CN115584510A - 一种电解碱性水制氢的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电解碱性水制氢的新工艺，包括制氢系统，制氢系统包括氢气制备系统、气液分离系统、加水补碱系统、供配电及控制系统；氢气制备系统与气液分离系统连接，气液分离系统与加水补碱系统连接；阳极液气液分离器的液体出口设置有阳极液循环槽，阳极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阳极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阳极液过滤器和阳极液冷却器，阴极液气液分离器的液体出口设置有阴极液循环槽，阴极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阴极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阴极液过滤器和阴极液冷却器；本发明制氢系统自动化程度高，安全性能好，现场可实现无人值守，远程操控；因采用常压操作，适应利用再生能源制氢。

Description

一种电解碱性水制氢的新工艺
技术领域
本发明属于制氢技术领域，具体为一种电解碱性水制氢的新工艺。
背景技术
水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节，贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制提氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。
现有技术中，装置存在着置体积大，质量重、不方便操作，安全性能比较低，以及电解槽在现场组装，生产过程中维修拆装不方便，还有对供电负荷的变化适应能力不强等问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述背景技术的问题，而提出一种电解碱性水制氢的新工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电解碱性水制氢的新工艺，包括制氢系统，制氢系统包括氢气制备系统、气液分离系统、加水补碱系统、供配电及控制系统；氢气制备系统与气液分离系统连接，气液分离系统与加水补碱系统连接，供配电及控制系统分别与氢气制备系统、气液分离系统、加水补碱系统电线连接；
氢气制备系统包括电解槽，电解槽内的水在电流的作用下，分解成氢气和氧气；
气液分离系统包括氢、氧分离器，碱液过滤器，碱液冷却器，氢氧冷却器；氢气制备系统的电解槽分别与氢、氧分离器连接；
阳极液气液分离器的气体出口设置有氧气冷却器，并通过氧气冷却将氧气输送至用户，阴极液气液分离器的气体出口设置有氢气冷却器，并通过氢气冷却器将氢气输送至用户；
阳极液气液分离器的液体出口设置有阳极液循环槽，阳极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阳极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阳极液过滤器和阳极液冷却器，阴极液气液分离器的液体出口设置有阴极液循环槽，阴极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阴极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阴极液过滤器和阴极液冷却器；
加水补碱系统包括补水泵、配碱泵、原料水箱、碱液箱，碱液箱通过配碱泵分别与阳极液循环槽和阴极液循环槽连接，原料水箱通过补水泵与电解槽连接。
作为本发明进一步的方案：气液分离系统的工作过程如下：
氢气制备装置输送过来的氢气、氧气、KOH溶液在氢、氧分离器内进行分离，分离后的氢气、氧气经冷却器冷却、捕滴器捕滴后自动放空处理；
分离后的碱液进入循环槽在泵的作用下重新返回电解槽进行电解；
电解过程中部分电能会转化成热能使电解槽的温度不断升高，通过调节碱液冷却器的冷却水流量，控制电解槽出口碱液温度。
作为本发明进一步的方案：加水补碱系统的工作过程如下：
