CN114540835A - 一种碱性水电解制氢系统 - Google Patents

一种碱性水电解制氢系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114540835A
CN114540835A CN202210277921.7A CN202210277921A CN114540835A CN 114540835 A CN114540835 A CN 114540835A CN 202210277921 A CN202210277921 A CN 202210277921A CN 114540835 A CN114540835 A CN 114540835A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
alkali liquid
oxygen
clapboard
partition plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210277921.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王秉泮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202210277921.7A priority Critical patent/CN114540835A/zh
Publication of CN114540835A publication Critical patent/CN114540835A/zh
Priority to PCT/CN2023/076335 priority patent/WO2023179253A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/67—Heating or cooling means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

本发明公开了一种碱性水电解制氢系统，包括电解槽以及与其依次连接的氢分离器、氢碱液循环泵、氢碱液过滤器、氢碱液冷却器设备所组成的第一循环管线；电解槽与依次连接的氧分离器、氧碱液循环泵、氧碱液过滤器、氧碱液冷却器设备所组成的第二循环管线；电解槽是系统的主要设备，由左端板、右端板、左端隔板、左隔板单元、中间隔板、右隔板单元、右端隔板组成。隔板单元采用波纹结构。若干叠合的隔板单元、隔膜电极组件组成若干氢电解室、氧电解室。氢气和氧气分别经过氢气冷凝器、氧气冷凝器送出系统。辅助装置通过管道将电解液送入系统。采用本系统降低了电解液的电阻率，避免了电极全面积上液流严重不均的现象。

Description

一种碱性水电解制氢系统
技术领域
本发明涉及制氢系统，具体涉及一种碱性水电解制氢系统。
背景技术
电解水制氢时电解槽中需使用隔板，当直流电通过电解槽时，将隔板之间构成的电解室中的电解液电解在阳极析出氧气，在阴极析出氢气。现有的隔板为圆形，由于相邻圆形隔板构成的电解室的进、出液口之间最短距离为径向距离，故电解液顺径向的流量较大，越接近圆周流量依次递减，流速差别很大，周边产生的气体不易被带走，易形成堆积。堆积的气体减小了电解液的导电面积，使电极间电阻不均匀，造成电解室电阻增大，电耗增加。而且隔板面积越大时，以上问题愈加严重，不利于制氢电解槽向大型化发展。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种效率高且单台产氢能力超过1000m/h的大型电解槽，能够使单位氢气的生产成本大幅度下降，大幅提高生产效率的碱性水电解制氢系统。
本发明的一种碱性水电解制氢系统，包括电解槽，所述的电解槽包括左右平行间隔设置的左端板和右端板，所述的左端板和右端板之间通过多根对拉螺栓固定相连，在所述的左端板和右端板之间且从左至右依次安装有左端隔板、由叠合设置的若干隔板单元组成的左隔板单元、中间隔板、由叠合设置的若干隔板单元组成的右隔板单元以及右端隔板，所述的中间隔板为框型结构，焊接在中间隔板上的正输电端与电源正极连接；焊接在左端隔板上的第一负输电端以及焊接在右端隔板上的第二负输电端分别与电源负极连接；
每个隔板单元包括隔板框，在所述的隔板框内焊接有隔板芯；所述的隔板芯包括波纹板结构；所述的隔板单元、中间隔板、左端隔板、右端隔板和左端板和右端板为矩形；
在左右相邻的两个隔板单元中的左侧的隔板单元和右侧的隔板单元之间夹紧设置有隔膜电极组件，所述的隔膜电极组件由左右依次压紧设置的阴极、隔膜和阳极组成，隔膜电极组件把两个隔板单元之间的空间分为彼此独立的两个腔室，其中设置有阴极的腔室是氢电解室，设置有阳极的腔室是氧电解室；
