一种制氢方法、制氢组件及制氢机与流程

本发明涉及制氢技术领域。

背景技术：

因氢气的特性，曾经被用于气囊使用，而后因其作为可燃性气体，又被广泛用于航天科技的发展，作用也是不容小觑。氢气与氧气燃烧后会变成水，既环保，又不会产生污染物，所以它可作为理想的燃烧原料。空气中含有着少量的氢气，如同人体中氢仅占有9.5%，却赋予了生命的化学能量，也是维持生命健康的重要元素。即便含量很少，却有着对生命不可忽视的的作用。它在保健医学中起到了重要作用，它曾被公认为是活性自由基的理想选择性清洁剂。因此如何制氢则成为业界关注的焦点，现有的制氢方式有多种，但均存在改进的需要，以提升氢气的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制氢方法、制氢组件及制氢机，优化制氢工艺及结构，提升制氢效率。

为达到上述目的，本发明提供一种制氢方法，该方法是提供一个封闭的反应环境，在质子交换膜的作用下，将输入反应环境中的水分解制氢，同时在反应环境的不同方位输出氢气和氧气。

上述制氢方法中，所述的反应环境中含有催化反应体系，该催化反应体系包括以质子交换膜为基准对称分布的阳极催化反应体和阴极催化反应体，阳极催化反应体上输入水及排出氧气，而阴极催化反应体输出氢气。

为达到上述目的，本发明提供一种制氢组件，其具有：

阳极催化反应体，该阳极催化反应体设有阳极流道板、阳极催化层、阳极扩散层，该阳极催化层和阳极扩散层叠设定位在第一支架上；

阴极催化反应体，该阴极催化反应体设有阴极流道板、阴极催化层、阴极扩散层，该阴极催化层和阴极扩散层叠设定位在第二支架上；

质子交换膜，该质子交换膜定位在第三支架上，且嵌设在阳极催化反应体和阴极催化反应体之间，该阳极流道板、第一支架、第三支架、第二支架及阴极流道板在一轴线上依次层叠固连在一起并围合出封闭的反应环境，同时实现阳极催化层、阳极扩散层、质子交换膜、阴极催化层及阴极扩散层在该反应环境中以不受固连力大小影响的稳态存在；所述阳极流道板上设有入水口及出氧口，所述阴极流道板上设有出氢口。

上述的制氢组件进一步是，所述阳极流道板、第一支架、第二支架、第三支架及阴极流道板均是方形体，第一支架上设有第一通孔，第二支架上设有第二通孔，第三支架上设有第三通孔，该第一通孔、第二通孔及第三通孔同轴设置，且第一通孔和第二通孔的孔径大于第三通孔的孔径；所述阳极催化层和阳极扩散层对应叠设在第一支架的第一通孔上并遮盖第一通孔，所述阴极催化层和阴极扩散层对应叠设在第二支架的第二通孔上并遮盖第二通孔；所述质子交换膜对应定位在第三支架的第三通孔上并遮盖第三通孔；所述阳极催化层和阴极催化层分别靠近质子交换膜相背对的两背侧，且质子交换膜的正投影完全落在阳极催化层和阴极催化层上。

上述的制氢组件进一步是，所述阴极流道板的内设有内凹缓冲槽，该内凹缓冲槽的形状与第一通孔、第二通孔及第三通孔匹配且同轴设置，内凹缓冲槽连通出氢口。

上述的制氢组件进一步是，所述阳极催化层和阴极催化层是选自元素周期表中第viii族和/或ib族过渡金属的金属单质、金属合金、金属氧化物、金属硫化物和金属碳化物的任意一种或任意多种。

上述的制氢组件进一步是，所述所述阳极流道板、第一支架、第二支架、第三支架及阴极流道板均在方形对角位设有固连通孔。

上述的制氢组件进一步是，所述第一通孔、第二通孔及第三通孔是方形孔，且第一通孔、第二通孔及第三通孔的方形方向与第一支架、第二支架及第三支架的方形方向成一夹角。

为达到上述目的，本发明提供一种制氢机，该制氢机包含有上述的制氢组件；该制氢机用于吸氢吸氧、富氢水饮水机、电子产品消除静电尘埃、汽车发动机除积碳或氢氧电池。

本发明提出的制氢方法、制氢组件及制氢机，优化了制氢工艺及结构，提升制氢效率，制氢组件及制氢机的体形小巧，移动性强，方便使用，适合工业及民用需要。

附图说明：

附图1为本发明其一实施例的制氢组件示意图；

附图2为图1实施例的结构分解示意图。

具体实施方式：

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参阅图1、2所示，是本发明的较佳实施例示意图，本发明有关一种制氢方法，该方法是提供一个封闭的反应环境，在质子交换膜的作用下，将输入反应环境中的水分解制氢，同时在反应环境的不同方位输出氢气和氧气，防止氢气和氧气发生逆反应，提升制氢效率。封闭的反应环境，保证了制氢过程不会掺进空气或者氧气，同时获得稳定的制氢环境，水在反应环境中由质子交换膜提供的电荷反应形成氢气和氧气，具体地，水获得电荷反应形成氢气和氧气是现有技术，在此不再赘述。为了提高制氢效率，氢气和氧气分置在不同方位输出，同时在制氢过程中不断将生成的氧气排出，这时可增加额外的真空设备或存储惰性气体的设备，用于辅助氧气排出，以提升制氢效率及浓度。本发明进一步地，所述的反应环境中含有催化反应体系，该催化反应体系包括以质子交换膜为基准对称分布的阳极催化反应体和阴极催化反应体，阳极催化反应体上输入水及排出氧气，而阴极催化反应体输出氢气。通过催化反应体系的作用下，纯水更容易发生反应，获得更快、更纯的制氢功效。