配制碱液时，开启配碱泵，碱液箱内的水开始在泵的作用下循环，逐渐将固体KOH或浓碱加入到碱液箱中，直到碱液比重达到设定的数值为止，KOH溶液的浓度控制在25％-35％，则氢氧化钾溶液配好；
配好的碱液注入制氢系统时仍然需要使用配碱泵；随着系统的运行，制氢系统内的纯水不断消耗，需要随时补充系统内的纯水，此动作靠补水泵来实现；补水泵的出口压力大于系统的运行压力，在制氢系统正常运行的情况下将水补充到制氢系统中。
作为本发明进一步的方案：电解槽包括电槽组；
电槽组包括阳极端框电解槽、中框电解槽和阴极端框电解槽；
阳极端框电解槽与阴极端框电解槽之间并排设置有多个若干个中框电解槽，在阳极端框电解槽与中框电解槽的密封面之间、中框电解槽与中框电解槽的密封面之间、中框电解槽与阴极端框电解槽的密封面之间设置有两块密封垫片，两块密封垫片之间设置有一张透离子膜，在阳极端框电解槽远离中框电解槽的一侧设置有固定框，在阴极端框电解槽远离中框电解槽的一侧设置有固定框，阳极端框电解槽与固定框之间、阴极端框电解槽与固定框之间设置有绝缘板，两个固定框之间通过锁槽螺杆进行连接；
阳极端框电槽和阴极端框电槽通过多根电缆与直流电源连接形成回路；
进料总管和出料总管通过软管和每一个单元电槽的阴阳极接管连接。
作为本发明进一步的方案：电解槽采用压滤机式的油缸压力锁槽方式进行组装，其包括油缸、前固定座、活动座、后固定座和侧杆；
前固定座、后固定座和侧杆围成矩形框架结构，在前固定座的一侧设置有油缸，油缸的输出端与活动座连接，阳极端框电解槽设置在活动座上，阴极端框电解槽设置在后固定座上。
作为本发明进一步的方案：电解槽采用压滤机式的油缸压力锁槽方式进行组装还包括，在前固定座、后固定座之间设置有中间座，前固定座、中间座的前后两侧、后固定座、中间座的前后两侧分别都设置有侧杆；
前固定座和后固定座的一侧分别设置有油缸，油缸的输出端与活动座连接，阳极端框电解槽设置在活动座上，中间座的两侧分别设置有阴极端框电解槽。
作为本发明进一步的方案：电解槽为复极式电解槽，由一个阳极端框电解槽、若干个中框电解槽和一个阴极端框电解槽组成一组电解槽；中框电解槽由框架、阳极部分和阴极部分组成。
作为本发明进一步的方案：框架由根截面为矩形的钢材或矩形管通过焊接或螺栓连接组成。
作为本发明进一步的方案：阳极部分由阳极盘、阳极筋板、阳极电极组成，除阳极电极外，材料均选用纯镍材质或s不锈钢。
作为本发明进一步的方案：阴极部分包括阴极盘、阴极弹性体结构、阴极电极；阴极盘为纯镍或310S不锈钢材质，阴极弹性体结构为阴极筋板加阴极底网和弹性层组成，或为直接使用薄镍板制作的弹性体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的电解碱性水制氢的新工艺为一种面积为0.66-3.5m2的膜极电解槽用于电解碱性水，大大降低氢气的电耗，使得整个碱性水制氢的成本大幅度下降，提高单套装置的产氢量；采用复极槽膜极距技术，运行电流密度高，范围广(1000-12000A/m2)；电槽运行压力为5-50kPa，利于电槽和膜片的寿命的长久保持；电槽结构紧凑，占地小，组装方便快捷；自动化程度高，升降电流速度快，压力稳定，可随时监控电解槽每个单元槽的电流及电压；单台装置产能高，可达10MW的制氢产能；制氢系统自动化程度高，安全性能好，现场可实现无人值守，远程操控；因采用常压操作，适应利用再生能源制氢；
本发明的装置产能的优势，单台电槽制氢产能可达5MW～10MW,整台装置体积小，质量轻；
电解槽采用低压运行(一般在500mm水柱左右)，方便操作，安全性能高；
电解槽电极性能先进，电槽为膜极距结构，设计运行电流密度为12KA/m2，以目前透离子膜的性能，正常运行电流密度可大于8kA/m2，运行槽电压低，产氢电耗低于行业水平，单位用电量约4.3度/Nm3氢气；
电解槽现场组装，生产过程中维修拆装方便，尤其是压滤机式拆装更便捷；
对供电负荷的变化适应能力强，可在负荷的10％～100％范围内稳定运行；
装置使用寿命长，可以达到30年。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的供配电及控制系统的结构示意图。
图3为本发明的中框电解槽剖面图。
