CN115449819B - 一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体是一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置，包括电解机箱，所述电解机箱外接有蒸汽发生设备，所述蒸汽发生设备的输出端通过蒸汽输出管与电解机箱相连接；所述电解机箱的内腔设置有蒸汽输出件，蒸汽输出件与蒸汽输出管相对接，所述蒸汽输出件的两侧分别设置有反应电极，所述反应电极的侧沿再分别设置有热交换吸热件，所述热交换吸热件的输出端再连接吸热液周转组件。本发明在现有技术中水蒸气电解的基础上，优化提高蒸汽发生效果以及对电解产生的余热进行回收利用。

Description

一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体是一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置。

背景技术

电解水制氢绿色环保、生产灵活、纯度高，若配合可再生能源发电、弃电大规模利用，成本可以显著下降，具有极高的商业化潜力，是最有前景的氢能源制取方法。电解水制氢中，目前最为成熟的技术路线是碱性电解水技术。其主体作业方式为，在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，同时电解水制备氢气的操作相对简单，技术比较成熟，环保无污染，是大量制备氢气的重要技术。

但是对于效率能耗而言则存在一定的缺陷，现有的制氢装置缺少蒸汽发生装置，直接对液态的电解液进行电解，制氢效率较为低下，并且缺少对作业产生的余热进行有效的利用，造成热能的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置，包括电解机箱，

所述电解机箱外接有蒸汽发生设备，所述蒸汽发生设备的输出端通过蒸汽输出管与电解机箱相连接；

所述电解机箱的内腔设置有蒸汽输出件，蒸汽输出件与蒸汽输出管相对接，所述蒸汽输出件的两侧分别设置有反应电极，所述反应电极的侧沿再分别设置有热交换吸热件，所述热交换吸热件的输出端再连接吸热液周转组件；

所述吸热液周转组件外接热能周转箱，所述热能周转箱内置有取热箱件，所述取热箱件外接周转管件。

作为本发明进一步的方案：所述蒸汽发生设备包括蒸汽机筒、设置于蒸汽机筒内的蒸汽发生腔、以及外接于蒸汽机筒上的通水管，所述通水管通入至蒸汽发生腔内并且连接有蒸汽发生管，所述蒸汽发生管的输出端外接通气件，所述通气件与蒸汽输出管相对接。

作为本发明进一步的方案：所述蒸汽机筒上还设置有供热器，供热器于蒸汽发生腔内设置有供热管道，所述蒸汽发生管与供热管道呈贴合式交错排布，所述蒸汽机筒外接第一抽真空器件。

作为本发明进一步的方案：所述蒸汽输出件包括架设于电解机箱内腔的蒸汽输出主管，所述蒸汽输出主管的外围设置有若干蒸汽输出排孔。

作为本发明进一步的方案：所述反应电极包括支撑支架，安装于支撑支架上的通电设备，所述支撑支架上设置有电极片，所述电极片上设置有若干放电头，所述电极片设置与蒸汽输出排孔的侧沿。

作为本发明进一步的方案：所述热交换吸热件包括安装于电解机箱内腔的内置支架、以及通过装载座安装于内置支架上的螺旋导管，所述内置支架上还设置有支撑杆，所述支撑杆贯穿于螺旋导管内并且朝向螺旋导管的外围设置有支撑斜杆，所述支撑斜杆用以支撑起螺旋导管。

作为本发明进一步的方案：所述吸热液周转组件包括周转机泵，所述周转机泵的通过循环机筒与螺旋导管相对接，所述周转机泵还分别连接有吸热液通入管和吸热液输出管，所述循环机筒外接第二抽真空器件。

