于开口端处活动连接有封闭罩，PEM电解槽两极的电解产物通过管道通入两个纯水槽的内部，于两个纯水槽内部设置的封闭罩与外部电解气体收集装置贯通，PEM电解槽两极的电解产物穿过纯水槽内部的纯水进入封闭罩的内部，封闭罩靠近开口端的外壁与纯水槽的内壁之间通过可移动封闭环密封。本实用新型，通过以上各装置的配合使用，能够有效实现热量的回收再利用，并能够有效去除电解产物中的水蒸气，提升电解产物的纯度。

Description

一种PEM电解水制氢余热利用装置

技术领域

本实用新型涉及PEM电解水制氢相关技术领域，特别涉及一种PEM电解水制氢余热利用装置。

背景技术

与传统的碱性水电解原理不同，PEM(聚合电解质膜)水电解技术采用纯水作为工质，PEM膜起着电解质与隔膜的双重作用；当水电解器工作时，膜上水化的质子通过界面区域在阳极和阴极之间传递，发生酸性水电解反应。PEM水电解制氢具有制氢效率高、环保等优点，被认为未来主要的制氢方式。

目前现有的研究主要集中在PEM电解槽的内部设计来提高水电解制氢的效率，但在水电解制氢系统的热管理方面的设计还较少，不仅没有考虑到通过余热辅助加热纯水进而提高产氢的效率，还缺少水电解制氢废热的综合利用。并且在实操过程中，由于水电解过程中温度的变化，导致电解产物中会残留水蒸气，进而造成电解产物的纯度降低。

因此，现有的PEM电解水制氢装置无法对电解过程中的热量施以利用，造成能量的白白浪费，并且纯水热量变化产生的水蒸气会降低电解产物的纯度，为此，我们提出一种PEM电解水制氢余热利用装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种PEM电解水制氢余热利用装置，可以有效解决背景技术中现有的PEM电解水制氢装置无法对电解过程中的热量施以利用，并且纯水热量变化产生的水蒸气会降低电解产物纯度的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种PEM电解水制氢余热利用装置，包括与PEM电解槽贯通连接的纯水槽，纯水槽有两个，且纯水槽的内部于开口端处活动连接有封闭罩，PEM电解槽两极的电解产物通过管道通入两个纯水槽的内部，于两个纯水槽内部设置的封闭罩与外部电解气体收集装置贯通。

PEM电解槽两极的电解产物穿过纯水槽内部的纯水进入封闭罩的内部。

封闭罩靠近开口端的外壁与纯水槽的内壁之间通过可移动封闭环密封。

优选地，管道远离PEM电解槽的一端与纯水槽远离封闭罩一端的内壁贯通设置，且纯水槽与管道的贯通处低于纯水槽内部纯水的液面，尽量消除空气对电极产物纯度的影响。

优选地，可移动封闭环包括套筒和导向轮，套筒为软性材质，套筒一端的内壁与封闭罩靠近开口端的外壁固定连接，套筒远离封闭罩的一端的外壁与纯水槽的内壁固定连接，提升封闭罩与纯水槽之间的气密性。

优选地，导向轮通过支架转动安装在封闭罩的外壁，导向轮设置有多个，且导向轮的外壁与纯水槽的内壁贴合，封闭罩的中心轴与纯水槽的中心轴重合。

优选地，封闭罩正对纯水槽开口方向一侧的内壁弯曲设置，且封闭罩弯曲设置的内壁与纯水槽的液面贴合。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型中，于PEM电解槽两极产生的气体穿过管道进入纯水槽的内部，纯水槽内部的纯水可以将气体中的水蒸气施行吸附，并在期间实现气体与纯水之间的热量交换，纯水吸收热量之后能够加快其内部质子的移动速率，从而实现电解过程中热量较为高效的利用，并降低电解生成物中的水蒸汽含量，提升电解产物的纯度。

附图说明

图1为本实用新型纯水槽与PEM电解槽连接示意图；

图2为本实用新型封闭罩结构图；

图3为本实用新型纯水槽正剖图。

图中：1、纯水槽；2、封闭罩；3、管道；4、套筒；41、导向轮。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1-3所示，本实用新型为一种PEM电解水制氢余热利用装置，包括与PEM电解槽贯通连接的纯水槽1，PEM电解槽以固体质子交换膜PEM为电解质，以纯水为反应物，产生的氢气纯度高，仅需脱除水蒸气，工艺简单，安全性高。

