CN114481214B - 一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置及方法，该装置包括第一循环泵、过滤器、电解液配置箱、第二循环泵和控制单元；所述的第一循环泵、过滤器、电解液配置箱和第二循环泵通过管线依次连通；所述的控制单元分别与第一循环泵、电解液配置箱和第二循环泵的电信号连接。本发明保持了电解槽内电解液的清洁度，提高了电解槽净化及电解液配液的自动化程度，降低了水电解制氢电解槽的拆装次数，提高水电解制氢设备电解槽的稳定性。

Description

一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置及方法

技术领域

本发明属于电解水设备技术领域，特别涉及一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置及方法。

背景技术

水电解制氢设备是一种电化学设备，通过电解水产生氢气和氧气，是一种新型清洁能源产品，在工业领域应用广泛。水电解制氢设备的核心部件是电解槽，电解水的电化学反应在电解槽中进行。

一般情况下碱性电解水制氢要求水质为纯净水、蒸馏水或者去离子水，但是由于客观原因或其他原因，输送到电解槽内部的水质往往不能达到理论要求，水中会包含钙离子、镁离子或其他杂质。电解水反应发生后，水中的杂质附着在在电解槽内部极板上，严重影响电解槽的电解效率和寿命，更有甚者杂质堵塞电解槽进液孔，造成电解槽干烧及设备故障。

针对以上问题，水电解制氢电解槽定期需进行更换碱液和清洗电解槽，更换碱液需要经过碱液排出、静置、沉淀、排渣、人工配比等一系列步骤；清洗电解槽则需将电解槽拆开，逐一清洗电解槽极板并更换电解液。更换电解液和清洗电解槽必须在水电解制氢设备停机状态下进行，其降低设备的使用率，耗费人工工时，影响设备正常生产任务。

发明内容

为了克服现有水电解制氢设备在使用过程中，需要定期更换碱液、清洗电解槽导致电解槽重复拆装的问题，本发明提供一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置及方法。本发明降低水电解制氢电解槽的拆装次数，提高了水电解制氢设备电解槽的稳定性。

本发明采用的技术方案为：

一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置，包括第一循环泵、过滤器、电解液配置箱、第二循环泵和控制单元；所述的第一循环泵、过滤器、电解液配置箱和第二循环泵通过管线依次连通；所述的控制单元分别与第一循环泵、电解液配置箱和第二循环泵的电信号连接。

进一步，所述的第一循环泵与过滤器之间的管线上设有阀门一；所述的过滤器与电解液配置箱之间的管线上设有阀门二；所述的电解液配置箱与第二循环泵之间的管线上设有阀门三。

进一步，所述的第一循环泵与第二循环泵的另一端之间通过管线连通有电解槽；所述的电解槽与第一循环泵之间的管线上设有电解液循环入口阀；所述的电解槽与第二循环泵之间管线上设有电解液循环出口阀。

进一步，所述的电解液循环入口阀通过液体流出管与电解槽出口连通，液体流出管还设有电解槽排污阀。

进一步，所述的电解液循环出口阀通过液体流入管与电解槽进口连通，液体流入管通过清洗水源入口阀还连接有清洗管线；所述的电解液配置箱的上端还连接有水源入口管线，所述的清洗管线和水源入口管线均与外部水源入口连通。

进一步，所述的电解液配置箱与外部水源入口之间的水源入口管线上设有配置箱水源入口阀，配置箱水源入口阀与控制单元电信号连接。

进一步，所述的电解液配置箱包括电解液配置箱本体、电解液浓度计、液位计和搅拌机；所述的电解液浓度计和液位计均设在电解液配置箱本体内，所述的搅拌机设在电解液配置箱本体上，搅拌机的下端的搅拌杆位于电解液配置箱本体内，所述的搅拌杆上是有搅拌叶片；所述的电解液浓度计、搅拌机和液位计的电信号均与控制单元连接。

进一步，所述的电解液配置箱本体上端设有溶剂储存箱，所述的溶剂储存箱下端设有溶剂配比控制阀，所述的溶剂储存箱通过溶剂配比控制阀与电解液配置箱本体连通，所述的溶剂配比控制阀的电信号与控制单元连接。

