專利名稱：干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制造氫氣、具備多重安全機制、無污染低耗能的高純度氫氣的制造設(shè)備，具體而言，其是將制造出的高純度但高濕度的氫氣再經(jīng)過水氣分離、降溫冷凝與分子篩吸附干燥等除濕技術(shù)，而后輸出高純度氫氣的技術(shù)。
背景技術(shù)：
氫氣在發(fā)展氫能經(jīng)濟的角色上被視為下一世代最重要的綠色替代能源。不但是一吸引人的石油替代能源，還是目前相當重要的工業(yè)氣體。目前全球年耗量超過6000億立方米(600 Billion m7year)，主要應(yīng)用于化學工業(yè)(如生產(chǎn)氨氣、鹽酸、甲醇等)、半導體工藝(如電漿清洗、多晶硅塊及非晶硅薄膜制作等)、石油化學、空氣品質(zhì)監(jiān)測、冶金、焊接以及切割等。目前世界上大部分的氫氣有48%經(jīng)由天然氣蒸汽重組法(steam reforming)所制造，生產(chǎn)原料30%來自石油，18%來自煤礦。然而，因為化石能源逐漸走向枯竭的地步，更嚴重的問題是無法避免溫室氣體的產(chǎn)生，目前的使用模式是工廠集中生產(chǎn)，再利用高壓鋼瓶方式運送到使用端，為配合高壓鋼瓶放置又必須規(guī)劃合適的存放空間與安全防護，且氫氣取得成本在制造裝填轉(zhuǎn)運等各階段后，到使用端價格已相當昂貴，使用上并不方便不安全也不經(jīng)濟。新技術(shù)的產(chǎn)氫方式為利用質(zhì)子交換膜水電解產(chǎn)氫，改以純水作為產(chǎn)氫原料，通過電池技術(shù)的改善，即可高效率零污染的產(chǎn)生氫氣。

實用新型內(nèi)容本實用新型其主要目的在于提供一種氫氣制造設(shè)備，尤指以質(zhì)子交換膜式水電解法取得氫氣的設(shè)備。其將純水由進水口輸入于儲水單元，經(jīng)傳輸予水電解電池單元進行水電解作用，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)過氣水分離單元來到冷凝單元進行第一次干燥，而后氫氣再傳輸至由分子篩所構(gòu)成的干燥單元進行第二次干燥，利用壓力檢測控制單元檢測氫氣壓力至設(shè)定范圍后方停止產(chǎn)氫，最后能取得干燥高純度的氫氣由氫氣出口送出。為達上述諸目的，本實用新型的手段為一種干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，包括一個進水口 ；—個提供水的容儲用的儲水單元，續(xù)接于進水口后端；一個能對水進行水電解以取得水、氧和氫水電解電池單元，該水電解電池單元與儲水單元間連接有輸水管，且該水電解電池單元與儲水單元間另設(shè)有一個循環(huán)水及氧氣管路；一個能將氣體與液體分離的氣水分離單元，該氣水分離單元通過一個氫氣管路與水電解電池單元連接；一個冷凝單元，該冷凝單元一端與氣水分離單元連接，另一端經(jīng)設(shè)置一個氫氣泄放閥，再設(shè)有一個氫氣泄放口 ；[0011]一個干燥單元，續(xù)接于冷凝單元后端，為分子篩結(jié)構(gòu)；一個氫氣出口，連設(shè)于干燥單元后端。優(yōu)選的，該進水口連設(shè)有一個注水開關(guān)。優(yōu)選的，該儲水單元包括有一個氧氣排放口與一個排水閥，且排水閥連接到一個排水口 ；該儲水單元內(nèi)，設(shè)置有一個低水位檢測元件、一個高水位檢測元件與一個滿水位檢測元件。優(yōu)選的，該儲水單元外接的輸水管上連接有輸水泵與水質(zhì)檢測器。優(yōu)選的，該氫氣管路上設(shè)有一個逆止閥；該氣水分離單元設(shè)有一個回收水管路，該回收水管路相對末端連接至儲水單元。優(yōu)選的，該干燥單元后端串接有機械式壓力開關(guān)、壓力傳感器、比例閥與逆止閥。優(yōu)選的，還包括有一個電源供應(yīng)單元，分別電連接至進水泵、氣冷單元、輸水泵、電源供應(yīng)器與冷凝單元；該氣冷單元設(shè)置在循環(huán)水及氧氣管路上；該進水泵與進水口連接； 該電源供應(yīng)器連接水電解電池單元。優(yōu)選的，該電源供應(yīng)單元，連接交流電源再連接電源供應(yīng)器作為水解電源和\或直接連接直流電源作為水解電源。