CN116876002A - 一种常压氢氧外置双循环电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种常压氢氧外置双循环电解槽，包括：电解槽本体、氢分离回流电解液主通道、氧分离回流电解液主通道、氢气分离碱分通道、氧气分离碱分通道、氢气和电解液通道以及氧气和电解液通道；本发明通过把氢分离回流电解液主通道和氧分离回流电解液主通道外置电解槽的设计，不但可以提升水电解装置的效能，显著提高氢气和氧气的纯度，还可以满足大产量制氢的需求。

Description

一种常压氢氧外置双循环电解槽

技术领域

本发明涉及电解槽技术领域，具体涉及一种常压氢氧外置双循环电解槽。

背景技术

水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。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。在一些电解质水溶液中通入直流电时，分解出的物质与原来的电解质完全没有关系，被分解的是作为溶剂的水，原来的电解质仍然留在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质。在电解水时，由于纯水的电离度很小，导电能力低，属于典型的弱电解质，所以需要加入前述电解质，以增加溶液的导电能力，使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。

现有技术中的一种水电解制氢气装置的电解槽，采用内置的碱液主通道向电解槽输送电解液，电解产生的氢气和氧气排出并且收集后，回流的电解液回流至碱液主通道再次进入电解槽。再次进入电解槽中的碱液可能掺杂未分离干净的氢气氧气，导致收集的氢气和氧气的纯度较低，并且采用单独内置的碱液主通道，这使得碱液的单位时间内的进液量受到限制，难以满足大产量制氢的需求。因此，如何提供一种电解槽，在提升氢气和氧气的纯度的基础上，适用于大产量制氢，是业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种常压氢氧外置双循环电解槽，以解决现有水电解制氢气装置的电解槽无法在提升氢气和氧气的纯度的基础上，适用于大产量制氢的问题。

本发明提供一种常压氢氧外置双循环电解槽，包括：电解槽本体、氢分离回流电解液主通道、氧分离回流电解液主通道、氢气分离碱分通道、氧气分离碱分通道、氢气和电解液通道以及氧气和电解液通道；所述氢分离回流电解液主通道、氧分离回流电解液主通道分别设置于所述电解槽本体的外部两端，所述电解槽本体的内部设置有多个平行间隔设置的电解室，所述电解室内的两侧置有极板，所述电解室内在两侧的极板之间设置有隔膜，所述隔膜将电解室分为氢气侧和氧气侧，所述氢气侧设置有数个氢气分离碱分通道，所述氧气侧设置有数个氧气分离碱分通道；所述氢气分离碱分通道与所述氢分离回流电解液主通道连接，所述氧气分离碱分通道与所述氧分离回流电解液主通道连接；所述氢气和电解液通道连接于所述电解槽本体一端的电解室的氢气侧，所述氧气和电解液通道连接于所述电解槽本体另一端的电解室的氧气侧。

进一步地，每一所述电解室内设置有一个或多个氢气分离碱分通道和一个或多个氧气分离碱分通道。

进一步地，所述氢气和电解液通道通过第一管路与所有电解室的氢气侧连通；所述氧气和电解液通道通过第二管路与所有电解室的氧气侧连通。

进一步地，所述氢分离回流电解液主通道与氢气分离碱分通道的连接区域设置有第一控制阀。

进一步地，所述氧分离回流电解液主通道与氧气分离碱分通道的连接区域设置有第二控制阀。

本发明提供一种常压氢氧外置出口电解槽，包括：电解槽本体、氢气和电解液主通道、氧气和电解液主通道、氢气电解液分通道、氧气电解液分通道、回流电解液通道；所述氢气和电解液主通道、氧气和电解液主通道分别设置于所述电解槽本体的外部两侧，所述电解槽本体的内部设置有多个平行间隔设置的电解室，所述电解室内间隔设置有氢气电解液分通道、氧气电解液分通道；所述氢气电解液分通道与所述氢气和电解液主通道连接，所述氧气电解液分通道与所述氧气和电解液主通道连接；所述回流电解液通道设置于所述电解槽本体的一端。