其中，纯水槽1有两个，可以分别通入PEM电解槽两极的产物，避免两极产物出现混合的情况，并避免在两极产物中引入新的杂质。

纯水槽1的内部于开口端处活动连接有封闭罩2，PEM电解槽两极的电解产物通过管道3通入两个纯水槽1的内部。

于两个纯水槽1内部设置的封闭罩2与外部电解气体收集装置贯通，两级产物通入纯水槽1后，纯水槽1内部的纯水可以对气体中的水蒸气施行吸附，降低两极产物中的水蒸汽含量，并且两级产物与纯水中穿过时，还能够发生热交换，实现两极产物中热量向纯水内部的转移，进而可以实现电解过程热量的较高效利用。

其中PEM电解槽两极的产物分别为氢气和氧气，两者几乎不溶于水，且两极产物直接通入纯水进行热量的转移和水蒸气的去除，能够实现就地取材且成本较低，因此PEM电解槽两极产物穿过纯水时的两极产物消耗量可以忽略不计。

纯水温度升高后，能够提升质子的移动速率，可以提升纯水电解速率。

PEM电解槽两极的电解产物穿过纯水槽1内部的纯水进入封闭罩2的内部。

其中，封闭罩2正对纯水槽1开口方向一侧的内壁弯曲设置，且封闭罩2弯曲设置的内壁与纯水槽1的液面贴合，能够尽量防止外部空气向两极产物内部的混入，保证两极产物的纯度。

封闭罩2靠近开口端的外壁与纯水槽1的内壁之间通过可移动封闭环密封。

其中，可移动封闭环包括套筒4和导向轮41，套筒4为软性材质，可以为现有技术中橡胶材质。

套筒4一端的内壁与封闭罩2靠近开口端的外壁固定连接，套筒4远离封闭罩2的一端的外壁与纯水槽1的内壁固定连接，软性材质的套筒4可以在封闭罩2与纯水槽1之间发生折叠，并保证封闭套2与纯水槽1之间可以通过纯水槽1内部纯水量的变化发生移动，以保证PEM电解槽内部纯水的供应。

导向轮41通过支架转动安装在封闭罩2的外壁，导向轮41设置有多个，且导向轮41的外壁与纯水槽1的内壁贴合，封闭罩2的中心轴与纯水槽1的中心轴重合，使封闭罩2与纯水槽1之间延确定方向发生相对运动，尽量避免两极产物带来的封闭罩2与纯水槽1之间的气压变化，造成纯水进入电解气体收集装置内部的情况。

管道3远离PEM电解槽的一端与纯水槽1远离封闭罩2一端的内壁贯通设置，且纯水槽1与管道3的贯通处低于纯水槽1内部纯水的液面，尽量消除纯水槽1与封闭罩2之间的空气。

尽量增加两极产物与纯水的接触面积以及相混合的时间，使热量的转移和水蒸气的去除更加彻底。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种PEM电解水制氢余热利用装置，包括与PEM电解槽贯通连接的纯水槽(1)，其特征在于：所述纯水槽(1)有两个，且纯水槽(1)的内部于开口端处活动连接有封闭罩(2)，所述PEM电解槽两极的电解产物通过管道(3)通入两个纯水槽(1)的内部，于两个纯水槽(1)内部设置的封闭罩(2)与外部电解气体收集装置贯通；

所述PEM电解槽两极的电解产物穿过纯水槽(1)内部的纯水进入封闭罩(2)的内部；

所述封闭罩(2)靠近开口端的外壁与纯水槽(1)的内壁之间通过可移动封闭环密封。

2.根据权利要求1所述的一种PEM电解水制氢余热利用装置，其特征在于：所述管道(3)远离PEM电解槽的一端与纯水槽(1)远离封闭罩(2)一端的内壁贯通设置，且纯水槽(1)与管道(3)的贯通处低于纯水槽(1)内部纯水的液面。

3.根据权利要求1所述的一种PEM电解水制氢余热利用装置，其特征在于：所述可移动封闭环包括套筒(4)和导向轮(41)，所述套筒(4)为软性材质，所述套筒(4)一端的内壁与封闭罩(2)靠近开口端的外壁固定连接，所述套筒(4)远离封闭罩(2)的一端的外壁与纯水槽(1)的内壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种PEM电解水制氢余热利用装置，其特征在于：所述导向轮(41)通过支架转动安装在封闭罩(2)的外壁，所述导向轮(41)设置有多个，且导向轮(41)的外壁与纯水槽(1)的内壁贴合，所述封闭罩(2)的中心轴与纯水槽(1)的中心轴重合。

5.根据权利要求1所述的一种PEM电解水制氢余热利用装置，其特征在于：所述封闭罩(2)正对纯水槽(1)开口方向一侧的内壁弯曲设置，且封闭罩(2)弯曲设置的内壁与纯水槽(1)的液面贴合。