进一步，所述的电解液配置箱的箱体下端设有配置箱排污阀；所述的过滤器下端配置有过滤器排污阀。

进一步，一种自动清洗电解槽及自动配液加液的方法，具体步骤为：

在需要清洗电解槽的状态时，打开清洗水源入口阀和电解槽排污阀，关闭电解液循环入口阀和电解液循环出口阀；外部水源经清洗水源入口阀、液体流入管进入电解槽内；清洗后，通过液体流出管流出，并通过电解槽排污阀排出；

在需要配液加液状态时，关闭清洗水源入口阀、电解槽排污阀，打开电解液循环入口阀和电解液循环出口阀；具体操作步骤如下：

步骤一，打开阀门一、阀门二和阀门三，关闭过滤器排污阀和配置箱排污阀；

步骤二，控制单元发信号给第一循环泵，打开第一循环泵，将电解槽中的电解液抽出经过滤器进入电解液配置箱，静置10~20分钟，将电解液中的杂质沉淀到电解液配置箱的箱体底部，并打开配置箱排污阀门将杂质排出后，然后再将配置箱排污阀关闭；

步骤三，根据电解液配置箱内液位计测量的电解液的量及电解槽的电解液容量，控制单元分别计算所需碱溶剂和水的量；

步骤四，分别打开溶剂配比控制阀、配置箱水源入口阀按需加入碱溶剂和水，并打开搅拌机进行充分搅拌；

步骤五，根据电解液配置箱中电解液浓度计的测量值对电解液浓度进行微调；若电解液浓度计测量值高于设定值，则控制单元发信号打开配置箱水源入口阀，加入适量水稀释电解液；若电解液浓度计测量值低于设定值，则控制单元发信号打开溶剂配比控制阀，加入适量碱溶剂并进行搅拌；

步骤六，反复进行步骤五，使电解液浓度达到设定值；

步骤七，配置完成电解液后，控制单元发信号打开第二循环泵，将电解液配置箱中的电解液抽送到电解槽内部，完成自动配液和加液。

本发明的有益效果为：

本发明可以整体移动，只需将本发明的装置移动到需清洗或重新配液的电解槽处即可。本发明结构简单，且移动方便。

本发明可以对电解槽进行清洗，通过切换对应的阀门来实现清洗和配液加液的区分，即一套装置可以实现两种功能——清洗和配液加液。

本发明中，所述清洗水源入口阀为增压阀，其可以增高水的压力。高压力水对电解槽内部进行冲洗，并经过液体流出管、电解槽排污阀将废液排出，有效的保证了电解槽内电解液的清洁度。

本发明中，设有的浓度计、溶剂配比控制阀、搅拌机和液位计在控制单元的电信号的控制下，调整电解液配置箱内电解液的浓度符合设定值。

本发明可以有效保持电解槽内电解液的清洁度，提高了电解液配液的自动化程度，代替人工配置，最大程度降低了电解液对人体的伤害；

本发明也可以有效降低水电解制氢电解槽的拆装次数，提高水电解制氢设备电解槽的稳定性。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中，附图标记为：1-电解槽排污阀；2-电解液循环入口阀；3-第一循环泵；4-阀门一；5-过滤器；6-过滤器排污阀；7-阀门二；8-电解液浓度计；9-溶剂配比控制阀；10-电解液配置箱；11-液位计；12-配置箱排污阀；13-阀门三；14-水源入口管线；15-外部水源入口；16-第二循环泵；17-配置箱水源入口阀；18-搅拌机；19-溶剂储存箱；20-控制单元；21-电解液循环出口阀；22-清洗水源入口阀；23-液体流入管；24-液体流出管；25-清洗管线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

为了克服现有水电解制氢设备在使用过程中，需要定期更换碱液、清洗电解槽导致电解槽的重复拆装的问题，本发明提供一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置及方法。本发明可降低水电解制氢电解槽的拆装次数，提高水电解制氢设备电解槽的稳定性。

