專利名稱：質子交換膜電解水系統(tǒng)中的多電極電解方法
質子交換膜電解水系統(tǒng)中的多電極電解方法所屬技術領域一種利用質子交換膜技術的多電極電解系統(tǒng)是新一代氫氣、氧氣工業(yè)化大規(guī)模制備系統(tǒng)。
技術背景隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需 要尋找一種不依賴化石燃料的、儲量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種理想的新的能源。 氫能的開發(fā)利用首先必須解決氫源問題，大量廉價氫的生產是實現氫能利用的根本。氫是一 種高密度能源， 一般說來，生產氫要消耗大量的能量。因此，必須尋找一種低能耗、高效率 制氫方法。氫作為能源利用應包括以下三個方面利用氫和氧化劑發(fā)生反應放出的熱能；利用氫和氧化劑在催化劑作用下的電化學反應直接獲取電能及利用氫的熱核反應釋放出的核能。我國早已 試驗成功的氫彈就是利用了氫的熱核反應釋放出的核能，是氫能的一種特殊應用。我國航天 領域使用的以液氫為燃料的液體火箭，是氫用作為燃料能源的典型例子。氧氣的開發(fā)和利用意義更是眾所周知。其應用范圍的廣泛和需要量的規(guī)模都是巨大的。利用質子交換膜技術的多電極電解系統(tǒng)是新一代氫氣、氧氣工業(yè)化大規(guī)模制備系統(tǒng)。在生產 過程中，它可同時制備氫氣和氧氣。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于*環(huán)?！捎矛F代高新技術實現氣體生產過程沒有任何污染，達到綠色環(huán)保要求，符合當今社會可持續(xù)發(fā)展要求 *工藝簡潔——由于生產過程中用物理方法將氫氣和氧氣實現分離，省去了常規(guī)氫氧提純過程，減少工藝難度，降低成本。 拳節(jié)能——該技術可釆用現代太陽能技術，使得常規(guī)生產中電能的消耗降到最低，從而降低生產成本。*應用廣泛——該技術適用于各種場所，具有廣闊的市場前景。參對外界環(huán)境要求低——與常規(guī)技術相比，不需要較多輔助設備就可以實現生產。發(fā)明內容該發(fā)明涉及一種利用質子交換膜技術的多電極電解系統(tǒng)。氫氣和氧氣的工業(yè)化制備目前多采 用電解方法，使用大量的電能并存在較嚴重的污染。本發(fā)明將使得氫氣和氧氣的工業(yè)化大規(guī) 模制備實現大規(guī)模節(jié)約電能，也可以實現完全由太陽能，風能等環(huán)保能源取代進而完成大規(guī) 模制備氫氣和氧氣的目的。該技術所涉及的具體的電化學反應過程為2H20 =〉 2H2 + 02該發(fā)明將蓄電池或太陽能電源亦或常規(guī)電源與質子交換膜技術相結合，在質子交換膜兩側加 以一層具有可以承載催化劑同時又能釋放氣體的催化反應腔體。在正常工作中該腔體處于水中，在通電的情況下即可實現將水電解成氫離子和氧離子，氫離子穿透電極行成氫氣分子， 氧離子放出電子形成氧氣。本發(fā)明中，將系統(tǒng)多電極集成形成多電極電解系統(tǒng)，敘述了多-電 極集成時的結構和各個部件的功能，將使得應用該技術時達到大規(guī)模生產的目的成為可能。本發(fā)明的意義在于可以實現高純氫氧氣體的快速制備和規(guī)模化以及多種能源利用。是環(huán)保型 制備氫氣和氧氣的新技術。


下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明 圖1是本發(fā)明的電解倉及電極的原理圖 圖2是本發(fā)明的電解倉及電極的整體構造圖 圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)整體構造1中1.質子交換膜；2, 13.隔離催化劑反應室的石墨濾紙(網)；3.催化劑及催化反應室； 4.12進水孔同時也是排水孔；5, 11.蓄水槽6， 9.電源接口； 7， 8.，排氣管；10.加熱 體；圖2是圖1的整體示意圖。圖3中14, 15是儲水塔；16， 17是水凈化器；18, 19， 20, 21, 22， 23, 24， 25， 26分別是各管線的 開關閥門；27,28是連接電極的電源線；29, 30是連接外電路的總線.31,32是氣體凈化器； 33, 34是排水總線。圖中A顯示為圖2的整體結構。