作为本发明进一步的方案：所述吸热液输出管通入至取热箱件中，所述周转管件包括若干贯穿于取热箱件内的二级吸热管，所述二级吸热管外接聚流箱，所述聚流箱外接导出管道。

作为本发明再进一步的方案：所述取热箱件内置有导流通道，以及与导流通道内环境相对接的增压器，所述导流通道与吸热液输出管相对接，所述导流通道包括主线通道，以及设置于主线通道上的若干环形支槽，所述环形支槽与主线通道相连接并且二级吸热管内穿并且贴合于环形支槽的内空间，所述主线通道与环形支槽的交叉区域均设置有挡流凸起。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是基于现有技术中水蒸气电解的基础上，致力于提高蒸汽发生效果以及对电解产生的余热进行回收利用。利用蒸汽发生设备进行水液汽化处理，转变为水蒸气状态，再通过通过蒸汽输出管通入于电解机箱内的蒸汽输出件中，由于水电解反应本身为大幅度的放热反应，故而在电解机箱内会持续保持高温状态，进而水蒸气也持续保持为水汽状态；反应电极分别设置于蒸汽输出件的两侧，在水蒸汽输出后立刻于反应电极相接触，从而进行电解处理；反应电极的侧沿再分别设置有热交换吸热件内通入一级吸热液，一级吸热液采用高比热容液体故而能够吸收大量的热量，一方面避免电解机箱的温度过高，另一方面利于带走并利用余热，一级吸热液通过吸热液周转组件输入至能周转箱内，周转管件内设置有二级吸热液，上述一级吸热液于二级吸热液在取热箱件中再产生热交换，从而将温度转化至二级吸热液中通出，用于其他相关化工作业。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，以示出符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。同时，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

图1为本发明实施例提供的宽输入功率的碱性电解水制氢装置的整体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的蒸汽发生设备的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的电解机箱的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的热交换吸热件的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的热能周转箱的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的取热箱件的剖面结构示意图。

图中：11、电解机箱；12、蒸汽发生设备；13、蒸汽输出管；14、蒸汽输出件；15、反应电极；16、热交换吸热件；17、吸热液周转组件；18、热能周转箱；19、取热箱件；10、周转管件；21、蒸汽机筒；22、蒸汽发生腔；23、通水管；24、蒸汽发生管；25、通气件；26、供热器；27、供热管道；28、第一抽真空器件；31、蒸汽输出主管；32、蒸汽输出排孔；41、通电设备；42、支撑支架；43、电极片；44、放电头；51、内置支架；52、装载座；53、支撑杆；54、支撑斜杆；55、螺旋导管；61、周转机泵；62、循环机筒；63、吸热液通入管；64、吸热液输出管；65、第二抽真空器件；71、二级吸热管；72、聚流箱；73、导出管道；82、增压器；83、导流通道；84、主线通道；85、环形支槽；86、挡流凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或同种要素。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

在一个实施例中；

请参阅图1，提供了一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置，包括电解机箱11，

所述电解机箱11外接有蒸汽发生设备12，所述蒸汽发生设备12的输出端通过蒸汽输出管13与电解机箱11相连接；

所述电解机箱11的内腔设置有蒸汽输出件14，蒸汽输出件14与蒸汽输出管13相对接，所述蒸汽输出件14的两侧分别设置有反应电极15，所述反应电极15的侧沿再分别设置有热交换吸热件16，所述热交换吸热件16的输出端再连接吸热液周转组件17；

所述吸热液周转组件17外接热能周转箱18，所述热能周转箱18内置有取热箱件19，所述取热箱件19外接周转管件10。

本实施例是基于现有技术中水蒸气电解的基础上，致力于提高蒸汽发生效果以及对电解产生的余热进行回收利用。作业时，利用蒸汽发生设备12进行水液汽化处理，转变为水蒸气状态，再通过通过蒸汽输出管13通入于电解机箱11内的蒸汽输出件14中，由于水电解反应本身为大幅度的放热反应，故而在电解机箱11内会持续保持高温状态，进而水蒸气也持续保持为水汽状态；反应电极15分别设置于蒸汽输出件14的两侧，在水蒸汽输出后立刻于反应电极15相接触，从而进行电解处理；反应电极15的侧沿再分别设置有热交换吸热件16内通入一级吸热液，一级吸热液采用高比热容液体故而能够吸收大量的热量，一方面避免电解机箱11的温度过高，另一方面利于带走并利用余热，一级吸热液通过吸热液周转组件17输入至热能周转箱18内，周转管件10内设置有二级吸热液，上述一级吸热液于二级吸热液在取热箱件19中再产生热交换，从而将温度转化至二级吸热液中通出，用于其他相关化工作业。

在一个实施例中；

基于上述实施例，请参阅图2，对于蒸汽发生设备12的具体实施结构，本实施例设计如下：

所述蒸汽发生设备12包括蒸汽机筒21、设置于蒸汽机筒21内的蒸汽发生腔22、以及外接于蒸汽机筒21上的通水管23，所述通水管23通入至蒸汽发生腔22内并且连接有蒸汽发生管24，所述蒸汽发生管24的输出端外接通气件25，所述通气件25与蒸汽输出管13相对接。

所述蒸汽机筒21上还设置有供热器26，供热器26于蒸汽发生腔22内设置有供热管道27，所述蒸汽发生管24与供热管道27呈贴合式交错排布，所述蒸汽机筒21外接第一抽真空器件28。

