TWM547760U

TWM547760U - 氫氣生成器

Info

Publication number: TWM547760U
Application number: TW106204590U
Authority: TW
Inventors: ming-xian Jian
Original assignee: Chybiotech Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-08-21

Description

氫氣生成器

本創作有關一種氫氣生成器，其可將水電解後將產生之水與氧氣及水與氫氣輸出，水與氫氣並由高分子氣水分離組件將水與氫氣分離，使氫氣輸出供使用，而水液經電控回流至水液回收槽並引至純水儲槽供循環使用，據以獲得減少管線並由幫浦加壓防止水液流動時產生水氣阻力精簡結構及效能良好之氫氣生成器。

氫氣(Hydrogen)係為一種無色、無臭、無味、無毒的可燃性氣體，亦是最基本的化學元素與原料，多年來氫氣已被大量的應用在化學即生物科技製程中，其相關之製造、儲存、運輸及運用準則均已大致建構完備。

近年來氫能源、氫氣的產生及應用，因氫氧體分離氫氧氣之製造循環中並無排碳問題，因而已成為近年最熱門研究開發的綠能及新興產品。

其中氫氣的生產方法大致可分為二大類，一類是由化學原料催化產製氫氧氣方法，其包括蒸氣重組法(Steam Reforming)、部分氧化法(Partial Oxidation)、水煤氣法(Coal Gasification)；另一類則為非化學原料摧化產製氫氧氣方法，其包括水電解法(Water Splitting by Electrolysis)、水光電解法(Photo Electrochemical Water Splitting)及實驗室中少量製氫法等。

時下水電解法產生之氫氧氣，主要使用在能源電池上，例如汽車引擎燃燒使用之動力能源，其屬氫氧合流使用狀態。

又傳統水電解法產生氫氧氣方法中，其進水方式係以物理高低水位差原理，因此產生氫氧量較受限。

展望未來，氫氣將由各式製氫方法中還原分解出水來，同時產生人類呼吸所需之氧氣，相信未來氫能時代將是一個環保與經濟相輔相成的世代。

由實驗中得知，氫氣H₂屬活躍氣體，在大氣環境中若收集儲存濃度超過4%~95%(4%以下、95%以上屬安全)範圍內再遇上高溫或火苗就有可能引爆，如美國FDA證實99.999%高純氫進入人體後，反而形成一種生理惰性氣體，不但對人體無害反而可把人體燃燒葡萄糖時產生的高氧化自由基廢棄物還原為水，純氫在進入人體可選擇性抗化並排除不良的自由基，可見氫氣在某種情境下對人體並非有害氣體。

但如何設計出結構精簡及效能良好之氫氣生成器是一重要課題，經創作人研究發現水電解法是一種較為簡易即產即用的生成氫氣方法，如所知，氫氧水電解器使水分子在陰極被還原產生氫氣，而水分子在陽極被氧化產生氧氣，這的確是一種簡易乾淨生成氫氣的好方法。

據上原則，創作人研發完成本創作氫氣生成器，其主要包含由電源供應器、控制電路板、觸控顯示介面、氫氧水電解器、純水儲槽、離子樹脂濾芯、流量控制閥、水液回收槽及高分子氣水分離組件等組成。

如所知，一般自來水之電導率約為150_μs/cmμ、純水約為50_μs/cm、超純水約為3_μs/cm以下，本創作氫氣生成器中使用純水，主要係純水較無雜質且經過離子樹脂濾芯過濾，而可獲得近乎標準之超純水來進行水電解法生成氫氣，其可延長設備之使用壽命。

本創作捨棄傳統水電解法中以物理高低水位差原理進水方式，而係以注水幫浦加壓以減少管路中之氣阻方式進水，其再合配合流量控制閥運作，因此其產量可達到產出的氫氣為300~600ml/min，而產出之氫氣純度約為純氫之99.9995%氫氣。

其利用控制電路板及觸控顯示介面控制電源及純水輸入供給氫氧水電解器，經電解後將產生之水與氧氣及水與氫氣輸出，其中輸出之水與氫氣並由高分子氣水分離組件將水與氫氣分離，其中將氫輸出供使用，而水液回流至水液回收槽並引至純水儲槽供循環使用，氧氣水亦同但氧氣直接排出。

依如上組合方式，據以獲得減少管線並由幫浦加壓防止水液流動時產生水氣阻力之精簡結構及效能良好之氫氣生成器。

1‧‧‧電源供應器

2‧‧‧控制電路板

3‧‧‧觸控顯示介面

4‧‧‧氫氧水電解器

41‧‧‧水與氧氣輸出管

42‧‧‧水與氫氣輸出管

5‧‧‧純水儲槽

51‧‧‧純水注入孔

52‧‧‧氧氣排出孔

53‧‧‧純水液位感測器

54‧‧‧輸入管

55‧‧‧注水幫浦

56‧‧‧排水管

6‧‧‧離子樹脂濾芯

7‧‧‧流量控制閥

8‧‧‧水液回收槽

81‧‧‧氫氣輸出孔

82‧‧‧回收水液位感測器

83‧‧‧回流管

84‧‧‧回流幫浦

9‧‧‧高分子氣水分離組件

91‧‧‧氫氣壓力檢測端

92‧‧‧不鏽鋼網

93‧‧‧不鏽鋼珠

94‧‧‧高分子透氣膜

第1圖為本創作氫氣生成器結構示意圖。

第2圖為本創作氫氣生成器之高分子氣水分離組件剖面示意圖。

參第1圖所示，本創作氫氣生成器主要包含由一電源供應器(1)、一控制電路板(2)、一觸控顯示介面(3)、一氫氧水電解器(4)、一純水儲槽(5)、一離子樹脂濾芯(6)、一流量控制閥(7)、一水液回收槽(8)及一高分子氣水分離組件(9)等組件組成。