在所述的左端隔板以及右端隔板的下部的前后两侧均分别开有氧碱液进口、氢碱液进口，在所述的左端隔板以及右端隔板的上部的前后两侧均分别开有氢碱液出口和氧碱液出口，在所述的中间隔板、左隔板单元处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的前后边框的下部分别开有氢碱液导液通道、氧碱液导液通道，在所述的中间隔板、左隔板单元处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的下横框的前后两侧分别开有氢碱液进液通道、氧碱液进液通道，在所述的中间隔板、左隔板单元处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的上横框的前后两侧分别开有氧碱液出液通道、氢碱液出液通道；其中左隔板单元处以及中间隔板上的氢碱液导液通道彼此相通；氧碱液导液通道彼此相通，氢碱液进液通道彼此连通、氧碱液进液通道彼此连通；
右隔板单元处以及中间隔板上的氢碱液导液通道彼此相通、氢碱液进液通道彼此相通、氧碱液导液通道彼此连通、氧碱液进液通道彼此连通；
在中间隔板上的氢碱液导液通道、氢碱液进液通道、氧碱液导液通道和氧碱液进液通道均为与中间隔板的各个对应位置处的边框的内缘连通的开孔；氢碱液导液罩和氧碱液导液罩分别焊接在中间隔板的框体内，在中间隔板上的氢碱液导液通道和氢碱液进液通道与所述的氢碱液导液罩连通；氧碱液导液通道和氧碱液进液通道与氧碱液导液罩联通；
每个隔板单元上的氢碱液进液通道和氢碱液出液通道分别通过开在隔板框上的通液槽与阴极室连通并且氧碱液进液通道和氧碱液出液通道分别通过开在隔板框上的通液槽与阳极室连通；
开在所述的左端隔板以及右端隔板上的氧碱液进口、氢碱液进口的一侧分别与最近的一个隔板单元上的氧碱液导液通道、氢碱液导液通道连通并且另一侧分别与氧碱液进液管道、氢碱液进液管道的一端连接，所述的左端隔板以及右端隔板上的氧碱液出口和氢碱液出口的一侧分别与最近的一个隔板单元上的氧碱液出口通道、氢碱液出口通道连通，每个所述的氧碱液出口和每个氢碱液出口的另一侧分别与氧碱液出口管线、氢碱液出口管线的一端连通；
两条所述的氢碱液出口管线的另一端通过第一循环管线依次与氢分离器、氢碱液循环泵、氢碱液过滤器、氢碱液冷却器以及两条氢碱液进口管道连接，氢分离器的出气口与氢气冷凝器相连；两条所述的氧碱液出口管线的另一端通过第二循环管线依次与氧分离器、氧碱液循环泵、氧碱液过滤器、氧碱液冷却器以及两条氧碱液进口管道连接，所述的氧分离器的出气口与氧气冷凝器相连，所述的氢分离器的底部与氧分离器的底部通过管线联通并与辅助装置相连。
本发明的有益之处在于：
1.由于隔板单元是波纹型其与隔膜电极组件叠合后形成的通道封闭性好，可以进一步提高电解液流速，电解室内电解液循环次数高，一般在15～30次；从而加快电解液和气泡的上升速度，使电解液的含气度下降；有助于减少电极附近的电解液的浓差梯度以降低浓差极化量；使各电解室的温度更均匀，从而降低了电解液的电阻率。
2.通过加大隔板框的宽度，增加螺栓数量，大厚度的端板结构以及高性能的密封垫片、中间隔板增加支撑托架等结构。使电解槽工作压力可以达到2.5MPa，高于现有大型电解槽的1.6MPa。
提高电解槽及系统操作压力可以降低电解液中的含气度，减少了电解液的电阻。本方案将操作压力提高到2.5MPa。
3.通过把隔板框间距设置在10～30mm范围内，降低了电解液的电阻。
4.保证了在电解室横截面上电解液分布均匀，且避免了电解液在通道之间的横向流动。
5.与现行圆形电解槽的隔板单元相比，电解液流动路径均匀，避免了圆形隔板部件中的电解液沿径向与圆周向路径的差别，避免了电极全面积上液流严重不均的现象。
6.电解液通道截面是三角形，波峰、谷的角度在45～135度范围内，为电解液与正、负电极提供了最大的接触面积。
7.电解槽的电解室工作电压将比现有结构的电解槽低，节约电能，尤其是大型设备节能效果更好；
8.电解槽负荷弹性大，可在50～120％范围；
9.电解槽单台产氢能力大，可以达到630～6300m3/h，甚至可以达到10000m3/h，可节省设备投资费用；
10.电解槽中间隔板下部设置了支撑托架，用以克服电解槽中间的下沉。对于更大型的电解槽还可以配置若干支撑隔板，数量依电解槽长度确定。避免了电解槽中间部位的下沉，减少了螺栓因槽体下沉带来的附加受力，减少了因下沉造成的密封垫片泄漏，延长电解槽检修周期；
11.电解液冷却器采用空气冷却形式，用于水资源少的地区，也可以选择采用水冷却形式；
12.电解槽主体材质采用碳钢镀镍或镍；电解槽隔板单元为长方形，节省原材料，比圆形隔板的电解槽可节约20％；
13.电解槽端板采用板肋结构，节省钢材。另外，由于端板上没有电解液的进出管线接管，因此端板不用镀镍工艺，只要做好常规防腐即可，节省了电镀等加工费；
14.本装置开工率高。可利用装有阀门的多条备用管线，将故障设备切出系统，对故障设备进行不停工检修；
本结构更适用于光伏发电、风力发电场的需求，单台设备能力大。相比现有单台产氢1000m3/h能力的电解槽设备，单台设备效率高，投资省，管理运行人工少，占地少，节约水资源。
附图说明
图1为本发明的一种碱性水电解制氢系统的整体结构示意图；
图2-1为图1中电解槽1结构示意图；
图2-2为图2-1所示的电解槽结构的A-A示意图；
图3为图2-1中左隔板单元的结构图；