作业时，待电解的水液从通水管23通入至蒸汽发生管24，蒸汽发生管24位于蒸汽发生腔22内，并且启动第一抽真空器件28，第一抽真空器件28作抽真空处理，使得蒸汽发生腔22内形成低压环境，在低压环境下，水液的汽化点会大幅度降低，使得蒸汽发生管24内的水液都存在汽化趋势，再通过供热器26供给热能，使得蒸汽发生管24内的水液吸热，从而均汽化为水蒸气，用以后续的电解制氢作业。

优选的，所述蒸汽发生管24呈S型排布。蒸汽发生管24与供热管道27呈贴合式交错设计，从而提高蒸汽发生管24的吸热面积，提高汽化效果。

在一个实施例中；

基于上述实施例，请参阅图3，对于水蒸气进入至电解机箱11内腔的输出结构，本实施例设计如下：

所述蒸汽输出件14包括架设于电解机箱11内腔的蒸汽输出主管31，所述蒸汽输出主管31的外围设置有若干蒸汽输出排孔32；通气件25作增压处理，使得水蒸气能够快速注入至蒸汽输出主管31中，由于电解机箱11内发生的碱性电解水制氢作业，本身为放热反应会产生大量的热能，从使得电解机箱11内保持高温环境，这样保持电解时的水汽状态。

所述反应电极15包括支撑支架42，安装于支撑支架42上的通电设备41，所述支撑支架42上设置有电极片43，所述电极片43上设置有若干放电头44，所述电极片43设置与蒸汽输出排孔32的侧沿。电极片43的放电头44位于蒸汽输出排孔32的侧沿，在水汽被输出后，与放电头44进行接触，从而进行水电解作业。

在一个实施例中；

基于上述实施例，请参阅图4，对于热交换吸热件16的具体实施结构，本实施例设计如下：

所述热交换吸热件16包括安装于电解机箱11内腔的内置支架51、以及通过装载座52安装于内置支架51上的螺旋导管55，所述内置支架51上还设置有支撑杆53，所述支撑杆53贯穿于螺旋导管55内并且朝向螺旋导管55的外围设置有支撑斜杆54，所述支撑斜杆54用以支撑起螺旋导管55。

本实施例设计螺旋导管55为一级吸热液的注入工具，一级吸热液充盈于螺旋导管55，螺旋导管55呈螺旋式被支撑于内置支架51上，从而扩大螺旋导管55与电解机箱11内空间的接触区域，提高吸热效果。

所述吸热液周转组件17包括周转机泵61，所述周转机泵61的通过循环机筒62与螺旋导管55相对接，所述周转机泵61还分别连接有吸热液通入管63和吸热液输出管64，所述循环机筒62外接第二抽真空器件65。

本实施例设计螺旋导管55上分别设置有注入口和排出口，循环机筒62形成周转媒介，一级吸热液通过吸热液通入管63注入，再通过循环机筒62的内导管进入至螺旋导管55内，而螺旋导管55的排出口再与循环机筒62的另一内导管相对接，从而将吸热后的一级吸热液导出于吸热液输出管64中，从而形成一级吸热液持续通入吸热的作业方式。

并且本实施例设计循环机筒62外接第二抽真空器件65，使得循环机筒62以及螺旋导管55的内腔也形成低压环境，使得一级吸热液的汽化点大幅度降低，这样存在吸热趋势，能够有效的吸收电解机箱11内反应产生的人热能，并且使得一级吸热液以汽化状态排出。

在一个实施例中；

基于上述实施例，请参阅图5，对于热能周转箱18的具体实施结构，本实施例设计如下：

所述吸热液输出管64通入至取热箱件19中，所述周转管件10包括若干贯穿于取热箱件19内的二级吸热管71，所述二级吸热管71外接聚流箱72，所述聚流箱72外接导出管道73；吸热液输出管64将一级吸热液通入至取热箱件19中，周转管件10包括多个二级吸热管71，二级吸热液的流量体积必须大于或者远大于一级吸热液的流量体积，专业利于热量的分散化，从而以较为彻底的方式取出一级吸热液中的热能，用于其他相关化工处理，达到热量回收利用的效果。

对于取热箱件19的取热实施方式，请参阅图6，本实施例设计如下：

所述取热箱件19内置有导流通道83，以及与导流通道83内环境相对接的增压器82，所述导流通道83与吸热液输出管64相对接，所述导流通道83包括主线通道84，以及设置于主线通道84上的若干环形支槽85，所述环形支槽85与主线通道84相连接并且二级吸热管71内穿并且贴合于环形支槽85的内空间，所述主线通道84与环形支槽85的交叉区域均设置有挡流凸起86。

