CN117626293A - 一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***及方法 - Google Patents

一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***及方法，属于电化学领域，包括非纯水溶液制氢子***和相变传质增强子***，非纯水溶液制氢子***与相变传质增强子***连接，其中集成设置了供能模块、电解制氢模块、氢气收集模块、氧气收集模块、非纯水溶液传质模块、非纯水溶液保温模块和冷却模块。本发明电解能耗将与工业电解纯净水制氢能耗相当，无需额外的淡化/净化非纯水溶液的能耗，可将电解过程中产生的大量余热用于增强自身***的相变传质过程，使在更小空间下获取更多的纯净水分，同时余热可进一步蒸发非纯水溶液用于获取纯净是液态水资源。

Description

一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***及方法
技术领域
本发明涉及电化学领域，更为具体的，涉及一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***及方法。
背景技术
氢能具有来源广、可储存、用途多、零碳零污染及能量密度大等优势，是未来能源领域的关键组成部分。目前电解水获取氢能有两种。其一是直接利用自然界的海水、河水或湖水等，以海水电解制氢为例，其存在以下问题：(1)海水成分复杂，且组分会随季节、气候、温度、地域和人为活动等因素而变化，因此，不同区域的海水直接制氢电解装置不能直接兼容；(2)海水中Cl-含量最高，在电解反应中，Cl-可以在析氧反应中被氧化，产生有毒、对环境有害、有腐蚀的ClO-和Cl2；(3)海水直接制氢时H+和OH-离子浓度微小，或缓冲分子无法运输分别在阴极和阳极的OH-和H+，导致电解效率低，因此需要额外使用添加剂或使用离子交换膜，从而成本大幅增加，同时交换膜对杂质敏感程度高，可能存在失活或维护成本；(4)由于电解时的局部pH差异可能导致与钙镁离子等产生沉淀，需要使用酸进行沉淀处理，产生额外成本。其二是将各种水溶液进行淡化处理，制取纯水并用于电解槽。仍然以海水为例，需通过海水淡化过程，该方法需要在海岸建立海水淡化厂，从建设、运营、人力、维护等方面大幅提升成本；且难以大规模利用海上风电耦合形成原位一体化绿氢生产体系，实现可再生能源的稳定储存。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***及方法，电解能耗将与工业电解纯净水制氢能耗相当，无需额外的淡化/净化非纯水溶液的能耗，可将电解过程中产生的大量余热用于增强自身***的相变传质过程，使在更小空间下获取更多的纯净水分，同时余热可进一步蒸发非纯水溶液用于获取纯净液态水资源。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，包括：
非纯水溶液制氢子***和相变传质增强子***，非纯水溶液制氢子***与相变传质增强子***连接；所述相变传质增强子***包括非纯水溶液保温舱，在非纯水溶液保温舱内部设置有非纯水溶液传质器，在非纯水溶液保温舱上设置有非纯水溶液进口、非纯水溶液出口和纯净水蒸汽出口；所述非纯水溶液进口连接有阀门一，所述非纯水溶液出口连接有阀门二；所述非纯水溶液传质器包括非纯水溶液传质单元A1～An，非纯水溶液传质单元A1～An表面贴附防水透气层。
进一步地，所述非纯水溶液保温舱设置有保温层。
进一步地，所述保温层包括设置为真空夹层结构或直接在壁面上涂敷保温涂料。
进一步地，所述非纯水溶液传质单元A1～An中的每个传质单元的结构为板式或中空纤维式。
进一步地，所述防水透气层包括多孔TPU膜、PDMS膜和PTFE膜中的任一种。
进一步地，所述防水透气层包括利用石墨烯、PVDF颗粒、PTFE颗粒并通过喷涂、丝网印刷、静电吸附制备的多孔防水透气传质层。