参阅图1、2所示，是本发明提出的制氢组件较佳实施例示意图，该制氢组件具有阳极催化反应体1、阴极催化反应体2及质子交换膜3。其中，该阳极催化反应体1设有阳极流道板11、阳极催化层12、阳极扩散层13，该阳极催化层12和阳极扩散层13叠设定位在第一支架14上。该阴极催化反应体2设有阴极流道板21、阴极催化层22、阴极扩散层23，该阴极催化层22和阴极扩散层23叠设定位在第二支架24上。该质子交换膜3定位在第三支架4上，且嵌设在阳极催化反应体1和阴极催化反应体2之间，该阳极流道板11、第一支架14、第三支架4、第二支架24及阴极流道板21在一轴线上依次层叠固连在一起并围合出封闭的反应环境，同时实现阳极催化层、阳极扩散层、质子交换膜、阴极催化层及阴极扩散层在该反应环境中以不受固连力大小影响的稳态存在；阳极催化层、阳极扩散层、质子交换膜、阴极催化层及阴极扩散层由对应的支架承载及定位，组装后不变形，相互之间间隙好，保证反应制氢，且获得有效孔隙率，保证水分子运动及排出氢气和氧气。所述阳极流道板11上设有连通反应环境的入水口111及出氧口112，所述阴极流道板21上设有连通反应环境的出氢口211，在轴线上相对远离的布置出氧口112和出氢口211，有效分离氢气和氧气，防止逆反应，保证制氢效率及降低运行成本。

参阅图1、2所示，本实施例中，所述阳极流道板11、第一支架14、第二支架24、第三支架4及阴极流道板21均是方形体，第一支架14上设有第一通孔141，第二支架24上设有第二通孔241，第三支架4上设有第三通孔41，该第一通孔141、第二通孔241及第三通孔41同轴设置，且第一通孔和第二通孔的孔径大于第三通孔的孔径，获得节流增压，保证水分子运动时，防止阴极催化反应体2处的氢气逆行到阳极催化反应体1处。所述阳极催化层和阳极扩散层对应叠设在第一支架的第一通孔上并遮盖第一通孔，所述阴极催化层和阴极扩散层对应叠设在第二支架的第二通孔上并遮盖第二通孔；所述质子交换膜对应定位在第三支架的第三通孔上并遮盖第三通孔；所述阳极催化层和阴极催化层分别靠近质子交换膜相背对的两背侧，且质子交换膜的正投影完全落在阳极催化层和阴极催化层上。该结构实现在质子交换膜相背对的两背侧进行催化及扩散作用，有助于水在阳极催化反应体1处反应生成氧气，而在阴极催化反应体2处反应生成氢气。反应可以是以下形式：

阴极:

阳极:

总反应式:。

参阅图1、2所示，本实施例中，所述阴极流道板21的内设有内凹缓冲槽212，该内凹缓冲槽212的形状与第一通孔、第二通孔及第三通孔匹配且同轴设置，内凹缓冲槽212连通出氢口211，该内凹缓冲槽212缓冲并集合氢气，有效改进气液分离，以获得更纯的氢气。所述阳极流道板、第一支架、第二支架、第三支架及阴极流道板均在方形对角位设有固连通孔，方便叠加固定在一起，四角位紧固连接，密封性好，受力均衡。而所述第一通孔、第二通孔及第三通孔是方形孔，且第一通孔、第二通孔及第三通孔的方形方向与第一支架、第二支架及第三支架的方形方向成一夹角，有效增加反应环境的面积，提升制氢效果；同时也保证阳极流道板、第一支架、第二支架、第三支架及阴极流道板之间的固定连接，有效制作封闭的反应环境。

参阅图1、2所示，本实施例中，所述阳极催化层和阴极催化层是选自元素周期表中第viii族和/或ib族过渡金属的金属单质、金属合金、金属氧化物、金属硫化物和金属碳化物的任意一种或任意多种。在相应设定的温度条件下，采用上述的阳极催化层和阴极催化层进行催化震荡，即有氢气从所述制氢体系中不断产生，促进制氢功效。

本发明还提供一种制氢机，该制氢机包含有上述的制氢组件，由此获得体形小巧，移动性强，方便使用的制氢机；该制氢机可用于吸氢吸氧、富氢水饮水机、电子产品消除静电尘埃、汽车发动机除积碳或氢氧电池等等领域，具有较佳的应用市场。

本发明提出的制氢方法、制氢组件及制氢机，优化了制氢工艺及结构，提升制氢效率，制氢组件及制氢机的体形小巧，移动性强，方便使用，适合工业及民用需要。

以上虽然结合附图描述了本发明的较佳具体实施例，但本发明不应被限制于与以上的描述和附图完全相同的结构和操作，对本技术领域的技术人员来说，在不超出本发明构思和范围的情况下通过逻辑分析、推理或者有限的实验还可对上述实施例作出许多等效改进和变化，但这些改进和变化都应属于本发明要求保护的范围。