一种质子交换膜水电解制氢电解槽装置的制作方法

1.本发明涉及pem制氢领域，尤其是涉及一种质子交换膜水电解制氢电解槽装置。


背景技术：

2.pem制氢水电解槽氢气出口的压力范围0～3.5mpag，电解水进出口压力范围0～1.5mpag，现有水电解槽是放置在常温环境下，故水电解槽相对于环境有较高的压力差，阴极气室与环境压差最大可达到3.5mpa。阳极气室与环境压差最大可达1.5mpa。
3.pem制氢对水电解槽密封材料有非常高的要求，现有材料满足要求的种类较少，且价格昂贵，制约水电解槽的成本和商业应用范围。pem制氢设备中在密封结构及密封材料的成本上居高不下，限制了此领域的工业化推广。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种质子交换膜水电解制氢电解槽装置，通过壳体中电解水的直接注入电解槽阳极，电解槽阳极无需额外的密封；另外减小了水电解槽阴极气室相对于壳体内部的压力差，从而可以降低对水电解槽密封材料的要求。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.作为本技术方案的第一种实施方式，即质子交换膜水电解制氢电解槽装置a，包括：
7.壳体，所述壳体上设有电解水入口接头和电解水出口接头；
8.电解电堆，设于所述壳体内部，所述电解电堆与壳体中的电解水直接接触；
9.氢气输出单元，其一端与所述电解电堆连接，另一端贯穿所述壳体并与外部氢气储存装置连接；
10.氧气输出单元，其一端与所述电解电堆连接，另一端贯穿所述壳体并与外部氧气储存装置连接。
11.进一步地，所述氢气输出单元包括多个分别与电解电堆上氢气输出口连接的管路。
12.进一步地，所述氢气输出单元还包括多通接头，所述多通接头将多股收集的氢气汇集输送至外部氢气储存装置。
13.进一步地，所述氢气输出单元还包括设于壳体上的多个氢气管接头，所述氢气管接头的一端通过管路与电解电堆上氢气输出口连接，另一端通过管路与多通接头连接。
14.进一步地，所述氧气输出单元包括设于壳体上的氧气管接头，所述氧气管接头一端通过管路与电解电堆上氧气输出口连接，另一端通过管路与外部氧气储存装置连接。
15.进一步地，所述电解水入口接头和电解水出口接头上设有电磁阀，通过电磁阀的开度调节电解水入口接头和电解水出口接头的流量，以此实现壳体中的液位控制。
16.作为本技术方案的第二种实施方式，即质子交换膜水电解制氢电解槽装置b，包
括：
17.壳体，所述壳体上设有电解水入口接头和电解水出口接头，所述电解水出口接头与外部气液分离装置连接；
18.电解电堆，设于所述壳体内部，所述电解电堆与壳体中的电解水直接接触，所述电解电堆的氧气输出口直接将产生的氧气外排，并通过电解水出口接头将氧气输出；
19.氢气输出单元，其一端与所述电解电堆连接，另一端贯穿所述壳体并与外部氢气储存装置连接。
20.进一步地，所述氢气输出单元包括多个分别与电解电堆上氢气输出口连接的管路；
21.所述氢气输出单元还包括多通接头，所述多通接头将多股收集的氢气汇集输送至外部氢气储存装置。
22.进一步地，所述氢气输出单元还包括设于壳体上的多个氢气管接头，所述氢气管接头的一端通过管路与电解电堆上氢气输出口连接，另一端通过管路与多通接头连接。
23.进一步地，所述电解水入口接头和电解水出口接头上设有电磁阀，通过电磁阀的开度调节电解水入口接头和电解水出口接头的流量，以此实现壳体中的液位控制。
24.与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
25.1、本技术方案通过壳体中电解水的直接注入实现了水压的施加，通过壳体中电解水的直接注入电解槽阳极，电解槽阳极无需额外的密封，同时减小了水电解槽阴极气室相对于壳体内部的压力差，从而可以降低对水电解槽密封材料的要求，可以选用满足要求和成本低廉的密封材料。
26.2、本技术方案不需要在电解电堆上设置电解水进出口，电解槽结构简单。
27.3、本技术方案电解电堆浸入在电解水里面，通过调节进出壳体的水压可以平衡电解电堆氢气气室的压力，提高密封件寿命。
附图说明
28.图1为本技术方案中质子交换膜水电解制氢电解槽装置a的结构示意图。
29.图2为本技术方案中质子交换膜水电解制氢电解槽装置b的结构示意图。
30.图中：10壳体；101电解水入口接头；102电解水出口接头；103氧气管接头；104氧气管路；106氢气管路；107氢气管接头；108三通；20电解电堆；201电解电堆反应区；30电解水。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
32.实施例1
33.参见图1，本技术方案中电解槽由壳体10、电解电堆20、氢气输出单元、氧气输出单元组成。
34.壳体10上设有电解水入口接头101和电解水出口接头102；电解电堆20设于所述壳体10内部，所述电解电堆20与壳体10中的电解水30直接接触。
35.氢气输出单元其一端与所述电解电堆20连接，另一端贯穿所述壳体10并与外部氢气储存装置连接。氢气输出单元包括多个分别与电解电堆20上氢气输出口连接的管路。氢气输出单元还包括多通接头，所述多通接头将多股收集的氢气汇集输送至外部氢气储存装置。氢气输出单元还包括设于壳体10上的多个氢气管接头107，所述氢气管接头107的一端通过管路与电解电堆20上氢气输出口连接，另一端通过管路与多通接头连接。
36.氧气输出单元其一端与所述电解电堆20连接，另一端贯穿所述壳体10并与外部氧气储存装置连接。氧气输出单元包括设于壳体10上的氧气管接头103，所述氧气管接头103一端通过管路与电解电堆20上氧气输出口连接，另一端通过管路与外部氧气储存装置连接。
37.电解水入口接头101和电解水出口接头102上设有电磁阀，通过电磁阀的开度调节电解水入口接头101和电解水出口接头102的流量，以此实现壳体10中的液位控制。
38.可见，本技术方案通过壳体中电解水的直接注入实现了水压的施加，减小了水电解槽阴极气室相对于壳体内部的压力差，从而可以降低对水电解槽密封材料的要求。不需要在电解电堆上设置电解水进出口，电解槽结构简单。本技术方案电解电堆浸入在电解水里面，通过调节进出壳体的水压可以平衡电解电堆氢气气室的压力，提高密封件寿命。
39.具体运行时，电解电堆设于壳体10中浸入在电解水中，外部电解水通过入口接头101流入壳体10，经过电解电堆反应区(阳极流道)从出口接头102流出。此过程中电解电堆阴极生成氢气通过接头107，三通108以及氢气管路106输出到氢气储存装置。电解水通过电解电堆阳极时，阳极会生成氧气，通过氧气管接头103以及氧气管路104输出到氧气储存装置。
40.实施例2
41.参见图2，本实施例中提供的质子交换膜水电解制氢电解槽装置b，包括壳体10、电解电堆20、氢气输出单元。
42.壳体10上设有电解水入口接头101和电解水出口接头102，所述电解水出口接头102与外部气液分离装置连接。
43.电解电堆20设于所述壳体10内部，所述电解电堆20与壳体10中的电解水30直接接触，所述电解电堆20的氧气输出口直接将产生的氧气外排，并通过电解水出口接头102将氧气输出；氢气输出单元一端与所述电解电堆20连接，另一端贯穿所述壳体10并与外部氢气储存装置连接。
44.电解水充满整个壳体时，此时氧气和电解水同时通过电解水出口102和管路103排出，然后进行气液分离。
45.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。