具有调节功能的电化学氢泵系统的制作方法

本发明涉及电化学氢泵，尤其涉及一种具有调节功能的电化学氢泵系统。

背景技术：

1、电化学氢泵(electrochemical hydrogen pump)或电化学氢压缩机(electrochemical hydrogen compressor/concentrator)是在质子交换膜燃料电池基础上发展起来的，是一种效率高、成本低、性能可靠以及可以形成规模生产的氢气分离、提纯以及压缩的新技术。

2、根据现有电化学氢泵的反应原理图可知，当含有氢气的混合气流进入电化学氢泵的阳极室后，氢气分子会经过气体扩散层到达催化层，在反应气体、催化剂和电解质膜的三相界面上发生氧化反应，使氢气分子氧化为质子和电子，随后质子在外加电压的作用下通过电解质膜往阴极传递，电子通过催化层和多孔扩散层以及导电的双极板传导到外电路。阳极电极反应式如下：h2(anode)→2h++2e-；在阴极室，由阳极通过电解质传递过来的质子以及通过外电路传递过来的电子结合，重新组合变为氢分子。阴极电极反应式如下：2h++2e-→h2(cathode)；阴、阳极反应的净效果为：氢分子从氢气含量较低的阳极气体中被抽到阴极，成为含氢量较高的阴极气体。电化学氢泵的总反应式为：h2(anode)→h2(cathode)。但是现有设备产生的氢气纯度不高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有调节功能的电化学氢泵系统，用以解决现有设备产生的氢气纯度不高的问题。

2、本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

3、本发明提供了一种具有调节功能的电化学氢泵系统，包括：

4、电化学氢泵，具有混合气体进口、混合气体出口、两个氢气出口；

5、直流电源，与所述电化学氢泵电连接以能向其供电；

6、第一管路，能向所述电化学氢泵输入混合气体，且沿着所述混合气体的流向在所述第一管路中依次接入有第一球阀、气体加热器、第三球阀、第一气体流量计、气体温度计和第一压力表；

7、第二管路，一端与所述混合气体出口连通，另一端接入所述第一球阀和所述气体加热器之间的所述第一管路中以能使混合气体回流入所述电化学氢泵中；

8、第三管路，接入所述第二管路中以能对所述电化学氢泵的低压端管路进行惰气置换，且沿混合气体的回流方向在所述第三管路与所述第二管路的连接点之后的所述第二管路中设置有第七球阀；

9、两条氢气管路，分别连通在两个所述氢气出口处以能输出氢气和对所述电化学氢泵的高压端管路进行惰气置换。

10、优选的，其中，在所述气体加热器和所述第三球阀之间还接入有气体增湿器，且在所述第三球阀和所述第一气体流量计之间还接入有湿度仪。

11、优选的，其中，所述气体加热器的输出端还设置有泄压管路以能辅助低压端管路进行惰气置换，且所述泄压管路中设置有第二球阀。

12、优选的，其中，所述第三管路中设置有第一截止阀以能连通或切断惰气的流通。

13、优选的，其中，所述气体加热器中设置有多个发热元件以能将混合气体的温度加热至40℃到100℃。

14、优选的，其中，所述气体增湿器的增湿原理为质子交换膜膜增湿方法或采用干湿混合法。

15、优选的，其中，所述气体增湿器的增湿范围为5％rh到100％rh。

16、优选的，其中，其中一条所述氢气管路中沿着氢气的流动方向依次接入有第二气体流量计、第五球阀、氢气干燥器、第六球阀、氢气储罐、第一减压阀和第三压力表，其中，所述氢气储罐上设置有第二压力表以能对其中氢气压力进行监测。

17、优选的，其中，另一条所述氢气管路中设置有第四球阀以能切断或连通氢气的流通。

18、优选的，其中，所述氢气干燥器采用变温吸附的方式进行干燥。

19、本发明至少具有以下特点及优点：

20、1.本发明电化学氢泵系统的低压端设置了气体加热器，一方面可以将进气中携带的液态水变成气态水，减少电化学氢泵阳极液态水的形成，减少催化剂发生水淹的可能，另一方面可以升高气体温度，增大电化学反应能，提高增压效率。

21、2.本发明电化学氢泵系统的低压端设置了气体增湿器，进行进气湿度的调节。进气湿度增加，质子交换膜的含水量升高，增压能力得到提升；进气湿度降低，有利于气体扩散层排出电化学氢泵阳极侧多余的水，保护催化剂不发生水淹现象，延长电化学氢泵稳定运行的时间。

22、3.本发明电化学氢泵上端压板设置一个混合气出口，与进气管路连接，可将混合气重新循环进电化学氢泵系统；设置两个氢气出口，可供两处终端处理和使用，也可将两个出口连接到一起，供一处终端处理和使用。

23、4.本发明电化学氢泵系统的低压端形成一单独回路，可进行氮气置换，也可将混合气在低压端循环，利用气体增湿器来增大质子交换膜的含水量，提高电化学氢泵的性能。

技术特征：

1.一种具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，在所述气体加热器和所述第三球阀之间还接入有气体增湿器，且在所述第三球阀和所述第一气体流量计之间还接入有湿度仪。

3.根据权利要求2所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，所述气体加热器的输出端还设置有泄压管路以能辅助低压端管路进行惰气置换，且所述泄压管路中设置有第二球阀。

4.根据权利要求3所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，所述第三管路中设置有第一截止阀以能连通或切断惰气的流通。

5.根据权利要求4所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，所述气体加热器中设置有多个发热元件以能将混合气体的温度加热至40℃到100℃。

6.根据权利要求5所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，所述气体增湿器的增湿原理为质子交换膜膜增湿方法或采用干湿混合法。

7.根据权利要求6所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，所述气体增湿器的增湿范围为5％rh到100％rh。

8.根据权利要求7所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，其中一条所述氢气管路中沿着氢气的流动方向依次接入有第二气体流量计、第五球阀、氢气干燥器、第六球阀、氢气储罐、第一减压阀和第三压力表，其中，所述氢气储罐上设置有第二压力表以能对其中氢气压力进行监测。

9.根据权利要求8所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，另一条所述氢气管路中设置有第四球阀以能切断或连通氢气的流通。

10.根据权利要求9所述的具有调节功能的电化学氢泵系统，其特征在于，所述氢气干燥器采用变温吸附的方式进行干燥。

技术总结
本发明公开了一种具有调节功能的电化学氢泵系统，包括：电化学氢泵，具有混合气体进口、混合气体出口、两个氢气出口；第一管路，能向电化学氢泵输入混合气体，且沿着混合气体的流向在第一管路中依次接入有第一球阀、气体加热器、第三球阀、第一气体流量计、气体温度计和第一压力表；第二管路，一端与混合气体出口连通，另一端接入第一球阀和气体加热器之间的第一管路中以能使混合气体回流入电化学氢泵中；第三管路，接入第二管路中，且沿混合气体的回流方向在第三管路与第二管路的连接点之后的第二管路中设置有第七球阀；两条氢气管路，分别连通在两个氢气出口处以能输出氢气和对电化学氢泵的高压端管路进行惰气置换。

技术研发人员：马强,魏海兴,王桂洲,吴笑雨,宋金磊,张跃兴,张楠
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12