专利名称：质子交换膜电解水系统中的多电极电解方法
质子交换膜电解水系统中的多电极电解方法所属技术领域一种利用质子交换膜技术的多电极电解系统是新一代氢气、氧气工业化大规模制备系统。
技术背景随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需 要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种理想的新的能源。 氢能的开发利用首先必须解决氢源问题，大量廉价氢的生产是实现氢能利用的根本。氢是一 种高密度能源， 一般说来，生产氢要消耗大量的能量。因此，必须寻找一种低能耗、高效率 制氢方法。氢作为能源利用应包括以下三个方面利用氢和氧化剂发生反应放出的热能；利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能及利用氢的热核反应释放出的核能。我国早已 试验成功的氢弹就是利用了氢的热核反应释放出的核能，是氢能的一种特殊应用。我国航天 领域使用的以液氢为燃料的液体火箭，是氢用作为燃料能源的典型例子。氧气的开发和利用意义更是众所周知。其应用范围的广泛和需要量的规模都是巨大的。利用质子交换膜技术的多电极电解系统是新一代氢气、氧气工业化大规模制备系统。在生产 过程中，它可同时制备氢气和氧气。本发明的优点和积极效果在于*环保——它采用现代高新技术实现气体生产过程没有任何污染，达到绿色环保要求，符合当今社会可持续发展要求 *工艺简洁——由于生产过程中用物理方法将氢气和氧气实现分离，省去了常规氢氧提纯过程，减少工艺难度，降低成本。 拳节能——该技术可釆用现代太阳能技术，使得常规生产中电能的消耗降到最低，从而降低生产成本。*应用广泛——该技术适用于各种场所，具有广阔的市场前景。參对外界环境要求低——与常规技术相比，不需要较多辅助设备就可以实现生产。发明内容该发明涉及一种利用质子交换膜技术的多电极电解系统。氢气和氧气的工业化制备目前多采 用电解方法，使用大量的电能并存在较严重的污染。本发明将使得氢气和氧气的工业化大规 模制备实现大规模节约电能，也可以实现完全由太阳能，风能等环保能源取代进而完成大规 模制备氢气和氧气的目的。该技术所涉及的具体的电化学反应过程为2H20 =〉 2H2 + 02该发明将蓄电池或太阳能电源亦或常规电源与质子交换膜技术相结合，在质子交换膜两侧加 以一层具有可以承载催化剂同时又能释放气体的催化反应腔体。在正常工作中该腔体处于水中，在通电的情况下即可实现将水电解成氢离子和氧离子，氢离子穿透电极行成氢气分子， 氧离子放出电子形成氧气。本发明中，将系统多电极集成形成多电极电解系统，叙述了多-电 极集成时的结构和各个部件的功能，将使得应用该技术时达到大规模生产的目的成为可能。本发明的意义在于可以实现高纯氢氧气体的快速制备和规模化以及多种能源利用。是环保型 制备氢气和氧气的新技术。
下面结合附图对本发明做进一步说明 图1是本发明的电解仓及电极的原理图 图2是本发明的电解仓及电极的整体构造图 图3是本发明的系统整体构造1中1.质子交换膜；2, 13.隔离催化剂反应室的石墨滤纸(网)；3.催化剂及催化反应室； 4.12进水孔同时也是排水孔；5, 11.蓄水槽6， 9.电源接口； 7， 8.，排气管；10.加热 体；图2是图1的整体示意图。图3中14, 15是储水塔；16， 17是水净化器；18, 19， 20, 21, 22， 23, 24， 25， 26分别是各管线的 开关阀门；27,28是连接电极的电源线；29, 30是连接外电路的总线.31,32是气体净化器； 33, 34是排水总线。图中A显示为图2的整体结构。
具体实施方式
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是将图2中的电极反应单体(A)按并联方式排 列，多个单体的氢气出气管和氧气出气管分别由一个总的氢气管和氧气管相连接导出。电源 的连接釆用并联方式。在整个系统的前端安装有储水塔和净化水系统，保证进入电解仓的水 是纯净的，以免降低电解电极的寿命。每个电解电极的蓄水仓底部与从净化水系统得出的净 化水输送管线相连通，要求每个电解电极的放置高度相同以保证其体内的水位相同。在排气 管的末尾连接有气体净化和湿度控制系统，以确保产出的气体的纯度和湿度符合要求。由于 此系统的气体获得的技术本身决定了其纯度是极其高的，因此，净化的过程实际上是一个过 滤的过程，用以驱除在气体产生到排送过程中系统本身释放或混杂的固体微粒等。
权利要求
1. 质子交换膜电解水系统中的多电极电解系统。
2、 权利要求一中的系统，包括电解电极系统,气体输送系统，气体净化系统，电源及电源 控制系统，蓄水和水处理净化系统，供水及排水系统。
3、 权利要求2所述的电解电极系统，其特征在于系统由多个独立的电解电极所组成。每个 电解电极的排气管与共同的排气系统相连，每个电解电极的进水管与共同的水处理净 化系统相连，每个电解电极的电源接线与电源系统采用并连的形式相连。
4、 权利要求2所述的气体输送系统，其特征在于整个系统的气体排送由架设于电解电极上 部的氢气管道和氧气管道实现。每个管道的末端与气体净化系统相连，经过净化的气 体排往应用者或储存系统。
5、 权利要求2所述的气体净化系统，其特征在于净化系统的组成由微粒子净化和气体湿度 控制两部分组成。其排出的气体直接由气体压縮系统压縮储存或直接使用。
6、 权利要求2所述的电源及电源控制系统，其特征在于系统电源用并连方式为多个电解电 极供电，电源可以是太阳能电源，固定电源或电网工业用电。
7、 权利要求2所述的电源及电源控制系统还包括对电解电极提供热源的电热部分。其特 征在于供热的方式可以是分别加热也可以是对净化过的水加热。
8、 权利要求2所述的蓄水和水处理净化系统，其特征在于该系统处于整个系统的前端，水 处理净化系统的出口与进水和排水系统连接。
9、 权利要求2所述的供水及排水系统。其特征在于整个系统的供水及排水系统分为氢气 系统和氧气系统两部分。每部分的供水及排水系统由同一回路完成。供水及排水系统 是处在电解电极系统的下部或并列的位置。每个电解电极与供水及排水系统之间以及 与蓄水和水处理净化系统之间由阀门控制。
全文摘要
质子交换膜电解水系统中的多电极电解方法。该方法将多组电极并用以达到大规模制备气体的要求。在本发明中，每组电极之间是采用并联的方法加以连接，电极与电极之间由发热体环绕，彼此绝缘。在应用中，每个单一电解电极中的水由一个共同的蓄水槽提供，所产生的气体分别通过连接其上的气管导入到总排气管中。由于每个单元的工作是完全独立的，并可以无限叠加，因此，在电能允许的条件下，可以产出任意需要量的气体，为大工业生产提供气源。
文档编号C25B1/10GK101265586SQ200710088059
公开日2008年9月17日 申请日期2007年3月13日 优先权日2007年3月13日
发明者翔 翱 申请人:娄 珈;赵志刚