該電源供應器(1)，為該氫氣生成器之電源輸入端，其連接至控制電路板(2)。

該控制電路板(2)，其上設有控制電路並與觸控顯示介面(3)及氫氧水電解器(4)電性連接。

該觸控顯示介面(3)，係為操作者與控制電路板(2)之控制電路溝通之介面，包括指令輸入、氫氣生成狀態及氫氣產出流量訊息顯示。

該氫氧水電解器(4)，其陽極端設有一水與氧氣輸出管(41)並連接至純水儲槽(5)、而陰極端設有一水與氫氣輸出管(42) 並連接至水液回收槽(8)，水與氫輸出管(42)通過水液回收槽(8)並連接至水液回收槽(8)上方設置之氫氣輸出孔(81)。

該純水儲槽(5)，其上端設有純水注入孔(51)及氧氣排出孔(52)、儲槽內設有純水液位感測器(53)。

上述純水注入孔(51)，係為純水來源供給注入端，該純水儲槽(5)底方設有一輸入管(54)，輸入管(54)另端連接於氫氧水電解器(4)，該輸入管(54)於純水儲槽(5)與氫氧水電解器(4)間設有注水幫浦(55)，使純水儲水槽(5)內之純水經加壓注入氫氧水電解器(4)內進行水電解作用。

上述純水液位感測器(53)及注水幫浦(55)電性連接至控制電路板(2)，使純水液位感測器(53)測得純水儲槽(5)內之水位訊息並傳輸給控制電路板(2)之電控制電路，使進行控制純水之輸入及注水幫浦(55)之啟動或停止。

上述輸入管(54)，其間設有一排水管(56)，供檢修時排放出純水儲槽(5)內及輸入管(54)內之水液。

該離子樹脂濾芯(6)，設於上述輸入管(54)上，提供過濾輸入氫氧水電解器(4)之純水，以增進純水之純度並提高電解效果。

該流量控制閥(7)，其設於氫氧水電解器(4)前端之輸入管(54)間，流量控制閥(7)並電性連接至控制電路板(2)，據以控制輸入管(54)之純水輸入量，使達到最佳之水電解效能。

該水液回收槽(8)，其上端設有氫氣輸出孔(81)、回收槽內設有回收水液位感測器(82)。

上述水液回收槽(8)，係為氫氧水電解器(4)電解純水還原產生氫氣與水的水液回收利用之水液回收槽，該純水儲槽(5)底方設有一回流管(83)，回流管(83)另端連接於純水儲槽(5)，該回流管(83)於水液回收槽(8)與純水儲槽(5)間設有回流幫浦(84)，使水液回收槽(8)內之收回水經加壓回流至純水儲槽(5)。

上述水液回收槽(8)內之回收水液位感測器(82)及回流幫浦(84)電性連接至控制電路板(2)，使回收水液位感測器(82)測得水液回收槽(8)之水位訊息並傳輸給控制電路板(2)之控制電路，使進行控制回流幫浦(84)之啟動或停止。

該氣水分離膜組(9)，係設置於水液回收槽(8)內接近氫氣輸出孔(81)之水與氫輸出管(42)末端，其將水與氫氣分離並使水液回流至水液回收槽(8)內，而氫氣乃由氫氣輸出孔(81)引出供使用。

該高分子氣水分離組件(9)，其主要目的係將產出之氫氣及水氣分離，使提供使用之氫氣中不含水分。

上述氣水分離膜組(9)，其上設有氫氣壓力檢測端(91)，該氫氣壓力檢測端(91)與控制電路板(2)電性連接，氫氣壓力檢測端(91)用以檢測氫氣輸出孔(81)之壓力狀態。

參第2圖所示，該高分子氣水分離組件(9)，係於筒狀膜組內上、下設有不鏽鋼網(92)，中間排列不鏽鋼珠(93)，另於最上層設高分子透氣膜(94)，使含有氫氣及水份之氫水氣穿過高分子氣水分離組件(9)而將氫氣及水液分離，並使分離之水液由氣水分離組件(9)回流至水液回收槽(8)。

據上結構組成，純水由純水儲槽(5)經注水幫浦(55)加壓、離子樹脂濾芯(6)過濾及流量控制閥(7)控制導入氫氧水電解器(4)，使水電解作用後將還原之水與氧氣輸出至純水儲槽(5)收集水液並排出氧氣，另將還原之水與氫氣經由水與氫氣輸出管(42)輸出至水液回收槽(8)並由氣水分離膜組(8)將水與氫氣分離，且使水液回流至水液回收槽(8)內，而氫氣由氫氣輸出孔(81)引出供使用。