图4为本发明中中框电解槽阳极的结构示意图。
图5为本发明中中框电解槽阴极的结构示意图。
图6为本发明弹性体结构的第一结构示意图。
图7为本发明弹性体结构的第二结构示意图。
图8为本发明阳极端框电解槽的结构示意图。
图9为本发明阴极端框电解槽的立体剖视图。
图10为本发明整台电解槽的结构示意图。
图11为本发明整台电解槽的侧视图。
图12为本发明整台电解槽组成形式的第一结构示意图。
图13为本发明整台电解槽组成形式的第二结构示意图。
图中：1、框架；2、阳极部分；3、阴极部分；
21、阳极盘；22、阳极筋板；23、阳极电极；
31、阴极盘；32、阴极弹性体结构；33、阴极电极；
41、密封垫片；42、透离子膜；43、绝缘板；44、锁槽螺杆；
51、油缸；52、前固定座；53、活动座；54、后固定座；55、侧杆；56、中间座。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2，本发明为一种电解碱性水制氢的新工艺，包括制氢系统，该制氢系统包括氢气制备系统、气液分离系统、加水补碱系统、供配电及控制系统；氢气制备系统与气液分离系统连接，气液分离系统与加水补碱系统连接，供配电及控制系统分别与氢气制备系统、气液分离系统、加水补碱系统电线连接；
氢气制备系统包括电解槽，电解槽内的水在电流的作用下，分解成氢气和氧气；
气液分离系统包括氢、氧分离器，碱液过滤器，碱液冷却器，氢氧冷却器；
其中，氢、氧分离器包括阳极液气液分离器和阴极液气液分离器；碱液过滤器包括阳极液过滤器和阴极液过滤器，碱液冷却器包括阳极液冷却器和阴极液冷却器，氢氧冷却器包括氢气冷却器和氧气冷却器；
氢气制备系统的电解槽分别与氢、氧分离器连接；
阳极液气液分离器的气体出口设置有氧气冷却器，并通过氧气冷却将氧气输送至用户，阴极液气液分离器的气体出口设置有氢气冷却器，并通过氢气冷却器将氢气输送至用户；
阳极液气液分离器的液体出口设置有阳极液循环槽，阳极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阳极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阳极液过滤器和阳极液冷却器，阴极液气液分离器的液体出口设置有阴极液循环槽，阴极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阴极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阴极液过滤器和阴极液冷却器；
工作时，氢、氧气体水封，氢、氧碱液循环泵等和相关仪表、阀门组成，氢气制备装置输送过来的氢气、氧气、KOH溶液在氢、氧分离器内进行分离，分离后的氢气、氧气经冷却器冷却、捕滴器捕滴后自动放空处理。分离后的碱液进入循环槽在泵的作用下重新返回电解槽进行电解。电解过程中部分电能会转化成热能使电解槽的温度不断升高，为了使碱液在电解槽内保持需要的温度，则需要通过碱液冷却器将碱液的热量带走。通过调节碱液冷却器的冷却水流量，达到控制电解槽出口碱液温度的目的；
加水补碱系统包括补水泵、配碱泵、原料水箱、碱液箱，碱液箱通过配碱泵分别与阳极液循环槽和阴极液循环槽连接，原料水箱通过补水泵与电解槽连接；
工作时，原料水箱的作用是盛装纯水。碱液箱的作用是配置碱液或盛装碱液。配制碱液时，开启配碱泵，则碱液箱内的水开始在泵的作用下循环，逐渐将固体KOH或浓碱加入到碱液箱中，直到碱液比重达到设定的数值为止，KOH溶液的浓度一般控制在25％～35％左右，则氢氧化钾溶液配好。配好的碱液注入制氢系统时仍然需要使用配碱泵，此过程称为补碱。当制氢系统停车检修时，需要将系统内的碱液返回到碱液箱中，同样需要通过相关阀门和阴阳极液循环泵的操作，此时碱液在管道中的流向与补碱时正好相反，此过程称为退碱。随着系统的运行，制氢系统内的纯水不断消耗，需要随时补充系统内的纯水，此动作靠补水泵来实现。补水泵优选柱塞泵，泵的出口压力大于系统的运行压力，可以在制氢系统正常运行的情况下将水补充到制氢系统中。