进一步地，所述电解室内设置有三个氢气电解液分通道。

进一步地，所述电解室内设置有三个氧气电解液分通道。

进一步地，所述氢气和电解液主通道与氢气电解液分通道的连接区域设置有第一控制阀。

进一步地，所述氧气和电解液主通道与氧气电解液分通道的连接区域设置有第二控制阀。

本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种常压氢氧外置双循环电解槽，将氢分离回流电解液主通道、氧分离回流电解液主通道分别设置于电解槽本体的外部两端，电解槽本体的内部设置有多个平行间隔设置的电解室，电解室内的两侧置有极板，电解室内在两侧的极板之间设置有隔膜，隔膜将电解室分为氢气侧和氧气侧，氢气侧设置有数个氢气分离碱分通道，氧气侧设置有数个氧气分离碱分通道；氢气分离碱分通道与氢分离回流电解液主通道连接，氧气分离碱分通道与氧分离回流电解液主通道连接；通过把氢分离回流电解液主通道和氧分离回流电解液主通道外置电解槽的设计，不但可以提升水电解装置的效能，显著提高氢气和氧气的纯度，还可以满足大产量制氢的需求。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的常压氢氧外置双循环电解槽的外部示意图；

图2是本发明的常压氢氧外置双循环电解槽的内部示意图；

图3是本发明的常压氢氧外置双循环电解槽的电解室示意图；

图4是本发明的常压氢氧外置出口电解槽的外部示意图；

图5是本发明的常压氢氧外置出口电解槽的内部示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

请参阅图1至图3，本发明实施例提供一种常压氢氧外置双循环电解槽，包括：电解槽本体1、氢分离回流电解液主通道2、氧分离回流电解液主通道3、氢气分离碱分通道4、氧气分离碱分通道5、氢气和电解液通道6以及氧气和电解液通道7。

其中，氢分离回流电解液主通道2、氧分离回流电解液主通道3分别设置于电解槽本体1的外部两端，氢分离回流电解液主通道2、氧分离回流电解液主通道3分别设置有碱液入口，用于向氢分离回流电解液主通道2、氧分离回流电解液主通道3内通入碱性电解液，碱性电解液可以采用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。

电解槽本体1的内部设置有多个平行间隔设置的电解室8，电解室8内的两侧置有极板9，若干电解室8的极板9以串联的方式靠一组电源供电，最外侧的两个极板9分别为阴极板和阳极板，分别接直流电源的正极和负极。在阳极板与阴极板总电势作用下，中间各极板均匀的分配电势，使每个电解室8组成有阳极板与阴极板的电解池。每个电解室8的阳极板同时是紧邻电解室8的阴极板，同样阴极板也是紧邻电解室8的阳极板。

电解室8内在两侧的极板9之间设置有隔膜10，隔膜10将电解室8分为氢气侧和氧气侧，隔膜10可防止电解室8内部两侧产生的氢气与氧气混合，隔膜10不允许气体通过，对离子的电阻小，对电解液有适当的渗透性，本发明的隔膜10采用石棉制成。

氢气侧设置有数个氢气分离碱分通道4，氧气侧设置有数个氧气分离碱分通道5；本实施例中，每一电解室8内设置有三个氢气分离碱分通道4和三个氧气分离碱分通道5。

氢气分离碱分通道4与氢分离回流电解液主通道2连接，氢气分离碱分通道4用于将氢分离回流电解液主通道2的电解液分散至各个电解室8的氢气侧。氧气分离碱分通道5与氧分离回流电解液主通道3连接；氧气分离碱分通道5用于将氧分离回流电解液主通道3的电解液分散至各个电解室8的氧气侧，可避免再次进入电解槽中的碱液可能掺杂未分离干净的氢气氧气，导致收集的氢气和氧气的纯度较低的问题。

具体地，氢气和电解液通道6连接于电解槽本体1一端的电解室8的氢气侧，氧气和电解液通道7连接于电解槽本体1另一端的电解室8的氧气侧。氢气和电解液通道6通过第一管路11与所有电解室8的氢气侧连通；氧气和电解液通道7通过第二管路12与所有电解室8的氧气侧连通。