如图1所示，一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置，包括第一循环泵3、过滤器5、电解液配置箱10、第二循环泵16和控制单元20；所述的第一循环泵3、过滤器5、电解液配置箱10和第二循环泵16通过管线依次连通；所述的控制单元20分别与第一循环泵3、电解液配置箱10和第二循环泵16的电信号连接。

进一步，所述的第一循环泵3与过滤器5之间的管线上设有阀门一4；所述的过滤器5与电解液配置箱10之间的管线上设有阀门二7；所述的电解液配置箱10与第二循环泵16之间的管线上设有阀门三13。

进一步，所述的第一循环泵3与第二循环泵16的另一端之间通过管线连通有电解槽；所述的电解槽与第一循环泵3之间的管线上设有电解液循环入口阀2；所述的电解槽与第二循环泵16之间管线上设有电解液循环出口阀21。

进一步，所述的电解液循环入口阀2通过液体流出管24与电解槽出口连通，液体流出管24还设有电解槽排污阀1。电解槽排污阀1将废液排出，有效的保证了电解槽内电解液的清洁度。

进一步，所述的电解液循环出口阀21通过液体流入管23与电解槽进口连通，液体流入管23通过清洗水源入口阀22还连接有清洗管线25；所述的电解液配置箱10的上端还连接有水源入口管线14，所述的清洗管线25和水源入口管线14均与外部水源入口15连通。

进一步，所述的电解液配置箱10与外部水源入口15之间的水源入口管线14上设有配置箱水源入口阀17，配置箱水源入口阀17与控制单元20电信号连接。

进一步，所述的电解液配置箱10包括电解液配置箱本体、电解液浓度计8、液位计11和搅拌机18；所述的电解液浓度计8和液位计11均设在电解液配置箱本体内，所述的搅拌机18设在电解液配置箱本体上，搅拌机18的下端的搅拌杆位于电解液配置箱本体内，所述的搅拌杆上是有搅拌叶片；所述的电解液浓度计8、搅拌机18和液位计11的电信号均与控制单元20连接。

本发明中，搅拌机18在电解液配置箱10内进行搅拌，保证电解液配置箱10内的物质被搅拌均匀，确保电解液浓度计8测量的准确性。搅拌机18的搅拌叶片根据需求进行数量及大小的选择，保证可以搅拌均匀电解液配置箱10内的电解液即可。

进一步，所述的电解液配置箱本体上端设有溶剂储存箱19，所述的溶剂储存箱19下端设有溶剂配比控制阀9，所述的溶剂储存箱19通过溶剂配比控制阀9与电解液配置箱本体连通，所述的溶剂配比控制阀9的电信号与控制单元20连接。

本发明中，溶剂储存箱19用于储存溶剂，溶剂储存箱19的大小根据需求进行选择配备。本发明优选溶剂为KOH，根据需要也可以调整溶剂类型。

本发明中，溶剂配比控制阀9用于控制配比电解液中添加溶剂的量；电解液浓度计8用于测量电解液配置箱10中电解液的浓度；液位计11用于测量电解液配置箱10中电解液液位的高度，保证液位不超过设定值。

优选的，所述的电解液配置箱10的箱体下端设有配置箱排污阀12；所述的过滤器5下端配置有过滤器排污阀6。

本发明中，过滤器5用于对进入电解液配置箱10的电解液的过滤，保证该处电解液的杂质减少，保证后续配液过程顺利。电解液配置箱排污阀12用于排出电解液配置箱10内残留的物质。过滤器排污阀6用于排出过滤器5内杂质。通过上述的设置保证循环过程中液体的清洁度。

本发明的装置可以设置在撬装上，可以进行移动。当需要进行自动清洗电解槽、自动配液加液装置工作时只需将第一循环泵3和第二循环泵16通过液体流出管24和液体流入管23直接与电解槽进行连接即可。这样不用对电解槽进行拆卸，避免了电解槽在拆卸过程中受损，同时方便移动，且操作简单。

当需要对电解槽进行清洗步骤时，将外部水源与电解槽连接，并通过打开控制清洗水源入口阀22进行连通，同时打开电解槽排污阀1即可。优选清洗水源入口阀22为增压阀，可以增高水的压力，增高压力的水对电解槽内部进行冲洗，使清洗的效果更好。

