一种高浓度氢气产生系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术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)。本发明专利技术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，本发明专利技术系统中的水可以循环使用，利于节约水资源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃料电池氢燃料制备
，具体涉及一种高浓度氢气产生系统及其工作方法。
技术介绍
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。专利技术专利(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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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％。本专利技术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。经过上述的本专利技术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，本专利技术系统中的水可以循环使用，利于节约水资源。附图说明图1是本专利技术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专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。参见附图1，本专利技术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。本专利技术的氢气分离器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对本专利技术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，本专利技术系统中的水可以循环使用，利于节约水资源。本专利技术不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本专利技术揭示的内容，在本专利技术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，都应该在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永峰，姚圣卓，裴普成，秦建军，金涛涛，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11