優(yōu)選的，電源供應(yīng)單元分別與一個檢測氫氣壓力以決定產(chǎn)氫時機的氫氣濃度檢測單元、一個狀態(tài)顯示單元和一個檢測設(shè)備是否發(fā)生傾倒狀態(tài)以自動啟動停機機制的防傾倒檢測控制單元連接；該狀態(tài)顯示單元，包含一個能顯示氫氣的流量、壓力、操作時間與異常狀態(tài)信息的顯示屏幕及一個蜂鳴器。 優(yōu)選的，還包括有一個電源供應(yīng)單元，其電連接至電源供應(yīng)器，該電源供應(yīng)器先連接到一個將操作電流進行換算從而估算產(chǎn)氫量的電解操作電流檢測控制單元，再連接到水電解電池單元。該水電解電池單元，為一種質(zhì)子交換膜式水電解電池結(jié)構(gòu)，得依據(jù)本申請人已申請的中國臺灣公告第200935643號“具微保護層的氣體擴散層結(jié)構(gòu)”實施。本實用新型的有益效果在于本實用新型提供了一種干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其結(jié)合操作模式與安全機制設(shè)計并利用分離干燥與吸附雙重步驟以獲得高純度的氫氣，并加入壓力控制技術(shù)、氫氣濃度檢測技術(shù)、防傾倒等保護機制，其技術(shù)是業(yè)界首創(chuàng)； 本實用新型的產(chǎn)氫設(shè)備，將所有零組件整合于單一機體中，體積小、省空間、效果佳，使用上操作簡單并具備安全性與高效能，能滿足電子業(yè)制程氣體、分析設(shè)備、合成用氫氣或其它作業(yè)的需求。

圖1 為本實用新型的架構(gòu)示意圖。圖2 為本實用新型的實施示意圖。其中1-----進水口11——注水開關(guān)2-----儲水單元22——氧氣排放口23——排水閥M——排水口251-—低水位檢測元件252-—高水位檢測元件[0031]253-—滿水位檢測元件沈一一輸水管27――輸水泵28――水質(zhì)檢測器3——水電解電池單元31-—循環(huán)水及氧氣管路32――氣冷單元33――氫氣管路34——逆止閥；35——輸水管36——輸水泵4-----氣水分離單元41——回收水管路411-—回收水閥42――冷凝單元43――氫氣泄放閥44——氫氣泄放口45——干燥單元46――機械式壓力開關(guān)47――壓力傳感器48——比例閥49——逆止閥5-----電源供應(yīng)單元51――電源供應(yīng)器52氫氣濃度檢測控制單元53—一防傾倒檢測控制單元54狀態(tài)顯示單元55—一電解操作電流檢測控制單元6-----氫氣出口。
具體實施方式
有關(guān)本實用新型的詳細特征與較佳實施例，此配合附圖詳細說明如下，其內(nèi)容足以使任何熟習相關(guān)技藝者了解本實用新型的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實施，且根據(jù)本說明書所揭露的內(nèi)容及附圖，任何熟習相關(guān)技藝者可輕易地理解前述的目的及優(yōu)點。首請參閱圖1所示，本實用新型干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，包括一進水口 1、一儲水單元2、一水電解電池單元3、一氣冷單元32、一氣水分離單元4、一冷凝單元 42、一電源供應(yīng)單元5與一氫氣出口 6 ；其中該進水口 1，提供純水輸入用，該進水口 1連設(shè)有一注水開關(guān)11 ；該儲水單元2，提供水與氧氣的容儲用；該儲水單元2包括有一氧氣排放口 22 ；又儲水單元2還包括有一排水閥23，且排水閥23連接到一排水口 M ；另該儲水單元2內(nèi)，設(shè)置有一低水位檢測元件251、一高水位檢測元件252與一滿水位檢測元件253 ；該儲水單元 2外接有兩輸水管沈、35，且該輸水管沈上連接有輸水泵27與水質(zhì)檢測器觀，而輸水管35 上連接有輸水泵36 ；該兩輸水管沈、35相對末端連通到水電解電池單元3 ；該水電解電池單元3，包括有一循環(huán)水及氧氣管路31，其相對端連通至儲水單元 2，該循環(huán)水及氧氣管路31上設(shè)有一氣冷單元32 ；又該水電解電池單元3設(shè)置有一氫氣管路33，該氫氣管路33并連通至氣水分離單元4，而氫氣管路33上設(shè)有一逆止閥34 ；該氣水分離單元4，為一能將氣體與液體分離的結(jié)構(gòu)，其設(shè)有一回收水管路41，該回收水管路41相對末端連接至儲水單元2 ；又氣水分離單元4的輸出連接至一冷凝單元 42，該冷凝單元42輸出端經(jīng)設(shè)置一氫氣泄放閥43，進而再設(shè)有一氫氣泄放口 44 ；又該冷凝單元42輸出端旁路串接有一干燥單元45 ；該干燥單元45，內(nèi)部為分子篩結(jié)構(gòu)，其具有吸附式吸濕功能；該干燥單元45后端串接有機械式壓力開關(guān)46、壓力傳感器47、比例閥48與逆止閥49，最后為一氫氣出口 6 ；本
5實用新型壓力檢測控制單元，至少包括機械式壓力開關(guān)46與壓力傳感器47 ；該電源供應(yīng)單元5，分別電連接至進水泵12、氣冷單元32、輸水泵36、輸水泵27、 電源供應(yīng)器51、冷凝單元42、氫氣濃度檢測單元52、防傾倒檢測控制單元53、狀態(tài)顯示單元54、電解操作電流檢測控制單元55等各元件；前述氫氣濃度檢測單元52，用以檢測氫氣壓力以決定產(chǎn)氫的時機；防傾倒檢測控制單元53能檢測設(shè)備是否發(fā)生傾倒狀態(tài)，以自動啟動停機機制；該狀態(tài)顯示單元M包含有一顯示屏幕及一蜂鳴器，其顯示內(nèi)容包含氫氣的流量、壓力、操作時間與異常狀態(tài)等相關(guān)信息；至于電解操作電流檢測控制單元55，為借助電化學原理將操作電流進行換算從而估算產(chǎn)氫量。如圖2所示，實施時，純水由進水端11補充至儲水單元2儲存，而后經(jīng)輸水管沈、 35配合輸水泵27、36輸送至水電解電池單元3進行水電解作用，水電解后所產(chǎn)生的氫氣，經(jīng)氫氣管路33輸送到氣水分離單元4，分離出的氫氣來到冷凝單元42進行初步的干燥，輸出的氫氣接著進入干燥單元45，利用分子篩吸附濕氣與干燥，最后由氫氣出口 6輸出干燥的氫氣。至于經(jīng)氣水分離單元4后所分離出的回收水，則會經(jīng)由回收水管路41送回到儲水單元2以便再利用。又，該水電解電池單元3所產(chǎn)生的氧氣與水，將由循環(huán)水及氧氣管路31送出，經(jīng)進入氣冷單元32處理后，送到儲水單元2。本實用新型的注水開關(guān)11，依據(jù)低水位檢測元件251、高水位檢測元件252與滿水位檢測元件253的電性狀態(tài)而決定啟、閉，以掌控補充原水的時機。本實用新型的儲水單元2內(nèi)部的氧氣，得借助排氣開關(guān)21的開啟，而由氧氣排放口 22排出。本實用新型的儲水單元2內(nèi)的儲水，得借助排水閥23的開啟，而由排水口 M進行放流。本實用新型的氣水分離單元4所分離出的氫氣，也得由氫氣泄放閥43開啟經(jīng)氫氣泄放口 44排出。綜上所述，本實用新型的設(shè)備，不但能產(chǎn)出氫氣，且輸出的氫氣經(jīng)雙重干燥，能符合后續(xù)應(yīng)用的要求。本實用新型技術(shù)內(nèi)容符合新型專利的取得要件。本實用新型在產(chǎn)業(yè)上確實得以利用，于申請前未曾見于刊物或公開使用，且非為公眾所知悉的技術(shù)。再者，本實用新型有效解決現(xiàn)有技術(shù)中長期存在的問題并達成相關(guān)使用者與消費者長期的需求，得佐證本新型并非能輕易完成。本實用新型富具專利法規(guī)定的「產(chǎn)業(yè)利用性」、「新穎性」與「進步性」等要件，于是依法提請專利，懇請詳查，并盡早為準予專利的審定，以保護申請人的知識產(chǎn)權(quán)，以勵創(chuàng)新。但以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以之限定本新型所實施的范圍。 即大凡依本新型申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本新型專利涵蓋的范圍內(nèi)，謹請明鑒，并祈惠準，是所至禱。