图4为图3中隔板的B-B示意图；
图5为图4中两件隔板叠合的结构剖面示意图；
图6为中间隔板的氢碱液导液罩、氧碱液导液罩的结构示意图；
图7-1是单层折线波纹板芯结构图；
图7-2是图7-1所示的单层折线波纹板芯的C-C示意图；
图8-1单层直波纹板隔板芯结构图；
图8-2是图8-1单层直波纹板隔板芯的D-D结构图；
图9-1是波纹板与平板组合的隔板芯结构图；
图9-2是图9-1波纹板与平板组合的隔板芯的E-E结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。
如附图所示的本发明的一种碱性水电解制氢系统，包括电解槽1，所述的电解槽包括左右平行间隔设置的左端板2-1和右端板2-2，如图2-1所示，在所述的左端板2-1和右端板2-2之间且从左至右依次安装有左端隔板2-4、由叠合设置的若干隔板单元组成的左隔板单元2-6、中间隔板2-8、由叠合设置的若干隔板单元组成的右隔板单元2-7以及右端隔板2-5，所述的左端板2-1和右端板2-2之间通过多根对拉螺栓2-3固定相连以将左端隔板2-4、左隔板单元、中间隔板2-8、右隔板单元以及右端隔板2-5紧固在左端板2-1和右端板2-2之间。所述的中间隔板2-8为框型结构。
优选的在中间隔板2-8底部设置有支撑托架2-9。进一步优选的，在左隔板单元2-6和右隔板单元处分别设置有若干支撑隔板2-14。中间隔板2-8厚度通常在60～150mm。
如图2-1所示，所述的中间隔板2-8设置在左端隔板和右端隔板之间，使得叠合设置的若干隔板单元分为左右两部分，其中一部分为叠合设置在左端隔板2-4和中间隔板2-8之间的左隔板单元2-6，另一部分为叠合设置在右端隔板2-5和中间隔板2-8之间的右端隔板单元2-7。左隔板单元与右隔板单元是互为镜像的结构形式。
优选的，在所有隔板单元之间以及隔板单元与右端隔板2-5、中间隔板2-8、左端隔板2-4之间都安装有密封垫片4-9，防止电解液的泄漏。材质为改性工程塑料。
由于电解槽的大型化其槽体很长，以1000m3/h规格的电解槽为例，槽体长度达到约6m,重量60吨以上。为了防止电解槽中间下沉，特别在中间隔板2-8底部增加了支撑托架2-9，对于更大规格的电解槽就设置了支撑隔板2-14，解决了电解槽运行一些时间后中间下垂的问题。支撑隔板、支撑托架与基础之间用绝缘板做电气隔离。
优选的隔板单元、中间隔板、左端隔板2-4、右端隔板2-5、左端板2-1和右端板2-2为长方形，节省材料：当然也可以采用正方形、梯形等形状。
如图3、4所示，每个隔板单元包括隔板框3-1，在所述的隔板框3-1内焊接有隔板芯3-2。所述的隔板芯包括单面波纹板结构，如图7-1、7-2、8-1、8-2所示；或者如图9-1、9-2所示，所述的隔板芯3-2包括平板9-3，在所述平板的左右侧壁上分别固定有左侧波纹板结构9-1、右侧波纹板结构9-2。所述的左侧波纹板结构9-1、右侧波纹板结构9-2与平板9-3接触位置优选的采用焊接固定。波纹板结构可以采用模具冲压或辊压等机械加工方法成型。隔板框3-1可以采用碳钢镀镍材质，采用机械方法加工成型。隔板框3-1长度优选的为1.5-6m，宽度为1-4.5m，厚度为10-30mm。隔板芯3-2的长为1.4～5.5m，宽度为0.9～4m。
优选的，单面波纹板结构、平板9-3、左侧波纹板结构9-1以及右侧波纹板结构9-2的板材厚度为0.3～2mm。
作为本发明如图7-1、7-2所示的第一种实施方式以及如图8-1、8-2所示的第二种实施方式，当采用单面波纹板结构时，第一种实施方式的单面波纹板结构的波纹的相邻波峰距离W1和第二种实施方式的单面波纹板结构的波纹的相邻波峰距离W2均为8～30mm；第一种实施方式的单面波纹板结构的波纹的峰谷高差H1、以及第二种实施方式的单面波纹板结构的波纹的峰谷高差H2均为8～30mm；其中当单面波纹板结构的波峰采用在竖向平面上的正投影为连续的折线形状，单面波纹板结构的参数设置为：波峰与平板竖向纵轴形成的倾斜角度α1为0＜α1≤45°，沿平板竖向纵轴方向形成的波峰或波谷的内角α2＞90度，沿平板厚度方向形成的波峰或波谷的内角α3在45°～135°；优选的，在隔板芯的横截面方向上，左右叠合设置的两个隔板芯上的单面波纹板结构的波纹相互反向倾斜，使得两个单面波纹板结构的波峰彼此相对且交叉形成立体网状结构。这样可以使得两个隔板芯之间的隔膜电极组件被立体网状结构中各个交点处牢固夹住、位置稳定。当单面波纹板结构的波峰采用在竖向平面上的正投影为连续的直线形状，沿平板厚度方向形成的波峰或波谷的内角α4为45°～135°。
作为本发明的第三种实施方式，如图9-1、9-2所示，当在所述平板左右侧壁上分别固定有左侧波纹板结构9-1、右侧波纹板结构9-2时，所述的左侧波纹板结构9-1、右侧波纹板结构9-2的波峰与平板竖向纵轴之间的夹角为0＜α5≤45°；沿平板厚度方向形成的波峰或谷的内角α6为45°～135°；波纹的相邻波峰距离W3为8～20mm；波纹的峰谷高差H3为3～15mm。