当需要配液加液步骤时，通过第一循环泵3、过滤器5、电解液配置箱10、第二循环泵16与电解槽之间形成一个循环管路，通过控制单元20控制多次反复循环及电解液浓度，完成配液加液过程。控制单元20可以为PLC等。本发明代替人工配置，提高了电解液配液的自动化程度。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明提供了一种自动清洗电解槽及自动配液加液的方法，具体步骤为：

在需要清洗电解槽的状态时，打开清洗水源入口阀22和电解槽排污阀1，关闭电解液循环入口阀2和电解液循环出口阀21；外部水源经清洗水源入口阀22、液体流入管23进入电解槽内；清洗后，通过液体流出管24流出，并通过电解槽排污阀1排出；

在需要配液加液状态时，关闭清洗水源入口阀22、电解槽排污阀1，打开电解液循环入口阀2和电解液循环出口阀21；具体操作步骤如下：

步骤一，打开阀门一4、阀门二7和阀门三13，关闭过滤器排污阀6和配置箱排污阀12；

步骤二，控制单元20发信号给第一循环泵3，打开第一循环泵3，将电解槽中的电解液抽出经过滤器5进入电解液配置箱10，静置10~20分钟，将电解液中的杂质沉淀到电解液配置箱10的箱体底部，并打开配置箱排污阀12将杂质排出后，然后再将配置箱排污阀12关闭；

步骤三，根据电解液配置箱10内液位计11测量的电解液的量及电解槽的电解液容量，控制单元20分别计算所需碱溶剂和水的量；

步骤四，分别打开溶剂配比控制阀9、配置箱水源入口阀17按需加入碱溶剂和水，并打开搅拌机18进行充分搅拌；

步骤五，根据电解液配置箱10中电解液浓度计8的测量值对电解液浓度进行微调；若电解液浓度计8测量值高于设定值，则控制单元20发信号打开配置箱水源入口阀17，加入适量水稀释电解液；若电解液浓度计8测量值低于设定值，则控制单元20发信号打开溶剂配比控制阀9，加入适量碱溶剂并进行搅拌；

步骤六，反复进行步骤五，使电解液浓度达到设定值；

步骤七，配置完成电解液后，控制单元20发信号打开第二循环泵16，将电解液配置箱10中的电解液抽送到电解槽内部，完成自动配液和加液。

本发明中，在电解槽或者电解液配置箱10需要水时，外部水源提供足够的水进行使用。电解槽内用外部水源来的水进行清洗电解槽。电解液配置箱10内所用的水目的在于稀释电解液配置箱10内的电解液浓度。保证电解液配置箱10内的电解液浓度达到设定值。

本发明中，电解液循环入口阀2与电解槽排污阀1相并联设置后与电解槽的液体流出管24相连接。电解槽排污阀1在清洗电解槽时打开排污，电解液循环入口阀2在更换电解液时打开。

本发明中，反复进行步骤五，使电解液浓度达到设定值，并保证液位计11测量的液位在设定值范围内，这样配液完成。然后通过第二循环泵16将配置好的电解液加入到电解槽中。实现自动配液加液。

以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本发明中未详细描述的装置结构及其方法步骤均为现有技术，本发明中将不再进行进一步的说明。

Claims (3)

1.一种自动清洗电解槽及自动配液加液的方法，其特征在于：具体步骤为：

在需要清洗电解槽的状态时，打开清洗水源入口阀（22）和电解槽排污阀（1），关闭电解液循环入口阀（2）和电解液循环出口阀（21）；外部水源经清洗水源入口阀（22）、液体流入管（23）进入电解槽内；清洗后，通过液体流出管（24）流出，并通过电解槽排污阀（1）排出；

在需要配液加液状态时，关闭清洗水源入口阀（22）、电解槽排污阀（1），打开电解液循环入口阀（2）和电解液循环出口阀（21）；具体操作步骤如下：

步骤一，打开阀门一（4）、阀门二（7）和阀门三（13），关闭过滤器排污阀（6）和配置箱排污阀（12）；

步骤二，控制单元（20）发信号给第一循环泵（3），打开第一循环泵（3），将电解槽中的电解液抽出经过滤器（5）进入电解液配置箱（10），静置10~20分钟，将电解液中的杂质沉淀到电解液配置箱（10）的箱体底部，并打开配置箱排污阀（12）将杂质排出后，然后再将配置箱排污阀（12）关闭；