供配电及控制系统包括配电柜，程控柜和整流变压器、整流柜组成；整流变压器与整流柜将380V的三相电转换为与电解槽相匹配的电压电流，通过铜排输送给电解槽。程控柜内安装有PLC(Programmable logic Controller可编程控制器)，将预先编写好的程序写入PLC中，则PLC会按照程序要求输出信号，控制相关仪表、阀门的操作。从而实现整套设备的正常运行。
以及，对上述工艺进行控制：
配碱自动化，可根据加入浓入浓碱的是计算需加入的纯水量，并启动砂进行混合，浓度合格后可加入阳阴极循环槽；
电槽出液总管、阴阳极循环槽充氮自动化，通过自动阀控制压力自动放空，并有在线气体分析仪，符合条件后才送电开车；
电槽可进行自动充液，循环槽可自动补液，阳极极液循环槽有自动电加热，循环泵启动循环后电加热自动开启，温度达到设定温度后，自动停止；
电槽出口氢氧压力串级进行控制，随着电流的提升进行升压，初始的氢氧通过自动放空阀进行放空，在线分析合格后，可自动切换，向用户输送；
加水系统可根据阴极液浓度和电流进行自动加水，保证电解液浓度处于正常范围内；
阴阳极循环槽底部相通，并且阴阳极循环泵出口均有通向对方的管线，保证了阴阳极循环槽浓度和液位的均衡；
阳极循碱液温度自动控制，使电解槽温处于正常范围，保持隔膜处于高效率范围内；
电解槽总电压和每个单元电压在线监控。
直流电量，氢气产量在线显示，氢气电耗实时显示。
工艺本质安全：联锁系统
本电解水装置设置了工艺联锁，以下以联锁输入信号，发生异常，保证制氢装置停车并有效处理；阴阳极循环泵若其中一台异常停止，导致泵出口压力低，则另一台泵启动，压力正常后故障泵停止并报警；若压力仍无法保证则系统会停车；
阴阳极进槽电解液流量低低报警联锁，电解液流量LL超过5秒，系统停车；
整流故障无法恢复，系统停车，进入自动处理程序；
电槽出口氢氧压差超过HH值，5秒，系统停车；电槽出口氢氧内氧、氢含量超过HH值，3秒，系统停车；
电解槽总电压和每个单元电压在线监控，若异常HH、LL，超过5秒，系统停车；
电解水制氢装置停车后，系统联锁会自动处理，以下为输出信号：阴极液补水阀切断，流量为0，泵变频控制；氢氧管线至用户的阀门自动切断，氢氧系统即可可充氮置换也保压；阴阳极循环流量自动调节，保持循环，并保持一定温度。
实施例2
基于上述实施例1，请参阅图3-13所示，本发明为新型电解水制氢电解槽；该电解槽为复极式电解槽，由一个阳极端框电解槽、若干个中框电解槽和一个阴极端框电解槽组成一组电解槽；中框电解槽由框架1、阳极部分2和阴极部分3组成；
框架1由4根截面为矩形的钢材或矩形管通过焊接或螺栓连接组成，起骨架和承重作用，框架两侧装有托架；
阳极部分2由阳极盘21、阳极筋板22、阳极电极23组成，除阳极电极23外，材料均选用纯镍材质或310s不锈钢，优选耐碱腐蚀和导电性能优越的纯镍材质；
阳极电极23由纯镍板冲孔形成的扩张网作基材，基材表面制作低析氧电位的活性催化层，活性催化层为抗氧化、低析氧电位的雷尼镍、铂金、铁钴镍等，通过电沉积，火焰喷涂，化学镀等方式制作；
阴极部分3由阴极盘31、阴极弹性体结构32、阴极电极33等组成；阴极盘31为纯镍或310S不锈钢材质，优选纯镍材质，阴极弹性体结构32可以有多种，其一为阴极筋板加阴极底网和弹性层组成(见图4)，其二为直接使用薄镍板制作的弹性体(见图5)，其三其它形式。阴极电极33由镍丝编织网或薄镍板扩张网做基材，表面制作铂、铱等贵金属氧化物催化层，通过高温烧结氧化或电镀等形式制作；
其中，该电解槽的形状为长方形或正方形，优选长方形；该电解槽的有效面积为0.6～3.6m2；
阳极盘21、阴极盘32可以是单独的，分别扣在框架上焊接在一起，也可以是一层隔板将中框电槽隔成阳极室和阴极室；
以及，阳极端框电解槽由阳极部分、框架和背面的导电铜排组成，导电铜排可以往上或往下；阴极端框电解槽由阴极部分、框架和背面的导电铜排组成，导电铜排可以往上或往下。
实施例2
基于上述实施例1，整台电解槽包括电槽组4；
电槽组4包括阳极端框电解槽、中框电解槽和阴极端框电解槽；
阳极端框电解槽与阴极端框电解槽之间并排设置有多个若干个中框电解槽，在阳极端框电解槽与中框电解槽的密封面之间、中框电解槽与中框电解槽的密封面之间、中框电解槽与阴极端框电解槽的密封面之间设置有两块密封垫片41，两块密封垫片41之间设置有一张透离子膜42，在阳极端框电解槽远离中框电解槽的一侧设置有固定框41，在阴极端框电解槽远离中框电解槽的一侧设置有固定框41，阳极端框电解槽与固定框41之间、阴极端框电解槽与固定框41之间设置有绝缘板43，两个固定框41之间通过锁槽螺杆44进行连接；