所述的单面波纹板结构以及平板9-3、左侧波纹板结构9-1和右侧波纹板结构9-2可以采用碳钢镀镍板、镍板，当采用碳钢镀镍材料时，镀层厚度40-120μm，镍金属层用于防止腐蚀。左侧波纹板结构9-1和右侧波纹板构9-2也可以采用金属网压成波纹型结构，所述的金属网为4～30目，编织所述的金属网的丝径为1～0.2mm。
以上三种实施方式中，折线波纹的倾斜角度、越小越有利于电解液的均匀分布，电解液流动阻力小；波峰间距离小，支撑牢固，电解液流动阻力大；距离大则反之。峰谷高差小，电解液电阻减小，电解液流速大，含气度下降，电解效率高，过小则含气度上升；高差大，则反之，但含气度小。
第一种、第二种结构中的单面波纹板结构比第三种结构中的双面波纹板结构中的隔板芯大幅降低制造成本，节省了材料，也节省了加工费用。如图8-1、8-2所示的第二种结构的缺点是：左右叠合设置的两个隔板芯上的波纹板结构的波峰彼此相对设置形成支撑结构，这样要求两个波纹板的加工误差小，定位精度高，加大了制造难度。
如图5所示，在左右相邻的两个隔板单元中的左侧的隔板单元和右侧的隔板单元之间夹紧设置有隔膜电极组件，所述的隔膜电极组件由左右依次压紧设置的阴极4-4、隔膜4-5和阳极4-6组成，隔膜电极组件把两个隔板单元之间的空间分为彼此独立的两个腔室，其中设置有阴极的腔室是氢电解室4-7，电解液在其中流动，在阴极4-4上产生氢气；设置有阳极的腔室是氧电解室4-8，产生氧气。由左侧波纹板结构9-1、右侧波纹板结构和平板9-3之间构成的非工作空间4-1内的电解液只是流过而没有产物生成，因为电解液没有与电极接触。
如图2-1、2-2所示，在所述的左端隔板2-4以及右端隔板2-5的下部的前后两侧均分别开有氧碱液进口(左端隔板上的氧碱液进口2-10-1和右端隔板上的氧碱液进口2-10-2)、氢碱液进口(左端隔板上的氢碱液进口2-11-1和右端隔板上的氢碱液进口2-11-2)，在所述的左端隔板2-4以及右端隔板2-5的上部的前后两侧均分别开有氢碱液出口(左端隔板上的氢碱液出口2-13-1和右端隔板上的氢碱液出口2-13-2)和氧碱液出口(左端隔板上的氧碱液出口2-12-1和右端隔板上的氧碱液出口2-12-2)，如图3、4所示，在所述的中间隔板2-8、左隔板单元2-6处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的前后边框的下部分别开有氢碱液导液通道3-3、氧碱液导液通道3-5，在所述的中间隔板2-8、左隔板单元2-6处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的下横框的前后两侧分别开有氢碱液进液通道3-4、氧碱液进液通道3-6，在所述的中间隔板2-8、左隔板单元2-6处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的上横框的前后两侧分别开有氧碱液出液通道3-8、氢碱液出液通道3-7。其中左隔板单元2-6处以及中间隔板2-8上的氢碱液导液通道3-3彼此相通，碱液直达中间隔板2-8上的氢碱液导液通道3-3；氧碱液导液通道3-5彼此相通，碱液直达中间隔板2-8上的氧碱液导液通道3-5。氢碱液进液通道3-4彼此连通、氧碱液进液通道3-6彼此连通；
右隔板单元2-7处以及中间隔板2-8上的氢碱液导液通道3-3彼此相通、氢碱液进液通道3-4彼此相通、氧碱液导液通道3-5彼此连通、氧碱液进液通道3-6彼此连通；
如图6所示，在中间隔板2-8上的氢碱液导液通道3-3、氢碱液进液通道3-4、氧碱液导液通道3-5和氧碱液进液通道3-6均为与中间隔板2-8的各个对应的边框的内缘连通的开孔。氢碱液导液罩5-1和氧碱液导液罩5-2分别焊接在中间隔板2-8的框体内，在中间隔板上的氢碱液导液通道3-3和氢碱液进液通道3-4与所述的氢碱液导液罩5-1连通使得氢碱液从氢碱液导液通道3-3进入氢碱液导液罩5-1，然后流入氢碱液进液通道3-4；氧碱液导液通道3-5和氧碱液进液通道3-6与氧碱液导液罩5-2联通，使氧碱液从氧碱液导液通道3-5进入氧碱液导液罩5-2，然后流入氧碱液进液通道3-6。
每个隔板单元上的氢碱液进液通道3-4和氢碱液出液通道3-7分别通过开在隔板框上的通液槽与阴极室连通并且氧碱液进液通道3-6和氧碱液出液通道3-8分别通过开在隔板框上的通液槽与阳极室连通。
开在所述的左端隔板2-4以及右端隔板2-5上的氧碱液进口、氢碱液进口的一侧分别与最近的一个隔板单元上的氧碱液导液通道3-5、氢碱液导液通道3-3连通并且另一侧分别与氧碱液进液管道(如图1所示，与左隔板单元的氧碱液导液通道3-5连通的第一氧碱液进口管道16-1、与右隔板单元的氧碱液导液通道连通第二氧碱液进口管道16-2)、氢碱液进液管道(如图1所示，第一氢碱液进口管道13-1、第二氢碱液进口管道13-2)的一端连接，所述的左端隔板2-4以及右端隔板2-5上的氧碱液出口(左端隔板上的氧碱液出口2-12-1和右端隔板上的氧碱液出口2-12-2)和氢碱液出口(左端隔板上的氢碱液出口2-13-1和右端隔板上的氢碱液出口2-13-2)的一侧分别与最近的一个隔板单元上的氧碱液出口通道3-8、氢碱液出口通道3-7连通，每个所述的氧碱液出口和每个氢碱液出口的另一侧分别与氧碱液出口管线(与左隔板单元的氧碱液出口连通的第一氧碱液出口管线14-1、与右隔板单元的氧碱液出口连通的第二氧碱液出口管线14-2)、氢碱液出口管线的一端连通(与左隔板单元的氢碱液出口连通的第一氢碱液出口管线15-1，与右隔板单元的氢碱液出口连通的第二氢碱液出口管线15-2)。