进一步地，所述非纯水溶液保温舱包括由316L不锈钢耐腐蚀材料制成的非纯水溶液保温舱。
进一步地，所述非纯水溶液保温舱的形状包括圆柱形和方形。
进一步地，所述非纯水溶液包括海水、盐湖水、化工用水、河水、湖水、废水、沼泽水、生活污水和矿井水中的任一种。
一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***的运行方法，基于如上所述的相变传质增强的非纯水溶液直接制氢***，包括如下步骤：
步骤一，在非纯水溶液制氢子***运行制氢过程中，从非纯水溶液制氢子***进入相变传质增强子***的非纯水溶液传质器的电解液分流进入非纯水溶液传质单元A1～An；当电解液经过非纯水溶液传质器时，在非纯水溶液与电解液之间的界面蒸汽压差作用下，非纯水溶液在防水透气层表面发生气化作用产生水蒸气，水汽通过防水透气层进入电解质侧，并在界面压力差作用下诱导水汽相变液化为电解质补充水分；非纯水溶液保温舱中的非纯水溶液能不断向非纯水溶液传质器中的电解液补充纯净水用于电解制氢；与此同时，来自制氢子***的高温电解液进入到非纯水溶液保温舱后与低温非纯水溶液发生热量交换，使非纯水溶液升温，非纯水溶液保温舱的保温作用进一步防止热量向外界散失；升温后的非纯水溶液，与电解液之间蒸汽压差增大，进一步增大非纯水溶液向电解液的相变传质速率，使更多的纯净水分不断向电解液中补充，用于电解制氢；同时，非纯水溶液保温舱内温度升高，使水分不断向外蒸发，可进一步获取纯净的水蒸气，冷凝液化后联产纯净水；
步骤二，非纯水溶液保温舱同时设置有非纯水溶液进口和非纯水溶液出口，使保温舱内不断有新鲜非纯水溶液进/出来平衡浓度；与非纯水溶液交换热量并获取纯净水分后的电解液，又重新返回到非纯水溶液制氢子***的电解液储存罐中进行储存，为电解***补充纯净水的同时，为下一次电解做准备。
本发明的有益效果包括：
本发明基于新发现的原理提供了一种将供能模块、电解制氢模块、氢气收集模块、氧气收集模块、非纯水溶液传质模块、非纯水溶液保温模块、冷却模块集成的非纯水溶液直接电解制氢***，形成的新型非纯水溶液直接电解制氢工艺***。
本发明构建的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，具有以下功能：1)可以通过电解质直接从海水、河水、湖水、淤泥、沼泽等各种非纯净水中获取纯净水用于制氢；2)同时电解产生的余热将非纯水溶液升温，增强非纯水溶液与电解质之间传质速率，使得在更小传质空间下让电解***获得更多用于制氢的纯净水；3)***产生的多余热量与非纯水溶液发生交换，为***提供稳定温度的作用；4)同时非纯水溶液发生热量交换升温后，会进一步挥发，产生纯净的水蒸气，可以收集获得纯净水。
本发明从根本上解决了离子成分复杂使离子交换膜失效、催化剂失活、产生碱性沉淀和有毒气体的问题；同时可利用非纯水溶液与电解液之间的热量交换将电解***的余热进行有效利用，在***中起到增强非纯水溶液相变传质和维持电解液温度的作用；同时，有助于未来氢能源转化不受时空限制，为非纯水溶液的直接制氢提供强有力技术支撑；以及在沿海地区或海洋中生产氢气时，产生高纯氢气的同时联产纯净水资源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的相变传质增强的非纯水溶液直接制氢***的结构示意图；
图2为不同温度下的水相变迁移速率的测试结果；
图3为60℃下电解***稳定性的测试结果；
图中，1-供电模块；2-电解槽；3-氢气分离器；4-氢气纯化器；5-氢气调节阀；6-氢气止回阀；7-氢气冷却器；8-氢气储存罐；9-氧气分离器；10-氧气纯化器；11-氧气调节阀；12-氧气止回阀；13-氧气冷却器；14-氧气储存罐；15-冷却水箱；16-冷却水泵；17-非纯水溶液保温舱；18-非纯水溶液传质器；19-非纯水溶液进口；20-阀门一；21-阀门二；22-非纯水溶液出口；23-纯净水蒸汽出口；24-电解液缓冲罐；25-泄压阀；26-外部电解液储存罐；27-控制阀；A1～An-非纯水溶液传质单元。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