其中，锁槽螺杆44设置有10～20组，螺杆的数量根据电解槽的面积配置，面积大，用的螺杆数量多，通过施加合适的扭力，将电槽组锁紧；
阳极端框电槽和阴极端框电槽通过多根电缆与直流电源连接形成回路；
进料总管和出料总管通过软管和每一个单元电槽的阴阳极接管连接。
实施例3
基于上述实施例2，整台电解槽采用压滤机式的油缸压力锁槽方式进行组装，其包括油缸51、前固定座52、活动座53、后固定座54和侧杆55；
前固定座52、后固定座54和侧杆55围成矩形框架结构，在前固定座52的一侧设置有油缸51，油缸51的输出端与活动座53连接，阳极端框电解槽设置在活动座53上，阴极端框电解槽设置在后固定座54上；
其中，前固定座52、后固定座54左右设置各一个，侧杆55前后设置有两个；
工作时，通过控制油缸51工作，带动活动座43沿着侧杆55进行移动，完成对整台电解槽的组装工作。
实施例4
基于上述实施例3，实施例3为单头挤形成一台电槽安装一组电解槽，而实施例4为双头挤形成一台电槽可安装两组电解槽；
在前固定座52、后固定座54之间设置有中间座56，前固定座52、中间座56的前后两侧、后固定座54、中间座56的前后两侧分别都设置有侧杆55；
前固定座52和后固定座54的一侧分别设置有油缸51，油缸51的输出端与活动座53连接，阳极端框电解槽设置在活动座53上，中间座56的两侧分别设置有阴极端框电解槽；
工作时，通过控制两个油缸51工作，带动活动座43沿着侧杆55进行移动，完成对两台电解槽的组装工作。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电解碱性水制氢的新工艺，其特征在于，包括制氢系统，制氢系统包括氢气制备系统、气液分离系统、加水补碱系统、供配电及控制系统；氢气制备系统与气液分离系统连接，气液分离系统与加水补碱系统连接，供配电及控制系统分别与氢气制备系统、气液分离系统、加水补碱系统电线连接；
氢气制备系统包括电解槽，电解槽内的水在电流的作用下，分解成氢气和氧气；
气液分离系统包括氢、氧分离器，碱液过滤器，碱液冷却器，氢氧冷却器；氢气制备系统的电解槽分别与氢、氧分离器连接；
阳极液气液分离器的气体出口设置有氧气冷却器，并通过氧气冷却将氧气输送至用户，阴极液气液分离器的气体出口设置有氢气冷却器，并通过氢气冷却器将氢气输送至用户；
阳极液气液分离器的液体出口设置有阳极液循环槽，阳极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阳极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阳极液过滤器和阳极液冷却器，阴极液气液分离器的液体出口设置有阴极液循环槽，阴极液循环槽通过泵体与电解槽相连接，且在阴极液循环槽与电解槽连接管道处设置有阴极液过滤器和阴极液冷却器；
加水补碱系统包括补水泵、配碱泵、原料水箱、碱液箱，碱液箱通过配碱泵分别与阳极液循环槽和阴极液循环槽连接，原料水箱通过补水泵与电解槽连接。
2.根据权利要求1所述的新型电解水制氢电解槽，其特征在于，气液分离系统的工作过程如下：
氢气制备装置输送过来的氢气、氧气、KOH溶液在氢、氧分离器内进行分离，分离后的氢气、氧气经冷却器冷却、捕滴器捕滴后自动放空处理；
分离后的碱液进入循环槽在泵的作用下重新返回电解槽进行电解；
电解过程中部分电能会转化成热能使电解槽的温度不断升高，通过调节碱液冷却器的冷却水流量，控制电解槽出口碱液温度。
3.根据权利要求1所述的新型电解水制氢电解槽，其特征在于，加水补碱系统的工作过程如下：
配制碱液时，开启配碱泵，碱液箱内的水开始在泵的作用下循环，逐渐将固体KOH或浓碱加入到碱液箱中，直到碱液比重达到设定的数值为止，KOH溶液的浓度控制在25％-35％，则氢氧化钾溶液配好；
配好的碱液注入制氢系统时仍然需要使用配碱泵；随着系统的运行，制氢系统内的纯水不断消耗，需要随时补充系统内的纯水，此动作靠补水泵来实现；补水泵的出口压力大于系统的运行压力，在制氢系统正常运行的情况下将水补充到制氢系统中。
