[实用新型]电解水氢气发生器

说明书

本发明涉及一种提供高纯度氢气的高效电解水氢气发生器。

在工业生产中应用最多的电解水制氢装置是以石棉布作为隔膜分隔氢氧两气室，它要求氢氧两气室的工作压力相平衡，把压差控制在几百个毫米水柱之内。但由于石棉布的孔隙率较大，两气室中的气体容易相互串漏，造成所产生的气体质量差，氢气纯度只有98％。尽管有些制氢装置采用先进的压差控制方式，氢气纯度提高到99.7％，但仍满足不了一些用户使用高纯度氢气的要求。同时由于受石棉膜厚度极其不耐电流冲击的影响，其运行电流密度只有1500-2100A/m²，不仅电解效率低、体积庞大，而且还带来主机和辅机效率低的缺点。

目前较先进的技术(JAPPLELectrochem18(1988)1-4)是采用离子交换膜或特种膜，并采用孔径不一致的两种穿孔板为电极，以组成零极距，可部分解决间距的问题，一定程度地降低了能耗。但该装置需要严格控制条件，操作不方便，同时这种装置仍然没有解决共用管道电解的问题。因此，使用该技术所提供的气体纯度不高。此外，这种装置也因造价高，很难在工业生产中采用。

现在工业生产中的电解水制氢装置采用的电解液循环方式为双循环，即氢、氧气室都有电解液循环，液路系统比较复杂，给控制和维护带来不便。而且都没有电解液流量控制元件，不能随时监测电解液的流量，当电解液流量不够或零流量时，带来以下缺点：电解所产生的热量不能由电解液及时带走，易造成电解槽温度过高；电极表面的电解液浓度过高使槽电压升高，同时电解效率下降；在压力控制方面，压力平衡式电解水制氢装置大多采用气动或电动薄膜阀，控制线路复杂成本高、故障率高。

本发明的目的在于克服以上技术不足，提供一种自控能力强的高效电解水氢气发生器，与目前工业生产中所应用的水电解制氢装置相比，具有以下优点：

1、纯度高：可产生高纯度氢气(气体纯度99.99％)；

2、含水量低：含水量≤1.7g/m³H₂；

3、结构简单：即单腔电解液循环；

4、安全性高：微孔膜的高阻气性决定了装置的安全性；

5、体积小、重量轻：高电流密度是本装置体积小、重量轻的有效保证。    

为达到上述目的，本发明液路装置中的电解槽选用微孔膜(平均孔径50-100nm)作气室的隔膜，在微孔膜两侧紧密贴合两块穿孔板作为主电极，穿孔板与作为辅助电极的分隔板之间加入可透液弹性导电支撑形成硬支撑结构。同时改进传统水电解槽的共用管道结构，用绝缘材料制成共用管道内衬环及支通道内衬管或用绝缘材料制成带共用孔道的边框，构成电绝缘的共用管道及支通道，这样两气室间可在压差(0.4MPa)下稳定工作，既解决两气室气体相互串漏问题，又防止了共用管道电解现象的发生，使气体质量得到提高。同时主电极穿孔板与微孔膜的紧密贴合，消除液相压降形成零极距，降低了直流电耗。

由于本发明采用微孔膜分隔氢、氧气室，并把穿孔板与其紧密贴合，以及透液弹性导电支撑的硬支撑结构，使本装置可采用单循环的电解液循环方式，即氧气室有电解液循环而氢气室无电解液循环。由于氢气室压力高于氧气室压力，在氧气室循环的电解液不透过微孔膜到达氢气室，简化了结构又降低了氢气的含水量(氢气的含水量≤1.7g/m³H₂)。

为保证装能够高效、稳定的运行，本装置设有监控电解液流量的流量开关，来保证装置运行的最小流量，在电解液流量正常时，电解液动压头使其内部带有磁铁的浮子浮起，在磁铁磁力的作用下，干簧管内部的触点断开给出流量正常信号；当由于某种原因使电解液流量低于最小流量时，由于距离的原因，磁力作用不到干簧管上，触点吸合，给出一个报警停机信号。

本装置采用压差调节器来控制氢、氧两种气体的压力差，压差调节器分为运行压差调节器和关闭压差调节器，由三个室组成，上部为控制气室，下部为输出气室，中间室与上下气室通过密封橡皮膜片隔绝，在中间室内设有一传递块来连接上下气室。通过两个调节器对氧气、氢气的放空来控制氧气和氢气压力差，当氢、氧压差低于设定值时，运行压差调节器动作，放空多余的氧气来提高氢、氧压差；当氢、氧压差高于设定值时，关闭压差调节器动作，放空多余的氢气来降低氢、氧压差，从而达到控制压差的目的，使电解槽内氢气室的压力始终高于氧气室压力0.15-0.2MPa。

下面结合附图以实施例进一步详细说明。

图1为本发明的结构简图。

图2为本发明的电解槽单元结构示意图。

图3为本发明的流量开关原理图。