權(quán)利要求1.一種干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，包括一個進水口；一個提供水的容儲用的儲水單元，續(xù)接于進水口后端；一個能對水進行水電解以取得水、氧和氫水電解電池單元，該水電解電池單元與儲水單元間連接有輸水管，且該水電解電池單元與儲水單元間另設(shè)有一個循環(huán)水及氧氣管路；一個能將氣體與液體分離的氣水分離單元，該氣水分離單元通過一個氫氣管路與水電解電池單元連接；一個冷凝單元，該冷凝單元一端與氣水分離單元連接，另一端經(jīng)設(shè)置一個氫氣泄放閥， 再設(shè)有一個氫氣泄放口；一個干燥單元，續(xù)接于冷凝單元后端，為分子篩結(jié)構(gòu)；一個氫氣出口，連設(shè)于干燥單元后端。
2.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，該進水口連設(shè)有一個注水開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，該儲水單元包括有一個氧氣排放口與一個排水閥，且排水閥連接到一個排水口 ；該儲水單元內(nèi)，設(shè)置有一個低水位檢測元件、一個高水位檢測元件與一個滿水位檢測元件。
4.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，該儲水單元外接的輸水管上連接有輸水泵與水質(zhì)檢測器。
5.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，該氫氣管路上設(shè)有一個逆止閥；該氣水分離單元設(shè)有一個回收水管路，該回收水管路相對末端連接至儲水單元。
6.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，該干燥單元后端串接有機械式壓力開關(guān)、壓力傳感器、比例閥與逆止閥。
7.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，還包括有一個電源供應(yīng)單元，分別電連接至進水泵、氣冷單元、輸水泵、電源供應(yīng)器與冷凝單元；該氣冷單元設(shè)置在循環(huán)水及氧氣管路上；該進水泵與進水口連接；該電源供應(yīng)器連接水電解電池單元。
8.如權(quán)利要求7所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，該電源供應(yīng)單元，連接交流電源再連接電源供應(yīng)器作為水解電源和\或直接連接直流電源作為水解電源。
9.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，電源供應(yīng)單元分別與一個檢測氫氣壓力以決定產(chǎn)氫時機的氫氣濃度檢測單元、一個狀態(tài)顯示單元和一個檢測設(shè)備是否發(fā)生傾倒狀態(tài)以自動啟動停機機制的防傾倒檢測控制單元連接；該狀態(tài)顯示單元，包含一個能顯示氫氣的流量、壓力、操作時間與異常狀態(tài)信息的顯示屏幕及一個蜂鳴器。
10.如權(quán)利要求1所述的干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，還包括有一個電源供應(yīng)單元，其電連接至電源供應(yīng)器，該電源供應(yīng)器先連接到一個將操作電流進行換算從而估算產(chǎn)氫量的電解操作電流檢測控制單元，再連接到水電解電池單元。
專利摘要本實用新型有關(guān)于一種氫氣制造設(shè)備，尤指以質(zhì)子交換膜式水電解法取得氫氣的設(shè)備。本實用新型具體公開了一種干燥高純度氫氣的水電解式產(chǎn)氫設(shè)備，其主要包括一進水口、一儲水單元、一水電解電池單元、一氣冷單元、一氣水分離單元、一冷凝單元、一壓力檢測控制單元、一氫氣濃度檢測單元、一狀態(tài)顯示單元、一電源供應(yīng)單元與一氫氣出口。本實用新型利用雙重步驟以獲得高純度的氫氣，并加入壓力控制技術(shù)、氫氣濃度檢測技術(shù)、防傾倒等保護機制，使用上操作簡單并具備安全性與高效能，能滿足電子業(yè)制程氣體、分析設(shè)備、合成用氫氣或其它作業(yè)的需求。
文檔編號B01D53/26GK202226927SQ20112032582
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者巫漢濱, 平東昌, 徐志強, 楊文暉, 林俊志 申請人:光騰光電股份有限公司