本实施例利用增压器82将导流通道83形成常压或者高压环境，一级吸热液以汽化状态排出至导流通道83中，进入至常压或者高压环境中，汽化点升高，从而存在液化趋势，转换为液体状态，进而释放大量的热量；二级吸热管71内的二级吸热液吸收释放的热能，从而达到“取热”的效果。

并且本实施例还对主线通道84的结构造型作出设计，一级吸热液的气流于挡流凸起86区域受到阻挡，形成分流，其一部分汽化液体进入至环形支槽85中，而另一部分汽化液体绕过挡流凸起86还沿着主线通道84而运动，但是环形支槽85的另一端还是与主线通道84相连接，从而进行入至环形支槽85的汽化液体还是会导入至主线通道84中并且与主线通道84内通入的汽化液体产生撞击，起到阻挡的趋势，降低汽化液体的流动速度，在主线通道84的流动路径中设置有多组的环形支槽85，这样延长整体汽化液体在主线通道84内的流动时间，充分给予二级吸热管71内的的二级吸热液吸收热能的时间；

并且汽化液体产生撞击的过程中，分子间间距缩小，分子结合的概率增大，进而利于该一级吸热液以汽化状态转换为液体状态，提高分子结合液化的速率，这样也使得一级吸热液的放热速率更快，进一步提高“取热”的效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种宽输入功率的碱性电解水制氢装置，包括电解机箱， 其特征在于，

所述电解机箱外接有蒸汽发生设备，所述蒸汽发生设备的输出端通过蒸汽输出管与电解机箱相连接；

所述电解机箱的内腔设置有蒸汽输出件，蒸汽输出件与蒸汽输出管相对接，所述蒸汽输出件的两侧分别设置有反应电极，所述反应电极的侧沿再分别设置有热交换吸热件，所述热交换吸热件的输出端再连接吸热液周转组件；

所述吸热液周转组件外接热能周转箱，所述热能周转箱内置有取热箱件，所述取热箱件外接周转管件；

所述蒸汽输出件包括架设于电解机箱内腔的蒸汽输出主管，所述蒸汽输出主管的外围设置有若干蒸汽输出排孔；

所述反应电极包括支撑支架，安装于支撑支架上的通电设备，所述支撑支架上设置有电极片，所述电极片上设置有若干放电头，所述电极片设置与蒸汽输出排孔的侧沿；

所述热交换吸热件包括安装于电解机箱内腔的内置支架、以及通过装载座安装于内置支架上的螺旋导管，所述内置支架上还设置有支撑杆，所述支撑杆贯穿于螺旋导管内并且朝向螺旋导管的外围设置有支撑斜杆，所述支撑斜杆用以支撑起螺旋导管；

所述吸热液周转组件包括周转机泵，所述周转机泵的通过循环机筒与螺旋导管相对接，所述周转机泵还分别连接有吸热液通入管和吸热液输出管，所述循环机筒外接第二抽真空器件；

所述吸热液输出管通入至取热箱件中，所述周转管件包括若干贯穿于取热箱件内的二级吸热管，所述二级吸热管外接聚流箱，所述聚流箱外接导出管道；

所述取热箱件内置有导流通道，以及与导流通道内环境相对接的增压器，所述导流通道与吸热液输出管相对接，所述导流通道包括主线通道，以及设置于主线通道上的若干环形支槽，所述环形支槽与主线通道相连接并且二级吸热管内穿并且贴合于环形支槽的内空间，所述主线通道与环形支槽的交叉区域均设置有挡流凸起。

2.根据权利要求1所述的宽输入功率的碱性电解水制氢装置，其特征在于，所述蒸汽发生设备包括蒸汽机筒、设置于蒸汽机筒内的蒸汽发生腔、以及外接于蒸汽机筒上的通水管，所述通水管通入至蒸汽发生腔内并且连接有蒸汽发生管，所述蒸汽发生管的输出端外接通气件，所述通气件与蒸汽输出管相对接。

3.根据权利要求2所述的宽输入功率的碱性电解水制氢装置，其特征在于，所述蒸汽机筒上还设置有供热器，供热器于蒸汽发生腔内设置有供热管道，所述蒸汽发生管与供热管道呈贴合式交错排布，所述蒸汽机筒外接第一抽真空器件。