步骤三，根据电解液配置箱（10）内液位计（11）测量的电解液的量及电解槽的电解液容量，控制单元（20）分别计算所需碱溶剂和水的量；

步骤四，分别打开溶剂配比控制阀（9）、配置箱水源入口阀（17）按需加入碱溶剂和水，并打开搅拌机（18）进行充分搅拌；

步骤五，根据电解液配置箱（10）中电解液浓度计（8）的测量值对电解液浓度进行微调；若电解液浓度计（8）测量值高于设定值，则控制单元（20）发信号打开配置箱水源入口阀（17），加入适量水稀释电解液；若电解液浓度计（8）测量值低于设定值，则控制单元（20）发信号打开溶剂配比控制阀（9），加入适量碱溶剂并进行搅拌；

步骤六，反复进行步骤五，使电解液浓度达到设定值；

步骤七，配置完成电解液后，控制单元（20）发信号打开第二循环泵（16），将电解液配置箱（10）中的电解液抽送到电解槽内部，完成自动配液和加液；所述的电解液配置箱（10）的箱体下端设有配置箱排污阀（12）；所述的过滤器（5）下端配置有过滤器排污阀（6）。

2.一种应用如权利要求1所述方法的自动清洗电解槽及自动配液加液的装置，其特征在于：包括第一循环泵（3）、过滤器（5）、电解液配置箱（10）、第二循环泵（16）和控制单元（20）；所述的第一循环泵（3）、过滤器（5）、电解液配置箱（10）和第二循环泵（16）通过管线依次连通；所述的控制单元（20）分别与第一循环泵（3）、电解液配置箱（10）和第二循环泵（16）的电信号连接；所述的第一循环泵（3）与过滤器（5）之间的管线上设有阀门一（4）；所述的过滤器（5）与电解液配置箱（10）之间的管线上设有阀门二（7）；所述的电解液配置箱（10）与第二循环泵（16）之间的管线上设有阀门三（13）；所述的第一循环泵（3）与第二循环泵（16）的另一端之间通过管线连通有电解槽；所述的电解槽与第一循环泵（3）之间的管线上设有电解液循环入口阀（2）；所述的电解槽与第二循环泵（16）之间管线上设有电解液循环出口阀（21）；所述的电解液循环入口阀（2）通过液体流出管（24）与电解槽出口连通，液体流出管（24）还设有电解槽排污阀（1）；所述的电解液循环出口阀（21）通过液体流入管（23）与电解槽进口连通，液体流入管（23）通过清洗水源入口阀（22）还连接有清洗管线（25）；所述的电解液配置箱（10）的上端还连接有水源入口管线（14），所述的清洗管线（25）和水源入口管线（14）均与外部水源入口（15）连通；所述的电解液配置箱（10）包括电解液配置箱本体、电解液浓度计（8）、液位计（11）和搅拌机（18）；所述的电解液浓度计（8）和液位计（11）均设在电解液配置箱本体内，所述的搅拌机（18）设在电解液配置箱本体上，搅拌机（18）的下端的搅拌杆位于电解液配置箱本体内，所述的搅拌杆上是有搅拌叶片；所述的电解液浓度计（8）、搅拌机（18）和液位计（11）的电信号均与控制单元（20）连接；所述的电解液配置箱本体上端设有溶剂储存箱（19），所述的溶剂储存箱（19）下端设有溶剂配比控制阀（9），所述的溶剂储存箱（19）通过溶剂配比控制阀（9）与电解液配置箱本体连通，所述的溶剂配比控制阀（9）的电信号与控制单元（20）连接。

3.根据权利要求2所述的一种自动清洗电解槽及自动配液加液的装置，其特征在于：所述的电解液配置箱（10）与外部水源入口（15）之间的水源入口管线（14）上设有配置箱水源入口阀（17），配置箱水源入口阀（17）与控制单元（20）电信号连接。