具體實施方式
本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是將圖2中的電極反應單體(A)按并聯方式排 列，多個單體的氫氣出氣管和氧氣出氣管分別由一個總的氫氣管和氧氣管相連接導出。電源 的連接釆用并聯方式。在整個系統(tǒng)的前端安裝有儲水塔和凈化水系統(tǒng)，保證進入電解倉的水 是純凈的，以免降低電解電極的壽命。每個電解電極的蓄水倉底部與從凈化水系統(tǒng)得出的凈 化水輸送管線相連通，要求每個電解電極的放置高度相同以保證其體內的水位相同。在排氣 管的末尾連接有氣體凈化和濕度控制系統(tǒng)，以確保產出的氣體的純度和濕度符合要求。由于 此系統(tǒng)的氣體獲得的技術本身決定了其純度是極其高的，因此，凈化的過程實際上是一個過 濾的過程，用以驅除在氣體產生到排送過程中系統(tǒng)本身釋放或混雜的固體微粒等。
權利要求
1. 質子交換膜電解水系統(tǒng)中的多電極電解系統(tǒng)。
2、 權利要求一中的系統(tǒng)，包括電解電極系統(tǒng),氣體輸送系統(tǒng)，氣體凈化系統(tǒng)，電源及電源 控制系統(tǒng)，蓄水和水處理凈化系統(tǒng)，供水及排水系統(tǒng)。
3、 權利要求2所述的電解電極系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由多個獨立的電解電極所組成。每個 電解電極的排氣管與共同的排氣系統(tǒng)相連，每個電解電極的進水管與共同的水處理凈 化系統(tǒng)相連，每個電解電極的電源接線與電源系統(tǒng)采用并連的形式相連。
4、 權利要求2所述的氣體輸送系統(tǒng)，其特征在于整個系統(tǒng)的氣體排送由架設于電解電極上 部的氫氣管道和氧氣管道實現。每個管道的末端與氣體凈化系統(tǒng)相連，經過凈化的氣 體排往應用者或儲存系統(tǒng)。
5、 權利要求2所述的氣體凈化系統(tǒng)，其特征在于凈化系統(tǒng)的組成由微粒子凈化和氣體濕度 控制兩部分組成。其排出的氣體直接由氣體壓縮系統(tǒng)壓縮儲存或直接使用。
6、 權利要求2所述的電源及電源控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)電源用并連方式為多個電解電 極供電，電源可以是太陽能電源，固定電源或電網工業(yè)用電。
7、 權利要求2所述的電源及電源控制系統(tǒng)還包括對電解電極提供熱源的電熱部分。其特 征在于供熱的方式可以是分別加熱也可以是對凈化過的水加熱。
8、 權利要求2所述的蓄水和水處理凈化系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)處于整個系統(tǒng)的前端，水 處理凈化系統(tǒng)的出口與進水和排水系統(tǒng)連接。
9、 權利要求2所述的供水及排水系統(tǒng)。其特征在于整個系統(tǒng)的供水及排水系統(tǒng)分為氫氣 系統(tǒng)和氧氣系統(tǒng)兩部分。每部分的供水及排水系統(tǒng)由同一回路完成。供水及排水系統(tǒng) 是處在電解電極系統(tǒng)的下部或并列的位置。每個電解電極與供水及排水系統(tǒng)之間以及 與蓄水和水處理凈化系統(tǒng)之間由閥門控制。
全文摘要
質子交換膜電解水系統(tǒng)中的多電極電解方法。該方法將多組電極并用以達到大規(guī)模制備氣體的要求。在本發(fā)明中，每組電極之間是采用并聯的方法加以連接，電極與電極之間由發(fā)熱體環(huán)繞，彼此絕緣。在應用中，每個單一電解電極中的水由一個共同的蓄水槽提供，所產生的氣體分別通過連接其上的氣管導入到總排氣管中。由于每個單元的工作是完全獨立的，并可以無限疊加，因此，在電能允許的條件下，可以產出任意需要量的氣體，為大工業(yè)生產提供氣源。
文檔編號C25B1/10GK101265586SQ200710088059
公開日2008年9月17日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權日2007年3月13日
發(fā)明者翔 翱 申請人:婁 珈;趙志剛