在每个电解室8的阴极板产生氢气，电解室8产生的氢气进入第一管路11，并通过氢气和电解液通道6输出。在每个电解室8的阳极板产生氧气，电解室8产生的氧气进入第二管路12，并通过氧气和电解液通道7输出。电解槽本体1的两端的氢气和电解液通道6以及氧气和电解液通道7分别用于输出电解后产生的氢气、氧气，同时将电解液输出，并分别通过气液分离器把氢气、氧气分离出来，剩下的电解液经冷却再分别在循环泵的作用下再次通过碱液主通道3、碱液分通道2回流至电解室6。

具体地，氢分离回流电解液主通道2与氢气分离碱分通道4的连接区域设置有第一控制阀13。氧分离回流电解液主通道3与氧气分离碱分通道5的连接区域设置有第二控制阀14。可以灵活控制各组氢气分离碱分通道4、氧气分离碱分通道5的通断，以控制输入电解液的电解室6的数量，以适应不同的制氢需求量。

由以上实施例可知，本发明提供的一种常压氢氧外置双循环电解槽，将氢分离回流电解液主通道、氧分离回流电解液主通道分别设置于电解槽本体的外部两端，电解槽本体的内部设置有多个平行间隔设置的电解室，电解室内的两侧置有极板，电解室内在两侧的极板之间设置有隔膜，隔膜将电解室分为氢气侧和氧气侧，氢气侧设置有数个氢气分离碱分通道，氧气侧设置有数个氧气分离碱分通道；氢气分离碱分通道与氢分离回流电解液主通道连接，氧气分离碱分通道与氧分离回流电解液主通道连接；通过把氢分离回流电解液主通道和氧分离回流电解液主通道外置电解槽的设计，不但可以提升水电解装置的效能，显著提高氢气和氧气的纯度，还可以满足大产量制氢的需求。

请参阅图3和图4，本发明实施例提供一种常压氢氧外置出口电解槽，包括：电解槽本体1a、氢气和电解液主通道2a、氧气和电解液主通道3a、氢气电解液分通道4a、氧气电解液分通道5a、回流电解液通道6a。

具体地，氢气和电解液主通道2a、氧气和电解液主通道3a分别设置于电解槽本体1a的外部两侧，氢气和电解液主通道2a、氧气和电解液主通道3a用于分别排出氢气和电解液、氧气和电解液。电解槽本体1a的内部设置有多个平行间隔设置的电解室7a，电解室7a内间隔设置有氢气电解液分通道4a、氧气电解液分通道5a。

氢气电解液分通道4a与氢气和电解液主通道2a连接，氧气电解液分通道5a与氧气和电解液主通道3a连接；氢气电解液分通道4a、氧气电解液分通道5a分别用于向氢气和电解液主通道2a、氧气和电解液主通道3a排出氢气和电解液、氧气和电解液。回流电解液通道6a设置于电解槽本体1a的一端，用于将回流电解液送入电解槽本体1a。电解液可以采用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。

在本实施例中，电解室7a内可以设置有三个氢气电解液分通道4a。电解室7内可以设置有三个氧气电解液分通道5a。

作为一种可选的实施方式，氢气和电解液主通道2a与氢气电解液分通道4a的连接区域设置有第一控制阀。氧气和电解液主通道3a与氧气电解液分通道5a的连接区域设置有第二控制阀。可以灵活控制各组氢气电解液分通道4a、氧气电解液分通道5a的通断，以控制输入电解液的电解室7a的数量，以适应不同的制氢需求量。