两条所述的氢碱液出口管线的另一端通过第一循环管线依次与氢分离器3、氢碱液循环泵5、氢碱液过滤器7、氢碱液冷却器9以及两条氢碱液进口管道连接，氢分离器3的出气口与氢气冷凝器11相连。
两条所述的氧碱液出口管线的另一端通过第二循环管线依次与氧分离器2、氧碱液循环泵4、氧碱液过滤器6、氧碱液冷却器8以及两条氧碱液进口管道连接，所述的氧分离器2的出气口与氧气冷凝器12相连。
所述的氢分离器3的底部与氧分离器2的底部通过管线18联通，并与辅助装置17相连由此处补充电解液。优选的氢碱液冷却器9和氧碱液冷却器8采用空气作为冷源。
优选的，在位于氢碱液循环泵5和氧碱液循环泵4进口处的第一循环管线和第二循环管线之间、氢碱液循环泵5和氧碱液循环泵4出口处的第一循环管线和第二循环管线之间、氢碱液冷却器9和氧碱液冷却器进口处的第一循环管线和第二循环管线之间以及氢碱液冷却器9和氧碱液冷却器出口处的第一循环管线和第二循环管线之间分别连接有一条安装有阀门的备用管线10-1、10-2、10-3、10-4，阀门平时关闭。如果某一设备发生故障时，可以打开备用管线上的阀门，关闭故障设备的阀门，确保系统能继续运行。
例如：氧碱液循环泵4故障，氧电解液无法送到氧碱液过滤器6，此时打开备用管线10-1和备用管线10-2上的阀门，关闭氧碱液循环泵4的进、出口阀门，氧分离器2的电解液就经过备用管线10-1与氢分离器2出来的电解液汇合进入氢碱液循环泵5，然后一部分电解液又经过备用管线10-2进入氧碱液过滤器6。这样可使装置正常运行，但是负荷降低一半。
备用管线的作用就是保证整个装置连续运行，尽量减少设备故障对整个装置的影响。
下面以氢碱液流动过程为例说明本装置的工作过程：
氢碱液通过第二氢碱液进口管道13-2依次进入第二氢碱液进口2-11-2、全部右隔板单元的隔板框上的氢碱液导液通道，并经中间隔板2-8上的氢碱液导液通道3-3与中间隔板2-8上的氢碱液进液通道3-4连通，再与右隔板单元2-7处的氢碱液进液通道3-4连通，同时每个氢碱液进液通道3-4与开在同一个隔板框上的通液槽连通，电解液经过通液槽进入右隔板单元2-7处的氢电解室。开在右端隔板上的第二氢碱液出口2-13-2的一端与图1中第二氢碱液出口管线15-2连接，第二氢碱液出口2-13-2的另一端与第二氢碱液出液通道3-7连通，每个隔板框上的氢碱液出液通道3-7通过开在同一个隔板框上的通液槽与氢电解室连通，右隔板单元2-7处的氢电解室内的氢气和电解液经过通液槽流出到氢碱液出液通道3-7。
如图1所示，所述电解槽1的阴极侧电解液流出第一氢碱液出口2-13-1、第二氢碱液出口2-13-2，通过第一氢碱液出口管线15-1、第二氢碱液出口管线15-2进入氢分离器3，分离出氢气的电解液依次经过氢碱液循环泵5、氢碱液过滤器7、氢碱液冷却器9以及第一氢碱液进口管道13-1、第二氢碱液进口管道13-2进入电解槽1的阴极侧，电解液流入左端隔板上的氢碱液进口2-11-1和右端隔板上的氢碱液进口2-11-2。经氢分离器3分离出的氢气经氢气冷凝器11排出系统。
阳极侧电解液流出左端隔板上的氧碱液出口2-12-1和右端隔板上的氧碱液出口2-12-2通过第一氧碱液出口管线14-1、第二氧碱液出口管线14-2进入氧分离器2。分离出氧气的电解液依次经过氧碱液循环泵4、氧碱液过滤器6、氧碱液冷却器8以及第一氧碱液进口管道16-1、第二氧碱液进口管道16-2进入电解槽1的阳极侧，电解液流入左端隔板上的氧碱液进口2-10-1和右端隔板上的氧碱液进口2-10-2，经氧分离器2分离出的氧气经所述的氧气冷凝器12的出气口排出此系统。
本装置的工作过程如下：
原料水与辅料氢氧化钾等由辅助装置17配制成电解液并充入此系统；供电装置19将直流电(或交流电经变压、整流得到的直流电)经正极输电排21送至电解槽与焊接在中间隔板2-8上的正输电端2-16连接；负极22、20分两路分别与焊接在左端隔板2-4上的2-17-1第一负输电端以及焊接在右端隔板上的第二负输电端2-17-2连接。
电解液在直流电流的作用下，电解液在正、负电极发生的电解过程中在负电极生成氢气，在正电极生成氧气。生成的氢气随电解液经第一氢碱液出口管线15-1、第二氢碱液出口管线15-2进入第一循环管线依次经氢分离器3、氢碱液循环泵5加压、氢碱液过滤器7除去机械杂质、经氢碱液冷却器9冷却后的电解液由第一氢碱液进口管线13-1、第二氢碱液进口管线13-2送入电解槽1。生成的氧气随电解液经第一氧碱液出口管线14-1、第二氧碱液出口管线14-2进入第二循环管线，依次经氧分离器2、氧碱液循环泵4加压、氧碱液过滤器6除去机械杂质、经氧碱液冷却器8冷却后的电解液由第一氧碱液进口管线16-1、第二氧碱液进口管线16-2送入电解槽1。
