本实用新型专利技术涉及一种具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置，至少包括制氢主体，所述制氢主体的输入端连通有能够对输入的电解液进行磁极化处理的预处理组件，所述预处理组件包括预磁极化处理腔和供磁单元，所述供磁单元的第一极性基板和第二极性基板安装在所述预磁极化处理腔所限定的电解液流道的两侧，所述预磁极化处理腔按照其能够进行多次电解液磁化的方式建立有多个依次连通的极化处理管腔。本实用新型专利技术通过设置能够预先对电解液进行磁极化处理的预处理组件，使得电解液在进行电解前也发生质子极化，从而使预先获得磁场提供的激励能的只能在进行电解时，在更小的电场环境中即可成为自由电子而参与导电。即可成为自由电子而参与导电。即可成为自由电子而参与导电。
【技术实现步骤摘要】
一种具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置
[0001]本技术涉及PEM电解制氢设备
，尤其涉及一种具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置。
技术介绍
[0002]氢能具有能量密度大、热值高、储量丰富、来源广泛、转化效率高等特点，燃烧后生成水。可以作为储存方式与利用形式多样高效储能载体，氢能是可再生能源实现大规模长周期储存的有效解决方案，因此被认为是最具有应用前景的能源之一。
[0003]目前主流的制氢技术主要有化石能源制氢、工业副产品制氢和多能互补水电解制氢，其中，水电解制氢技术以其制备原料丰富、绿色清洁低碳等优势受到广泛关注。然而，现有水电解制氢产量在中国工业制氢总产量中占比不到10％，制约其发展的主要原因就在于水电解制氢能耗高、成本高，且能量转化效率偏低，目前大多数水电解制氢系统的能效均约在50％，导致经济性较差，不利于大规模推广应用。水电解制氢分为碱性水电解(AE)、质子交换膜(PEM)水电解以及高温固体氧化物水电解(SOEC)。碱性电解水技术(AE)是我国目前最成熟的电解水制氢技术。碱性水电解制氢综合成本低，但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题，适应波动性较差，与风光结合时需要配备储能。与之相比，PEM水电解制氢技术的运行电流密度高、产氢压力高，适应可再生能源发电的波动性特征，易于与可再生能源相结合。但是，现有的质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)水电解制氢设备存在制氢速率低、电解能耗高的问题，并且现有PEM水电解制氢设备由于电解过程的高能耗还会导致设备在工作时温度上升量大，致使设备的使用寿命缩短。
[0004]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于技术人做出本技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本技术不具备这些现有技术的特征，相反本技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
[0005]本技术目的在于提供一种设置有能够对电解液进行分子磁极化的预处理组件的PEM电解制氢装置，以解决现有PEM电解制氢装置的电解能耗高、电解效率低且由于工作环境温度高而损伤设备元件的问题。
[0006]本技术所采用的技术方案为：一种具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置，至少包括制氢主体，所述制氢主体的输入端连通有能够对输入的电解液进行磁极化处理的预处理组件，所述预处理组件包括预磁极化处理腔和供磁单元，其中，所述供磁单元的第一极性基板和第二极性基板安装在所述预磁极化处理腔所限定的电解液流道的两侧，所述预磁极化处理腔按照其能够进行多次电解液磁化的方式建立有多个依次连通的极化处理管腔。
[0007]根据一种优选的实施方式，所述预磁极化处理腔包括多个处于不同磁场强度的磁
场中的所述极化处理管腔、支撑架和连接件，其中，多个所述极化处理管腔通过所述连接件以可调节其倾斜角度和安装高度的方式设置在所述支撑架上，并且在所述支撑架的轴向上相邻的所述极化处理管腔是通过导流管路进行连接的；在所述支撑架的轴向上相邻的所述极化处理管腔的倾斜角度是按照互为补角。
[0008]根据一种优选的实施方式，多个所述极化处理管腔依次沿所述支撑架的轴向进行间隔设置，与所述引流管连通的所述极化处理管腔设置于所述支撑架的轴向上段；位于所述支撑架的轴向下段的所述极化处理管腔的输出端与所述制氢主体的输入端连通。
[0009]根据一种优选的实施方式，所述极化处理管腔至少通过两个所述连接件定位安装在所述支撑架上，使得与同一个所述极化处理管腔连接的不同所述连接件通过调整其在所述支撑架上的高度的方式限定所述极化处理管腔的支撑高度。
[0010]根据一种优选的实施方式，所述供磁单元还包括安装座，所述安装座能够夹持所述第一极性基板和第二极性基板，并且所述安装座是可拆卸地安装在所述极化处理管腔的腔壁外侧的。
[0011]根据一种优选的实施方式，所述预磁极化处理腔的上游设置有能够通过沉降过滤的方式完成电解液杂质过滤的滤槽，所述滤槽的输出端通过设置有液体驱动单元的引流管与所述预磁极化处理腔连接，所述滤槽包括槽体、进流管、出流管和过滤件，其中，所述进流管和出流管按照存在管口高度差的方式分别设置在所述槽体的侧面和顶面，并且所述槽体与所述出流管之间还设置有能够对杂质进行拦截的所述过滤件，多个所述过滤件按照层叠的方式进行设置。
[0012]根据一种优选的实施方式，所述极化处理管腔按照能够调节电解液的流动状态和流速的将其管壁设置为波纹形态，并且倾斜设置的所述极化处理管腔的输出管口内设置有能够对电解液进行拦截以延长电解液在所述极化处理管腔内的滞留时间的拦网。
[0013]根据一种优选的实施方式，所述制氢主体的内部按照构建电解槽的方式设置有端板和膜层单元，其中，所述端板和所述膜层单元按照相互平行的方式置于所述制氢主体内，并且具有多个层级结构的所述膜层单元设置在具有不同极性的两个所述端板之间。
[0014]根据一种优选的实施方式，所述端板包括相互平行的阳极端板、阴极端板，并且所述阳极端板、阴极端板分别与电源的正极和负极进行连接；所述膜层单元设置在所述阳极端板与阴极端板之间，并且所述膜层单元包括阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层。
[0015]根据一种优选的实施方式，所述制氢主体靠近所述阳极端板的侧壁底部设置所述极化处理管腔的输出端连通的进水口；所述制氢主体的侧壁分别与所述阳极端板、阴极端板所限定出的腔室顶部开设有供不同气体排出的第一出气口和第二出气口。
[0016]本技术的有益效果是：
[0017]本装置的预处理组件的设置是为了当电源的电能输入项为风力、太阳能等间歇式能源时，就地获取的河流水或存储水作为电解液时，该电解液存在一定杂质，而进行杂质过滤。预处理组件还能够现有的PEM水电解制氢能耗较高的问题，为了提升风力、太阳能发电的电源的单次可工作时长，降低电解能耗，预先对电解液进行极化处理，使得极化后的氢质子预先获得由磁场提供的激励能，从而在电解时，只需要更小的电场就能够成为自由电子参与导电，从而加速氢气的产生，降低克服势垒以断裂H
‑
O键所需要的能量。此外，具有分级
磁极化处理的预处理组件能够在电解开始前，先对电解液施加可变磁场，使水分子在进入制氢主体之前先发生极化，质子预先获得由磁场提供的激励能，再进入制氢主体进行电解时，只需更小的电场就能成为自由电子参与导电，并克服势垒以断裂H
‑
O键，产生氢气，从而降低了电解制氢时所需要耗费的能量，进而降低了耗能过程装置所挥发的热量，使得在能量消耗降低的同时降低了设备的工作维度，从而延长了设备的使用寿命。
[0018]最后，波纹管结构的极化处理管腔的设置能够使得电解液在极化处理管腔中发生分子状态改变的运动，使得其组成分子具有一个更加活跃的运动状态，促使构成电解液的水分子能够加速极化，电解液中的分子间氢键因本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置，至少包括制氢主体(1)，其特征在于，所述制氢主体(1)的输入端连通有能够对输入的电解液进行磁极化处理的预处理组件(4)，所述预处理组件(4)包括预磁极化处理腔(41)和供磁单元(42)，其中，所述供磁单元(42)的第一极性基板(421)和第二极性基板(422)安装在所述预磁极化处理腔(41)所限定的电解液流道的两侧，所述预磁极化处理腔(41)按照其能够进行多次电解液磁化的方式建立有多个依次连通的极化处理管腔(411)。2.如权利要求1所述的具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置，其特征在于，所述预磁极化处理腔(41)包括多个处于不同磁场强度的磁场中的所述极化处理管腔(411)、支撑架(412)和连接件(413)，其中，多个所述极化处理管腔(411)通过所述连接件(413)以可调节其倾斜角度和安装高度的方式设置在所述支撑架(412)上，并且在所述支撑架(412)的轴向上相邻的所述极化处理管腔(411)是通过导流管路(414)进行连接的；在所述支撑架(412)的轴向上相邻的所述极化处理管腔(411)的倾斜角度是按照互为补角。3.如权利要求2所述的具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置，其特征在于，多个所述极化处理管腔(411)依次沿所述支撑架(412)的轴向进行间隔设置，与引流管(44)连通的所述极化处理管腔(411)设置于所述支撑架(412)的轴向上段；位于所述支撑架(412)的轴向下段的所述极化处理管腔(411)的输出端与所述制氢主体(1)的输入端连通。4.如权利要求3所述的具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置，其特征在于，所述极化处理管腔(411)至少通过两个所述连接件(413)定位安装在所述支撑架(412)上，使得与同一个所述极化处理管腔(411)连接的不同所述连接件(413)通过调整其在所述支撑架(412)上的高度的方式限定所述极化处理管腔(411)的支撑高度。5.如权利要求4所述的具有前置磁极化结构的PEM电解制氢装置，其特征在于，所述供磁单元(42)还包括安装座(423)，所述安装座(423)能够夹持所述第一极性基板(421)和第二极性基板(422)，并且所述安装座(423)是可拆卸地安装在所述极化处理管腔(411)的腔壁外侧的。6.如权利要求5所述的具有前置磁极化结构的PEM电...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑蕾，初凤光，
申请(专利权)人：上海亿维工业科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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