[实用新型]一种制备高压高纯氢气的电化学氢泵系统

说明书

本实用新型涉及一种制备高压高纯氢气的电化学氢泵系统，包括电化学氢泵、与电化学氢泵的低压气室连接的低压管路系统及电化学氢泵的高压气室连接的高压管路系统，低压管路系统包括低压氢源、进气管路、循环管路、氢水管理器、低压分水器，循环管路的一端连接低压气室的回气口，另一端连接氢水管理器，以使得未反应的氢气重新进入低压气室；高压管路系统包括高压分水器、高压气瓶、排气管路，排气管路的一端连接电化学氢泵的高压气室，另一端连接高压气瓶。该氢泵系统可以提高增压功效，降低能耗，提高氢气纯度。

技术领域

本实用新型涉及电化学氢泵技术领域，具体涉及一种制备高压高纯氢气的电化学氢泵系统。

背景技术

目前充分利用自然能和氢能是实现碳减排，应对化石能源枯竭的最优选择。利用氢能就要解决氢气的生产、储存、运输、利用等几大环节的关键问题。

氢多以气体状态存在，在储存和运输过程中，氢气要被压缩成高压氢气或液化成液态氢。氢气被压缩成高压氢气的方法主要是靠机械能反复做功将氢气压缩，然后储存在高压气瓶中，不仅增压设备庞大，工作过程要消耗大量能量、噪音大、增压泵往返运动也会造成密封件磨损导致漏气。当氢气被压缩到一定高压后，压缩因子增大，难以进一步压缩，同时要消耗更大能量。

目前可以用电化学氢泵替代常用的往复式机械增压装置，与后者相比，电化学氢泵有紧凑、升压效率高、由于没有机械动作部分，因此无需维护、几乎没有噪声等诸多优点。电化学氢泵主要由质子传导膜分开的两个气室构成，质子传导膜两侧有电化学催化剂。在外接直流电时，处于正极气室内的低压氢气在电催化作用下解离成质子通过质子传导膜传至负极气室重新生成高压氢气，如公式(1)所示。

E＝(RT/2F)ln(P₂/P₁)+ir (1)

在(1)式中，E为施加于氢泵两侧的直流电压(V)，R为气体常量(8.3145J/K·mol)，T为氢泵内的温度(K)，F为法拉第常量(96485C/mol)，P₁表示正极侧压力(Pa)，P₂表示负极侧压力(Pa)，i表示电流(A)，r表示电池总电阻(Ω)。

当温度和电流、总电阻不变时，施加的直流电压越大，氢气压力增高的倍数越大，这个倍数的增加是趋于电压值的自然常数次方的，增压效果剧增。

申请公布号CN110552014A的松下公司在中国申请的专利，涉及一种电化学式泵，主要描述了单级增压中对膜的强支撑结构；在CN111082091A的专利中主要描述了多单元氢泵结构。

申请公布号CN111054192A的发明专利，涉及一种利用电化学电池生产和提供净化的气体的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种增压效果好的制备高压高纯氢气的电化学氢泵系统，以制得高压、高纯度的氢气。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种制备高压高纯氢气的电化学氢泵系统，包括电化学氢泵、与电化学氢泵的低压气室连接的低压管路系统及电化学氢泵的高压气室连接的高压管路系统，低压管路系统包括低压氢源、进气管路、循环管路、氢水管理器、低压分水器，所述氢水管理器设置在进气管路上，进气管路一端连接低压气室的进气口，另一端连接气压氢源；循环管路的一端连接低压气室的回气口，另一端连接氢水管理器，以使得未反应的氢气重新进入低压气室；

所述低压分水器设置在循环管路上，用于低压侧的气水分离；

高压管路系统包括高压分水器、高压气瓶、排气管路，排气管路的一端连接电化学氢泵的高压气室，另一端连接高压气瓶，高压分水器设置在排气管路上，用于高压侧的水气分离。

进一步地，所述低压氢源为低压氢气瓶、液氢、金属储氢、有机物储氢或现场制氢。