产生的氢气和氧气分别由氢分离器3和氧分离器2出口经氢气冷凝器11和氧气冷凝器12除去水蒸气并降温后作为产品送出装置。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碱性水电解制氢系统，包括电解槽(1)，所述的电解槽包括左右平行间隔设置的左端板(2-1)和右端板(2-2)，所述的左端板和右端板之间通过多根对拉螺栓固定相连，其特征在于：在所述的左端板和右端板之间且从左至右依次安装有左端隔板(2-4)、由叠合设置的若干隔板单元组成的左隔板单元(2-6)、中间隔板(2-8)、由叠合设置的若干隔板单元组成的右隔板单元(2-7)以及右端隔板(2-5)，所述的中间隔板为框型结构，焊接在中间隔板上的正输电端(2-16)与电源正极连接；焊接在左端隔板上的第一负输电端以及焊接在右端隔板上的第二负输电端分别与电源负极连接；
每个隔板单元包括隔板框(3-1)，在所述的隔板框内焊接有隔板芯(3-2)；所述的隔板芯(3-2)包括波纹板结构；所述的隔板单元、中间隔板、左端隔板、右端隔板和左端板和右端板为矩形；
在左右相邻的两个隔板单元中的左侧的隔板单元和右侧的隔板单元之间夹紧设置有隔膜电极组件，所述的隔膜电极组件由左右依次压紧设置的阴极(4-4)、隔膜(4-5)和阳极(4-6)组成，隔膜电极组件把两个隔板单元之间的空间分为彼此独立的两个腔室，其中设置有阴极的腔室是氢电解室(4-7)，设置有阳极的腔室是氧电解室(4-8)；
在所述的左端隔板(2-4)以及右端隔板(2-5)的下部的前后两侧均分别开有氧碱液进口、氢碱液进口，在所述的左端隔板以及右端隔板的上部的前后两侧均分别开有氢碱液出口和氧碱液出口，在所述的中间隔板(2-8)、左隔板单元(2-6)处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的前后边框的下部分别开有氢碱液导液通道(3-3)、氧碱液导液通道(3-5)，在所述的中间隔板、左隔板单元处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的下横框的前后两侧分别开有氢碱液进液通道(3-4)、氧碱液进液通道(3-6)，在所述的中间隔板(2-8)、左隔板单元(2-6)处的全部隔板框和右隔板单元的全部隔板框的上横框的前后两侧分别开有氧碱液出液通道(3-8)、氢碱液出液通道(3-7)；其中左隔板单元处以及中间隔板上的氢碱液导液通道彼此相通；氧碱液导液通道彼此相通，氢碱液进液通道彼此连通、氧碱液进液通道彼此连通；
右隔板单元处以及中间隔板上的氢碱液导液通道彼此相通、氢碱液进液通道彼此相通、氧碱液导液通道彼此连通、氧碱液进液通道彼此连通；
在中间隔板上的氢碱液导液通道、氢碱液进液通道、氧碱液导液通道和氧碱液进液通道均为与中间隔板的各个对应位置处的边框的内缘连通的开孔；氢碱液导液罩(5-1)和氧碱液导液罩(5-2)分别焊接在中间隔板的框体内，在中间隔板上的氢碱液导液通道和氢碱液进液通道与所述的氢碱液导液罩连通；氧碱液导液通道和氧碱液进液通道与氧碱液导液罩联通；
每个隔板单元上的氢碱液进液通道和氢碱液出液通道分别通过开在隔板框上的通液槽与阴极室连通并且氧碱液进液通道和氧碱液出液通道分别通过开在隔板框上的通液槽与阳极室连通；
开在所述的左端隔板以及右端隔板上的氧碱液进口、氢碱液进口的一侧分别与最近的一个隔板单元上的氧碱液导液通道、氢碱液导液通道连通并且另一侧分别与氧碱液进液管道、氢碱液进液管道的一端连接，所述的左端隔板以及右端隔板上的氧碱液出口和氢碱液出口的一侧分别与最近的一个隔板单元上的氧碱液出口通道、氢碱液出口通道连通，每个所述的氧碱液出口和每个氢碱液出口的另一侧分别与氧碱液出口管线、氢碱液出口管线的一端连通；
两条所述的氢碱液出口管线的另一端通过第一循环管线依次与氢分离器(3)、氢碱液循环泵(5)、氢碱液过滤器(7)、氢碱液冷却器(9)以及两条氢碱液进口管道连接，氢分离器的出气口与氢气冷凝器(11)相连；两条所述的氧碱液出口管线的另一端通过第二循环管线依次与氧分离器(2)、氧碱液循环泵(4)、氧碱液过滤器(6)、氧碱液冷却器(8)以及两条氧碱液进口管道连接，所述的氧分离器的出气口与氧气冷凝器(12)相连，所述的氢分离器的底部与氧分离器的底部通过管线联通并与辅助装置相连。
2.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：所述的波纹板结构为单面波纹板结构，所述的隔板单元、中间隔板、左端隔板、右端隔板和左端板和右端板为长方形。
3.根据权利要求2所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：所述的单面波纹板结构的波纹的相邻波峰距离为8～30mm，波纹的峰谷高差均为8～30mm。