由以上实施例可知，本发明提供的一种常压氢氧外置出口电解槽，将氢气和电解液主通道、氧气和电解液主通道分别设置于所述电解槽本体的外部两侧，所述电解槽本体的内部设置有多个平行间隔设置的电解室，所述电解室内间隔设置有氢气电解液分通道、氧气电解液分通道；所述氢气电解液分通道与所述氢气和电解液主通道连接，所述氧气电解液分通道与所述氧气和电解液主通道连接；所述回流电解液通道设置于所述电解槽本体的一端。氢气和电解液主通道和氧气和电解液主通道外置电解槽的设计，可显著提升水电解装置的效能，可以满足大产量制氢的需求。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种常压氢氧外置双循环电解槽，其特征在于，包括：电解槽本体(1)、氢分离回流电解液主通道(2)、氧分离回流电解液主通道(3)、氢气分离碱分通道(4)、氧气分离碱分通道(5)、氢气和电解液通道(6)以及氧气和电解液通道(7)；

所述氢分离回流电解液主通道(2)、氧分离回流电解液主通道(3)分别设置于所述电解槽本体(1)的外部两端，所述电解槽本体(1)的内部设置有多个平行间隔设置的电解室(8)，所述电解室(8)内的两侧置有极板(9)，所述电解室(8)内在两侧的极板(9)之间设置有隔膜(10)，所述隔膜(10)将电解室(8)分为氢气侧和氧气侧，所述氢气侧设置有数个氢气分离碱分通道(4)，所述氧气侧设置有数个氧气分离碱分通道(5)；所述氢气分离碱分通道(4)与所述氢分离回流电解液主通道(2)连接，所述氧气分离碱分通道(5)与所述氧分离回流电解液主通道(3)连接；所述氢气和电解液通道(6)连接于所述电解槽本体(1)一端的电解室(8)的氢气侧，所述氧气和电解液通道(7)连接于所述电解槽本体(1)另一端的电解室(8)的氧气侧。

2.如权利要求1所述的一种常压氢氧外置双循环电解槽，其特征在于，每一所述电解室(8)内设置有一个或多个氢气分离碱分通道(4)和一个或多个氧气分离碱分通道(5)。

3.如权利要求2所述的一种常压氢氧外置双循环电解槽，其特征在于，所述氢气和电解液通道(6)通过第一管路(11)与所有电解室(8)的氢气侧连通；所述氧气和电解液通道(7)通过第二管路(12)与所有电解室(8)的氧气侧连通。

4.如权利要求3所述的一种常压氢氧外置双循环电解槽，其特征在于，所述氢分离回流电解液主通道(2)与氢气分离碱分通道(4)的连接区域设置有第一控制阀(13)。

5.如权利要求4所述的一种常压氢氧外置双循环电解槽，其特征在于，所述氧分离回流电解液主通道(3)与氧气分离碱分通道(5)的连接区域设置有第二控制阀(14)。

6.一种常压氢氧外置出口电解槽，其特征在于，包括：电解槽本体(1a)、氢气和电解液主通道(2a)、氧气和电解液主通道(3a)、氢气电解液分通道(4a)、氧气电解液分通道(5a)、回流电解液通道(6a)；

所述氢气和电解液主通道(2a)、氧气和电解液主通道(3a)分别设置于所述电解槽本体(1a)的外部两侧，所述电解槽本体(1a)的内部设置有多个平行间隔设置的电解室(7a)，所述电解室(7a)内间隔设置有氢气电解液分通道(4a)、氧气电解液分通道(5a)；

所述氢气电解液分通道(4a)与所述氢气和电解液主通道(2a)连接，所述氧气电解液分通道(5a)与所述氧气和电解液主通道(3a)连接；所述回流电解液通道(6a)设置于所述电解槽本体(1a)的一端。

7.如权利要求6所述的一种常压氢氧外置出口电解槽，其特征在于，所述电解室(7a)内设置有三个氢气电解液分通道(4a)。

8.如权利要求7所述的一种常压氢氧外置出口电解槽，其特征在于，所述电解室(7a)内设置有三个氧气电解液分通道(5a)。

9.如权利要求8所述的一种常压氢氧外置出口电解槽，其特征在于，所述氢气和电解液主通道(2a)与氢气电解液分通道(4a)的连接区域设置有第一控制阀。

10.如权利要求9所述的一种常压氢氧外置出口电解槽，其特征在于，所述氧气和电解液主通道(3a)与氧气电解液分通道(5a)的连接区域设置有第二控制阀。