本发明提供一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，包括供能模块、电解制氢模块、氢气收集模块、氧气收集模块、非纯水溶液传质模块、非纯水溶液保温模块和冷却模块。如图1所示，供能模块为供电模块1，利用供电模块1为电解制氢模块提供电力。
反应开始前，从外部电解液储存罐26打入电解液，电解液进入电解槽2、氢气分离器3、氧气分离器9、电解液缓冲罐24，并控制一定量的电解液进入非纯水溶液传质器18。在外部电解液储存罐26与电解液缓冲罐24之间设置有控制阀27，电解液缓冲罐24设置有泄压阀25。
制氢开始时，电解槽2中的电解液发生氧化还原反应，用于生成氢气和氧气。若电解槽2为碱性电解槽或AEM(阴离子交换膜)电解槽，则电解质先在阴极发生还原析氢反应，产生的OH-通过隔膜或阴离子交换膜进入阳极，并发生氧化反应产生氧气。若电解槽2为PEM(质子交换膜)电解槽，则电解质现在阳极发生氧化析氧反应，产生H+通过质子交换膜进入阴极，并发生还原反应产生氢气。
产生的氢气和氧气分别进入氢气分离器3和氧气分离器9，此过程将产生的氢气/氧气与夹杂的电解液或水分进行分离。
分离后的氢气和氧气，分别进入氢气纯化器4和氧气纯化器10，此过程进一步将气体中未分离干净的电解质和水分进行充分清洗。
清洗后的氢气在氢气调节阀5和止回阀6的控制调节下，进入氢气冷却器7以干燥冷却氢气，并随后储存至氢气储存罐8中。清洗后的氧气在氧气调节阀11和止回阀12的控制调节下，进入氧气冷却器13以干燥冷却氧气，并随后储存至氢气储存罐14中，氧气的纯化和冷却干燥为非必要过程，根据后端对氧气的需求而定。
进入非纯水溶液传质器18的电解液分流进入非纯水溶液传质单元A1～An。非纯水溶液传质单元表面贴附防水透气层，该膜层只允许水蒸气通过，不允许液态水相互渗透污染。当电解液经过非纯水溶液传质器18时，在非纯水溶液与电解液之间的界面蒸汽压差作用下，非纯水溶液在防水透气层表面发生气化作用产生水蒸气，水汽通过防水透气层进入电解质侧，并在界面压力差作用下诱导水汽相变液化为电解质补充水分。因此非纯水溶液保温舱17中的非纯水溶液能不断向非纯水溶液传质器18中的电解液补充纯净水用于电解制氢。与此同时，由于制氢***会产生大量热量，高温电解液进入到非纯水溶液传质舱17后与低温非纯水溶液发生热量交换，使非纯水溶液升温，非纯水溶液保温舱17的保温作用进一步防止热量向外界散失；升温后的非纯水溶液，与电解液之间蒸汽压差增大，进一步增大非纯水溶液向电解液的相变传质速率，使更多的纯净水分不断向电解液中补充，用于电解制氢。同时，由于非纯水溶液保温舱17内温度升高，使水分不断向外蒸发，可进一步获取纯净的水蒸气，冷凝液化后联产纯净水。非纯水溶液保温舱17同时设置有非纯水溶液进口19和非纯水溶液出口22，使保温舱内不断有新鲜非纯水溶液进/出来平衡浓度。与非纯水溶液交换热量并获取纯净水分后的电解液，又重新返回到外部电解液储存罐26中进行储存，为电解***补充纯净水的同时，为下一次电解做准备。
反应进行整个过程中，通过液位控制器来调控电解液的总量。当氢气分离器3和氧气分离器9中的液位降低到特定值时，从外部电解液储存罐26通过控制继续向***内补充电解液。
整个体系中，同时存在一套内循环的冷却***，由冷却水箱15和冷却水泵16组成，为氢气分离器3、氢气纯化器4、氢气冷却器7、氧气分离器9、氧气纯化器10、氧气冷却器13以提供冷却水。
反应结束后，通过泄压阀25将电解液排除。