4.根据权利要求3所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：当单面波纹板结构的波峰采用在竖向平面上的正投影为连续的折线形状，单面波纹板结构的参数设置为：波峰与平板竖向纵轴形成的倾斜角度α1为0＜α1≤45°，沿平板竖向纵轴方向形成的波峰或波谷的内角α2＞90度，沿平板厚度方向形成的波峰或波谷的内角α3在45°～135°。
5.根据权利要求3所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：当单面波纹板结构的波峰采用在竖向平面上的正投影为连续的直线形状，沿平板厚度方向形成的波峰或波谷的内角α4为45°～135°。
6.根据权利要求4所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：在隔板芯的横截面方向上，左右叠合设置的两个隔板芯上的单面波纹板结构的波纹相互反向倾斜，使得两个单面波纹板结构的波峰彼此相对且交叉形成立体网状结构。
7.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：所述的隔板芯还包括平板(9-3)，所述的波纹板结构包括左侧波纹板结构(9-1)和右侧波纹板结构(9-2)，在所述平板的左右侧壁上分别固定有左侧波纹板结构(9-1)、右侧波纹板结构(9-2)，所述的隔板单元、中间隔板、左端隔板、右端隔板和左端板和右端板为长方形。
8.根据权利要求7所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：所述的左侧波纹板结构、右侧波纹板结构的波峰与平板竖向纵轴之间的夹角为0＜α5≤45°；沿平板厚度方向形成的波峰或波谷的内角为45°～135°；波纹的相邻波峰距离为8～20mm；波纹的峰谷高差为3～15mm。
9.根据权利要求2或者7所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：所述的单面波纹板结构以及平板、左侧波纹板结构和右侧波纹板结构采用碳钢镀镍板、镍板，当采用碳钢镀镍材料时，镀层厚度40-120μm，若左侧波纹板结构和右侧波纹板结构采用金属网压成波纹型结构，所述的金属网为4～30目，编织所述的金属网的丝径为1～0.2mm。
10.根据权利要求1-8之一所述的碱性水电解制氢系统，其特征在于：在位于氢碱液循环泵和氧碱液循环泵进口处的第一循环管线和第二循环管线之间、氢碱液循环泵和氧碱液循环泵出口处的第一循环管线和第二循环管线之间、氢碱液冷却器和氧碱液冷却器进口处的第一循环管线和第二循环管线之间以及氢碱液冷却器和氧碱液冷却器出口处的第一循环管线和第二循环管线之间分别连接有一条安装有阀门的备用管线；
在中间隔板底部设置有支撑托架，在左隔板单元和右隔板单元处分别设置有若干支撑隔板；在所有隔板单元之间以及隔板单元与右端隔板、中间隔板、左端隔板之间都安装有密封垫片；所述的中间隔板厚度在60～150mm；隔板框长度为1.5-6m，宽度为1-4.5m，厚度为10-30mm；隔板芯长为1.4～5.5m，宽度为0.9～4m；单面波纹板结构、平板、左侧波纹板结构以及右侧波纹板结构的板材厚度为0.3～2mm。
CN202210277921.7A 2022-03-21 2022-03-21 一种碱性水电解制氢系统 Pending CN114540835A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210277921.7A CN114540835A (zh) 2022-03-21 2022-03-21 一种碱性水电解制氢系统
PCT/CN2023/076335 WO2023179253A1 (zh) 2022-03-21 2023-02-16 一种碱性水电解制氢系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210277921.7A CN114540835A (zh) 2022-03-21 2022-03-21 一种碱性水电解制氢系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114540835A true CN114540835A (zh) 2022-05-27

Family

ID=81666312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210277921.7A Pending CN114540835A (zh) 2022-03-21 2022-03-21 一种碱性水电解制氢系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114540835A (zh)
WO (1) WO2023179253A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023179253A1 (zh) * 2022-03-21 2023-09-28 王秉泮 一种碱性水电解制氢系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6544681B2 (en) * 2000-12-26 2003-04-08 Ballard Power Systems, Inc. Corrugated flow field plate assembly for a fuel cell