4.根据权利要求1所述的新型电解水制氢电解槽，其特征在于，电解槽包括电槽组(4)；
电槽组(4)包括阳极端框电解槽、中框电解槽和阴极端框电解槽；
阳极端框电解槽与阴极端框电解槽之间并排设置有多个若干个中框电解槽，在阳极端框电解槽与中框电解槽的密封面之间、中框电解槽与中框电解槽的密封面之间、中框电解槽与阴极端框电解槽的密封面之间设置有两块密封垫片(41)，两块密封垫片(41)之间设置有一张透离子膜(42)，在阳极端框电解槽远离中框电解槽的一侧设置有固定框(41)，在阴极端框电解槽远离中框电解槽的一侧设置有固定框(41)，阳极端框电解槽与固定框(41)之间、阴极端框电解槽与固定框(41)之间设置有绝缘板(43)，两个固定框(41)之间通过锁槽螺杆(44)进行连接；
阳极端框电槽和阴极端框电槽通过多根电缆与直流电源连接形成回路；
进料总管和出料总管通过软管和每一个单元电槽的阴阳极接管连接。
5.根据权利要求1所述的一种电解碱性水制氢的新工艺，其特征在于，电解槽采用压滤机式的油缸压力锁槽方式进行组装，其包括油缸(51)、前固定座(52)、活动座(53)、后固定座(54)和侧杆(55)；
前固定座(52)、后固定座(54)和侧杆(55)围成矩形框架结构，在前固定座(52)的一侧设置有油缸(51)，油缸(51)的输出端与活动座(53)连接，阳极端框电解槽设置在活动座(53)上，阴极端框电解槽设置在后固定座(54)上。
6.根据权利要求5所述的一种电解碱性水制氢的新工艺，其特征在于，电解槽采用压滤机式的油缸压力锁槽方式进行组装还包括，在前固定座(52)、后固定座(54)之间设置有中间座(56)，前固定座(52)、中间座(56)的前后两侧、后固定座(54)、中间座(56)的前后两侧分别都设置有侧杆(55)；
前固定座(52)和后固定座(54)的一侧分别设置有油缸(51)，油缸(51)的输出端与活动座(53)连接，阳极端框电解槽设置在活动座(53)上，中间座(56)的两侧分别设置有阴极端框电解槽。
7.根据权利要求6所述的一种电解碱性水制氢的新工艺，其特征在于，电解槽为复极式电解槽，由一个阳极端框电解槽、若干个中框电解槽和一个阴极端框电解槽组成一组电解槽；中框电解槽由框架(1)、阳极部分(2)和阴极部分(3)组成。
8.根据权利要求7所述的一种电解碱性水制氢的新工艺，其特征在于，框架(1)由(4)根截面为矩形的钢材或矩形管通过焊接或螺栓连接组成。
9.根据权利要求8所述的一种电解碱性水制氢的新工艺，其特征在于，阳极部分(2)由阳极盘(21)、阳极筋板(22)、阳极电极(23)组成，除阳极电极(23)外，材料均选用纯镍材质或310s不锈钢。
10.根据权利要求9所述的一种电解碱性水制氢的新工艺，其特征在于，阴极部分(3)包括阴极盘(31)、阴极弹性体结构(32)、阴极电极(33)；阴极盘(31)为纯镍或310S不锈钢材质，阴极弹性体结构(32)为阴极筋板加阴极底网和弹性层组成，或为直接使用薄镍板制作的弹性体。
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CN117466365A (zh) * 2023-03-09 2024-01-30 中国科学院大连化学物理研究所 一种电解水制氢耦合海水淡化系统及方法
CN117466365B (zh) * 2023-03-09 2024-06-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种电解水制氢耦合海水淡化系统及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117466365A (zh) * 2023-03-09 2024-01-30 中国科学院大连化学物理研究所 一种电解水制氢耦合海水淡化系统及方法
CN117466365B (zh) * 2023-03-09 2024-06-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种电解水制氢耦合海水淡化系统及方法
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