本发明中非纯水溶液保温舱，可以有316L不锈钢等耐腐蚀的材料制成，其结构可以是圆柱形、方形等各种结构，关键是其壁面(内壁或外壁)上的保温层，保温层可以由真空夹层组成，也可以是涂敷保温涂料。保温舱上有用于电解液管道进/出的孔道，同时加以密封防止非纯水容液的漏失，同时开设有非纯水溶液进、出的通道。此外，非纯水溶液保温舱上还有一个纯净水蒸汽的排出口，该出口可以进一步对接冷凝器，将水蒸气进行冷凝液化后回收利用。
本发明使用的非纯水溶液传质单元，可以是商用成熟的平板膜蒸馏反应器、中空纤维膜蒸馏反应器等一切能够实现两相液体隔离但允许气体通过的传质器件；或是自制的具有由防水透气层隔离的两相独立传质空间的任何装置。
本发明使用的非纯水溶液传质器中的防水透气层，可以是多孔TPU膜、PDMS、PTFE膜中的一种或石墨烯、PVDF颗粒、PTFE颗粒通过喷涂、丝网印刷、静电吸附制备的多孔防水透气传质层。该防水透气层具有疏水作用，只允许水蒸气通过，不允许液态水相互渗透污染。
本发明使用的电解液，根据不同的电解槽而定。若使用碱性电解槽或是AEM电解槽，可以是碱性电解液如：20wt％～40wt％KOH溶液、20～30wt％NaOH溶液。若使用PEM电解槽，可以使用酸性液态电解质如：H2SO4溶液、H3PO4溶液、HClO4溶液等。
本发明提到的非纯水溶液，包括海水、河水、湖水、废水、沼泽水、生活污水等一切非纯水资源。
本发明中的技术流程可由PID控制等全流程自动控制，实现电解制氢过程的全流程自动化。
本发明的***具有如下优点：
本发明可以直接利用非纯水溶液制取氢气，并将电解过程产生的余热收集用于提高***相变传质速率，同时联产纯净水。该***电解能耗与工业电解纯水能耗相当，无需额外的淡化/净化能耗；且电解效果与商业电解槽电解性能一致。
利用非纯水溶液与电解液的热量交换，一方面使非纯水溶液升温，提高***相变传质速率，提高纯净水的补充速度；另一方面，直接利用非纯水溶液为电解液降温，可以节省额外给电解液降温的装置投入，在大规模制氢过程中，具有良好的效益。
本发明可以直接利用商用电解槽和电解质，大幅提升了电解体系的电导率和电化学性能，避免了非纯水溶液直接制氢中H+和OH-浓度小在阴阳极传输效率低的问题。
本发明突破了传统非纯水溶液电解制氢的瓶颈，无需进行非纯水溶液淡化/净化过程，因此无需大规模修建海水淡化厂，极大的缩小了建设、运营、人力、维护等方面成本。
由于本发明中，在传质器中向电解质中补充的的均为无杂质水分，因此突破了直接非纯水溶液制氢受到溶液成分随时间、气候、人类活动等因素制约的瓶颈，同时该***方法可以用于河水、湖水、污泥、沼泽、河流等任何非纯水环境中的电解制氢，极大的拓宽了氢能的来源范围，同时不受时空限制。此外，本发明突破了直接非纯水溶液制氢中氯离子被氧化产生Cl2或ClO-等腐蚀和有毒物质的瓶颈，是绿色、无毒、环保的工艺体系。此溶液体系中不含有钙离子、镁离子等杂质离子，长时间运行不会存在钙镁沉淀，减少了后期清洗维护成本。
本发明可以实现电解质的内部自循环，无需额外向其中补充电解质和纯净水。
本发明中所有装置、器件、单元均可使用现有商用成熟物件，极大确保了***稳定性和可行性，且由于体系成熟，易于快速实现大规模制备。
本发明将电解***产生的多余热量充分利用，用于增强自身传质并联产纯净水，实现了对能量的高效利用。
本发明可以实现直接在非纯水溶液中高效制氢，利用非纯水溶液与电解液的热量交换，降低***温度，提高***相变传质速率，并联产纯净水。在此基础上，可以增加氢气收集模块、氧气收集模块、冷却模块，使***更加完善。
本发明实现非纯水直接电解制氢，同时利用电解制氢***自身余热提高相变传质速率、降低***电解液温度、联产纯净水的功能。
本发明的实施效果验证：
1、如图2，在60℃下，初始电解质诱导的水相变迁移速率约0.25gH2O gSDE min-1，明显高于25℃下电解质诱导速率(0.175gH2O gSDE min-1)，表明了本发明中的增强效果。同时在高温60℃下，电解***在400mA/cm2电流密度下稳定制氢54h，能耗约4.4kWh/Nm3 H2，如图3所示。
需要说明的是，在本发明权利要求书中所限定的保护范围内，以下实施例均可以从上述具体实施方式中，例如公开的技术原理，公开的技术特征或隐含公开的技术特征等，以合乎逻辑的任何方式进行组合和/或扩展、替换。
实施例1
一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，包括：
非纯水溶液制氢子***和相变传质增强子***，非纯水溶液制氢子***与相变传质增强子***连接；所述相变传质增强子***包括非纯水溶液保温舱17，在非纯水溶液保温舱17内部设置有非纯水溶液传质器18，在非纯水溶液保温舱17上设置有非纯水溶液进口19、非纯水溶液出口22和纯净水蒸汽出口23；所述非纯水溶液进口19连接有阀门一20，所述非纯水溶液出口22连接有阀门二21；所述非纯水溶液传质器18包括非纯水溶液传质单元A1～An，非纯水溶液传质单元A1～An表面贴附防水透气层。
实施例2
在实施例1的基础上，所述非纯水溶液保温舱17设置有保温层。
实施例3
在实施例2的基础上，所述保温层包括设置为真空夹层结构或直接在壁面上涂敷保温涂料。
实施例4
在实施例1的基础上，所述非纯水溶液传质单元A1～An中的每个传质单元的结构为板式或中空纤维式。
实施例5
在实施例1的基础上，所述防水透气层包括多孔TPU膜、PDMS膜和PTFE膜中的任一种。
实施例6
在实施例1的基础上，所述防水透气层包括利用石墨烯、PVDF颗粒、PTFE颗粒并通过喷涂、丝网印刷、静电吸附制备的多孔防水透气传质层。
实施例7
在实施例1的基础上，所述非纯水溶液保温舱17包括由316L不锈钢耐腐蚀材料制成的非纯水溶液保温舱。
实施例8
在实施例1的基础上，所述非纯水溶液保温舱17的形状包括圆柱形和方形。
实施例9
在实施例1的基础上，所述非纯水溶液包括海水、盐湖水、化工用水、河水、湖水、废水、沼泽水、生活污水和矿井水中的任一种。
实施例10
一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***的运行方法，基于如实施例1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接制氢***，包括如下步骤：
步骤一，在非纯水溶液制氢子***运行制氢过程中，从非纯水溶液制氢子***进入相变传质增强子***的非纯水溶液传质器18的电解液分流进入非纯水溶液传质单元A1～An；当电解液经过非纯水溶液传质器18时，在非纯水溶液与电解液之间的界面蒸汽压差作用下，非纯水溶液在防水透气层表面发生气化作用产生水蒸气，水汽通过防水透气层进入电解质侧，并在界面压力差作用下诱导水汽相变液化为电解质补充水分；非纯水溶液保温舱17中的非纯水溶液能不断向非纯水溶液传质器18中的电解液补充纯净水用于电解制氢；与此同时，来自制氢子***的高温电解液进入到非纯水溶液保温舱17后与低温非纯水溶液发生热量交换，使非纯水溶液升温，非纯水溶液保温舱17的保温作用进一步防止热量向外界散失；升温后的非纯水溶液，与电解液之间蒸汽压差增大，进一步增大非纯水溶液向电解液的相变传质速率，使更多的纯净水分不断向电解液中补充，用于电解制氢；同时，非纯水溶液保温舱17内温度升高，使水分不断向外蒸发，可进一步获取纯净的水蒸气，冷凝液化后联产纯净水；
步骤二，非纯水溶液保温舱17同时设置有非纯水溶液进口19和非纯水溶液出口22，使保温舱内不断有新鲜非纯水溶液进/出来平衡浓度；与非纯水溶液交换热量并获取纯净水分后的电解液，又重新返回到非纯水溶液制氢子***的电解液储存罐中进行储存，为电解***补充纯净水的同时，为下一次电解做准备。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，包括：
非纯水溶液制氢子***和相变传质增强子***，非纯水溶液制氢子***与相变传质增强子***连接；所述相变传质增强子***包括非纯水溶液保温舱(17)，在非纯水溶液保温舱(17)内部设置有非纯水溶液传质器(18)，在非纯水溶液保温舱(17)上设置有非纯水溶液进口(19)、非纯水溶液出口(22)和纯净水蒸汽出口(23)；所述非纯水溶液进口(19)连接有阀门一(20)，所述非纯水溶液出口(22)连接有阀门二(21)；所述非纯水溶液传质器(18)包括非纯水溶液传质单元A1～An，非纯水溶液传质单元A1～An表面贴附防水透气层。
2.根据权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述非纯水溶液保温舱(17)设置有保温层。
3.根据权利要求2所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述保温层包括设置为真空夹层结构或直接在壁面上涂敷保温涂料。
4.根据权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述非纯水溶液传质单元A1～An中的每个传质单元的结构为板式或中空纤维式。
5.根据权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述防水透气层包括多孔TPU膜、PDMS膜和PTFE膜中的任一种。
6.根据权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述防水透气层包括利用石墨烯、PVDF颗粒、PTFE颗粒并通过喷涂、丝网印刷、静电吸附制备的多孔防水透气传质层。
7.根据权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述非纯水溶液保温舱(17)包括由316L不锈钢耐腐蚀材料制成的非纯水溶液保温舱。
8.根据权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述非纯水溶液保温舱(17)的形状包括圆柱形和方形。
9.根据权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***，其特征在于，所述非纯水溶液包括海水、盐湖水、化工用水、河水、湖水、废水、沼泽水、生活污水和矿井水中的任一种。
10.一种相变传质增强的非纯水溶液直接电解制氢***的运行方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的相变传质增强的非纯水溶液直接制氢***，包括如下步骤：
步骤一，在非纯水溶液制氢子***运行制氢过程中，从非纯水溶液制氢子***进入相变传质增强子***的非纯水溶液传质器(18)的电解液分流进入非纯水溶液传质单元A1～An；当电解液经过非纯水溶液传质器(18)时，在非纯水溶液与电解液之间的界面蒸汽压差作用下，非纯水溶液在防水透气层表面发生气化作用产生水蒸气，水汽通过防水透气层进入电解质侧，并在界面压力差作用下诱导水汽相变液化为电解质补充水分；非纯水溶液保温舱(17)中的非纯水溶液能不断向非纯水溶液传质器(18)中的电解液补充纯净水用于电解制氢；与此同时，来自制氢子***的高温电解液进入到非纯水溶液保温舱(17)后与低温非纯水溶液发生热量交换，使非纯水溶液升温，非纯水溶液保温舱(17)的保温作用进一步防止热量向外界散失；升温后的非纯水溶液，与电解液之间蒸汽压差增大，进一步增大非纯水溶液向电解液的相变传质速率，使更多的纯净水分不断向电解液中补充，用于电解制氢；同时，非纯水溶液保温舱(17)内温度升高，使水分不断向外蒸发，可进一步获取纯净的水蒸气，冷凝液化后联产纯净水；
步骤二，非纯水溶液保温舱(17)同时设置有非纯水溶液进口(19)和非纯水溶液出口(22)，使保温舱内不断有新鲜非纯水溶液进/出来平衡浓度；与非纯水溶液交换热量并获取纯净水分后的电解液，又重新返回到非纯水溶液制氢子***的电解液储存罐中进行储存，为电解***补充纯净水的同时，为下一次电解做准备。
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