JP2004115860A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Fuji Electric Holdings Co Ltd 水電解装置
CN100999824A (zh) * 2006-01-13 2007-07-18 高原 一种压力型水电解槽
EP2141264B1 (de) * 2008-07-04 2011-08-31 H-TEC Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH Vorrichtung zum Erzeugen eines Sauerstoff-/Wasserstoffgemisches
JP5492460B2 (ja) * 2009-06-03 2014-05-14 高砂熱学工業株式会社 可逆セルの運転方法
JP6404685B2 (ja) * 2014-11-14 2018-10-10 旭化成株式会社 複極式アルカリ水電解セル、及び電解槽
CN106119885B (zh) * 2016-07-26 2018-03-20 扬州中电制氢设备有限公司 一种碱溶液电解制氢装置及制氢方法
JP2018028134A (ja) * 2016-08-18 2018-02-22 株式会社日立製作所 水電解セル及び水電解装置
DE102021202214A1 (de) * 2020-03-10 2021-09-16 Reinz-Dichtungs-Gmbh Separatorplatte mit periodischen Oberflächenstrukturen im Nanometer- bis Mikrometerbereich
WO2022006640A1 (en) * 2020-07-10 2022-01-13 Fortescue Future Industries Pty Ltd Electrolysis cell and method of use
CN114540835A (zh) * 2022-03-21 2022-05-27 王秉泮 一种碱性水电解制氢系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023179253A1 (zh) * 2022-03-21 2023-09-28 王秉泮 一种碱性水电解制氢系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023179253A1 (zh) 2023-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110129818B (zh) 质子交换膜水电解槽
CN213804006U (zh) 一种具有新型通道布置方式的水电解槽
CN201330282Y (zh) 一种中温制氟电解槽
WO2023179253A1 (zh) 一种碱性水电解制氢系统
CN108796539B (zh) 电解槽用电极密封框
CN111733428B (zh) 一种用于电解水制气的电解单元、电解水制气装置及其应用与电解水制气工艺
CN101451245B (zh) 复极式自然循环离子膜电解单元槽
WO2016169330A1 (zh) 一种复极盐水电解装置
CN218710883U (zh) 一种碱性水电解制氢系统
CN104911625A (zh) 一种节能高压力水电解制氢电解槽
CN200992578Y (zh) 10kA碳钢中温制氟电解槽
CN220099216U (zh) 一种aem电解水制氢一体化集成设备
CN215887249U (zh) 家用制氢设备电解系统封装
CN210736910U (zh) 离子膜电解槽
CN218989416U (zh) 一种无框隔板的电解槽及电极组件
CN113699546A (zh) 一种电解装置的中间冷却装置
CN203625503U (zh) 电解铜箔缓流分液装置
CN218089821U (zh) 一种汇流型水流纹电解槽极板及电解水制氢单元
CN220887707U (zh) 一种电解水制氢电解槽模块及电解槽模组
CN212610922U (zh) 一种次氯酸钠发生器用板网式电解槽
CN216614874U (zh) 一种电解装置的中间冷却装置
CN216738566U (zh) 一种用于水电解制氢的电解设备
CN214486410U (zh) 一种用于生产氨基葡萄糖硫酸盐的电渗析装置
CN219653141U (zh) 一种碱性电解水制氢设备
CN220643279U (zh) 模块化可拆卸式aem水电解制氢装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination