CN116970967B - 一种电解水制氢装置及氢气制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电解水制氢装置及氢气制备方法，所述电解水制氢装置包括电解室，电解室上下两端分别连接设有氧气吸收室和反应发生器，反应发生器包括与电解室连接的盒体、设于盒体内的电池组，电池组正负极两端分别连接设有电极棒，两电极棒穿过盒体伸入电解室内，氧气吸收室上端设有气体收集室，氧气吸收室周侧设有加热组件。在反应发生器对电解室的水进行电解反应产生氢气和氧气后，混合气体上升并通过氧气吸收室，氧气吸收室对混合气体中的氧气进行吸收储存，氢气通过氧气吸收室后升至气体收集室进行收集；氢气收集完成后，可通过加热组件对氧气吸收室进行加热，从而将氧气吸收室吸收的氧气释放出来进行氧气回收，实现氢气和氧气的分离收集。
Description
技术领域
本申请涉及制氢设备技术领域，尤其涉及一种电解水制氢装置及氢气制备方法。
背景技术
水电解制氢是目前应用较广并且比较成熟的制氢方法之一。用水作原料制氢的过程实际上是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式的能量，就可以使水分解。
现有的水电解制氢装置，其产生的氢气和氧气都很少有进行分别存储，不利于使用，少数可以进行分别存储的制氢装置，结构复杂，生产制造困难。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电解水制氢装置及氢气制备方法，能够吸收储存反应生成的氧气并获得高纯度的氢气，实现氢气和氧气的分离收集，实用方便，且结构简单。
本申请是通过以下技术方案实现的：
一种电解水制氢装置，包括电解室，所述电解室上下两端分别连接设有氧气吸收室和反应发生器，所述反应发生器包括与所述电解室可拆卸连接的盒体、以及设于该盒体内的电池组，所述电池组正负极两端分别连接设有电极棒，两所述电极棒穿过所述盒体伸入电解室内，所述氧气吸收室上端卡接设有气体收集室，所述氧气吸收室周侧还围设有加热组件，所述盒体内还设有连通所述电解室与外界补水池的补水组件，所述电解室侧壁上还设有第一水位检测头和第二水位检测头，所述第一水位检测头靠近所述氧气吸收室设置，所述第二水位检测头靠近所述电极棒高度一半处设置。
如上所述的一种电解水制氢装置，所述氧气吸收室包括卡接设于所述电解室上端的圆柱，所述圆柱上开设有多个竖直通孔，所述竖直通孔内填充有氧气吸收材料，所述竖直通孔下端设有承载所述氧气吸收材料的透气膜。
如上所述的一种电解水制氢装置，所述氧气吸收材料为分子筛。
如上所述的一种电解水制氢装置，所述电池组包括电池，所述电池正极端连接设有正极插接座，所述电池负极端连接设有负极插接座，两所述电极棒分别插接于所述正极插接座和负极插接座上。
如上所述的一种电解水制氢装置，所述补水组件包括设于所述盒体内的若干抽水泵，以及连通设于所述抽水泵上的补水管，所述补水管上端与所述盒体上端相连通并在连通处设置有单向阀、所述补水管下端穿过所述盒体下端置于该盒体外。
如上所述的一种电解水制氢装置，所述补水管内位于所述抽水泵与所述单向阀之间处还设有过滤滤芯。
如上所述的一种电解水制氢装置，所述盒体上端开设有密封环槽，所述电解室下端向下凸设有能插入所述密封环槽内的密封凸环，所述密封环槽侧壁还开设有若干卡接槽，所述密封凸环外侧壁上设有能相应嵌入所述卡接槽内的若干卡接凸块。
如上所述的一种电解水制氢装置，所述氧气吸收室上端设有若干第一卡接凸环，所述气体收集室下端设有若干能与所述第一卡接凸环配合卡接的第一卡接环槽，所述电解室上端设有若干第二卡接凸环，所述氧气吸收室下端设有若干能与所述第二卡接凸环配合卡接的第二卡接环槽。
本申请还公开一种氢气制备方法，使用如上所述的电解水制氢装置依次执行以下步骤：
S1、将电解水制氢装置放入水池中，然后启动装置；
S2、补水组件将水池中的水抽送至电解室内，然后反应发生器启动对电解室内的水进行电解反应并产生氢氧混合气体；
S3、氢氧混合气体上升穿过氧气吸收室，氧气吸收室对氢氧混合气体内的氧气进行吸收储存，剩余氢气继续穿过氧气吸收室并到达气体收集室进行回收；
S4、待气体收集室内的氢气回收完成后，加热组件启动加热，氧气吸收室受热释放氧气，氧气上升至气体收集室进行回收。
如上所述的一种氢气制备方法，步骤S2中，还包括有以下步骤：
S201，补水组件将水池中的水抽送至电解室内至第二水位检测头水平面时，反应发生器启动对电解室内的水进行电解反应并产生氢氧混合气体；
S202，电解室内的水位上升至第一水位检测头水平面时，补水组件关闭；
S203，当电解室内的水位下降至第二水位检测头水平面时，补水组件重新启动，然后回到步骤S202。
与现有技术相比，本申请有如下优点：
1、在反应发生器对电解室的水进行电解反应产生氢气和氧气后，混合气体上升并通过氧气吸收室，氧气吸收室对混合气体中的氧气进行吸收储存，从而实现氢气和氧气的分离收集，氢气通过氧气吸收室后升至气体收集室进行收集，实用方便。
2、氢气收集完成后，根据收集需求，可通过加热组件对氧气吸收室进行加热，从而将氧气吸收室吸收的氧气释放出来进行氧气回收，实用方便，实现氢气和氧气的分离收集。
3、电极棒分别插接于正极插接座和负极插接座上，当电极棒材料损耗后，方便进行更换，实用方便。
4、当电解室内的水过少时，通过补水组件进行自动补充水，无需拆除装置以及人工添加，实用方便，同时通过第一水位检测头和第二水位检测头的配合使用，实现自动补水。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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为本申请实施例一种电解水制氢装置的结构示意图。
图2为本申请实施例一种电解水制氢装置的结构分解图。
图3为本申请实施例一种电解水制氢装置的剖面示意图。
图4为本申请实施例电解室的结构示意图。
图5为本申请实施例反应发生器的结构示意图。
图6为本申请实施例氧气吸收室的结构示意图。
图7为本申请实施例一种氢气制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1至图6所示，本申请实施例提出一种电解水制氢装置，包括电解室1，所述电解室1上下两端分别连接设有氧气吸收室2和反应发生器3，所述反应发生器3包括与所述电解室1可拆卸连接的盒体31、以及设于该盒体31内的电池组32，所述电池组32正负极两端分别连接设有电极棒33，两所述电极棒33穿过所述盒体31伸入电解室1内，所述氧气吸收室2上端卡接设有气体收集室4，所述氧气吸收室2周侧还围设有加热组件5。
在反应发生器3对电解室1的水进行电解反应产生氢气和氧气后，混合气体上升并通过氧气吸收室2，氧气吸收室2对混合气体中的氧气进行吸收储存，从而实现氢气和氧气的分离收集，氢气通过氧气吸收室2后升至气体收集室4进行收集，实用方便。
进一步地，在氢气收集完成后，根据收集需求，可通过加热组件5对氧气吸收室2进行加热，从而将氧气吸收室2吸收的氧气释放出来进行氧气回收，实用方便，实现氢气和氧气的分离收集。
进一步地，所述氧气吸收室2包括卡接设于所述电解室1上端的圆柱21，所述圆柱21上开设有多个竖直通孔22，所述竖直通孔22内填充有氧气吸收材料23，所述竖直通孔22下端设有承载所述氧气吸收材料23的透气膜24。
具体地，所述氧气吸收材料23为分子筛。分子筛是一种可以吸附氧气的物质，并且在受热时会释放氧气。分子筛是一种多孔的固体材料，具有规则的孔道结构，可以吸附和分离气体分子。当分子筛吸附了氧气后，通过加热可以使其释放被吸附的氧气分子。这种特性使得分子筛在氧气分离和储存方面具有广泛的应用。
本实施例中，常用的分子筛是锆基分子筛ZMS或铝基分子筛AlMS。这些分子筛具有高度规则的孔道结构，可以选择性地吸附氧气分子。当分子筛吸附了氧气后，通过加热可以使其释放被吸附的氧气分子，从而实现氧气的储存和释放。此外，还有其他类型的分子筛也可以吸附和释放氧气，如铁基分子筛FeMS等。
装置使用时，电解反应产生的氢氧混合气体上升透过透气膜24并沿竖直通孔22穿过分子筛，通过分子筛吸附氢氧混合气体中的氧气，从而达到氢氧分离，实用方便，待氢气收集完成后，根据收集需求，可通过加热组件对氧气吸收室2进行加热，分子筛受热使其释放被吸附的氧气分子，然后通过气体收集室4进行氧气回收，实用方便，实现氢气和氧气的分离收集。
进一步地，所述电池组32包括电池320，所述电池320正极端连接设有正极插接座321，所述电池320负极端连接设有负极插接座322，两所述电极棒33分别插接于所述正极插接座321和负极插接座322上。当电极棒33材料损耗后，方便进行更换，实用方便。
进一步地，所述盒体31内还设有连通所述电解室1与外界补水池的补水组件6。
具体地，所述补水组件6包括设于所述盒体31内的若干抽水泵61，以及连通设于所述抽水泵61上的补水管62，所述补水管62上端与所述盒体31上端相连通并在连通处设置有单向阀63、所述补水管62下端穿过所述盒体31下端置于该盒体31外。
进一步地，所述盒体31上还安装设有浮体9。
通过设置有浮体9，可直接将装置放置于水池上使用，实用方便，便于携带和使用。
使用时，补水管62下端浸于水面下，启动抽水泵61，通过补水管62将水抽水至电解室1内，无需人工添加，实用方便，且通过设置有单向阀63，避免电解室1内的水通过补水管62反向流向装置外，实用方便。
具体地，所述补水管62内位于所述抽水泵61与所述单向阀63之间处还设有过滤滤芯(图中未示出)。通过过滤滤芯对水进行初步过滤，使进入电解室1内的水纯净度更好，电解反应效果更好，同时使电解板33的损耗更加缓慢，延长装置的实用寿命。
进一步地，所述电解室1侧壁上还设有第一水位检测头71和第二水位检测头72，所述第一水位检测头71靠近所述氧气吸收室2设置，所述第二水位检测头72靠近所述电极棒33高度一半处设置。具体地，第一水位检测头71和第二水位检测头72分别与抽水泵61和电池组32电连接，使用时，抽水泵61启动将水抽入电解室1内，当第二水位检测头72检测到水位时，电池组32启动开始进行电解反应，抽水泵61继续启动抽水；当第一水位检测头71检测到水位时，抽水泵61停止工作，装置正常运行；装置运行一段时间后，当第二水位检测头72检测到水位下降时，抽水泵61启动抽水直至当第一水位检测头71再次检测到水位时抽水泵61停止工作，依此循环，实用方便。
进一步地，所述盒体31上端开设有密封环槽81，所述电解室1下端向下凸设有能插入所述密封环槽81内的密封凸环82，所述密封环槽81侧壁还开设有若干卡接槽83，所述密封凸环82外侧壁上设有能相应嵌入所述卡接槽83内的若干卡接凸块84。
通过卡接凸块84和卡接槽83之间的配合卡接安装，方便快捷，同时方便对两个部件的单独更换，降低使用成本。
所述氧气吸收室2上端设有若干第一卡接凸环91，所述气体收集室4下端设有若干能与所述第一卡接凸环91配合卡接的第一卡接环槽92，所述电解室1上端设有若干第二卡接凸环93，所述氧气吸收室2下端设有若干能与所述第二卡接凸环93配合卡接的第二卡接环槽94。
通过第一卡接凸环91和第一卡接环槽92之间、以及第二卡接凸环93和第二卡接环槽94之间的配合卡接安装，方便快捷，同时方便对各个部件的单独更换，降低使用成本。
进一步地，如图7所示，本申请实施例还公开一种氢气制备方法，使用如上所述的电解水制氢装置依次执行以下步骤：
S1、将电解水制氢装置放入水池中，然后启动装置；
S2、补水组件将水池中的水抽送至电解室内，然后反应发生器启动对电解室内的水进行电解反应并产生氢氧混合气体；
S3、氢氧混合气体上升穿过氧气吸收室，氧气吸收室对氢氧混合气体内的氧气进行吸收储存，剩余氢气继续穿过氧气吸收室并到达气体收集室进行回收；
S4、待气体收集室内的氢气回收完成后，加热组件启动加热，氧气吸收室受热释放氧气，氧气上升至气体收集室进行回收。
进一步地，步骤S2中，还包括有以下步骤：
S201，补水组件将水池中的水抽送至电解室内至第二水位检测头水平面时，反应发生器启动对电解室内的水进行电解反应并产生氢氧混合气体；
S202，电解室内的水位上升至第一水位检测头水平面时，补水组件关闭；
S203，当电解室内的水位下降至第二水位检测头水平面时，补水组件重新启动，然后回到步骤S202。依次循环，保持电解室内的水量处于正常状态，保证制备效率和保护装置的实用安全。
应当理解的是，本申请中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本申请的具体实施只局限于这些说明。凡与本申请的方法、结构等近似、雷同，或是对于本申请构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种电解水制氢装置，其特征在于，包括电解室(1)，所述电解室(1)上下两端分别连接设有氧气吸收室(2)和反应发生器(3)，所述反应发生器(3)包括与所述电解室(1)可拆卸连接的盒体(31)、以及设于该盒体(31)内的电池组(32)，所述电池组(32)正负极两端分别连接设有电极棒(33)，两所述电极棒(33)穿过所述盒体(31)伸入电解室(1)内，所述氧气吸收室(2)上端卡接设有气体收集室(4)，所述氧气吸收室(2)周侧还围设有加热组件(5)，所述盒体(31)内还设有连通所述电解室(1)与外界补水池的补水组件(6)，所述电解室(1)侧壁上还设有第一水位检测头(71)和第二水位检测头(72)，所述第一水位检测头(71)靠近所述氧气吸收室(2)设置，所述第二水位检测头(72)靠近所述电极棒(33)高度一半处设置；
所述氧气吸收室(2)包括卡接设于所述电解室(1)上端的圆柱(21)，所述圆柱(21)上开设有多个竖直通孔(22)，所述竖直通孔(22)内填充有氧气吸收材料(23)，所述竖直通孔(22)下端设有承载所述氧气吸收材料(23)的透气膜(24)；所述氧气吸收材料(23)为分子筛；
所述补水组件(6)包括设于所述盒体(31)内的若干抽水泵(61)，以及连通设于所述抽水泵(61)上的补水管(62)，所述补水管(62)上端与所述盒体(31)上端相连通并在连通处设置有单向阀(63)、所述补水管(62)下端穿过所述盒体(31)下端置于该盒体(31)外。
2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢装置，其特征在于，所述电池组(32)包括电池(320)，所述电池(320)正极端连接设有正极插接座(321)，所述电池(320)负极端连接设有负极插接座(322)，两所述电极棒(33)分别插接于所述正极插接座(321)和负极插接座(322)上。
3.根据权利要求1所述的一种电解水制氢装置，其特征在于，所述补水管(62)内位于所述抽水泵(61)与所述单向阀(63)之间处还设有过滤滤芯。
4.根据权利要求1所述的一种电解水制氢装置，其特征在于，所述盒体(31)上端开设有密封环槽(81)，所述电解室(1)下端向下凸设有能插入所述密封环槽(81)内的密封凸环(82)，所述密封环槽(81)侧壁还开设有若干卡接槽(83)，所述密封凸环(82)外侧壁上设有能相应嵌入所述卡接槽(83)内的若干卡接凸块(84)。
5.根据权利要求1所述的一种电解水制氢装置，其特征在于，所述氧气吸收室(2)上端设有若干第一卡接凸环(91)，所述气体收集室(4)下端设有若干能与所述第一卡接凸环(91)配合卡接的第一卡接环槽(92)，所述电解室(1)上端设有若干第二卡接凸环(93)，所述氧气吸收室(2)下端设有若干能与所述第二卡接凸环(93)配合卡接的第二卡接环槽(94)。
6.一种氢气制备方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任一项所述的电解水制氢装置依次执行以下步骤：
S1、将电解水制氢装置放入水池中，然后启动装置；
S2、补水组件将水池中的水抽送至电解室内，然后反应发生器启动对电解室内的水进行电解反应并产生氢氧混合气体；
S3、氢氧混合气体上升穿过氧气吸收室，氧气吸收室对氢氧混合气体内的氧气进行吸收储存，剩余氢气继续穿过氧气吸收室并到达气体收集室进行回收；
S4、待气体收集室内的氢气回收完成后，加热组件启动加热，氧气吸收室受热释放氧气，氧气上升至气体收集室进行回收。
7.根据权利要求6所述的一种氢气制备方法，其特征在于，步骤S2中，还包括有以下步骤：
S201，补水组件将水池中的水抽送至电解室内至第二水位检测头水平面时，反应发生器启动对电解室内的水进行电解反应并产生氢氧混合气体；
S202，电解室内的水位上升至第一水位检测头水平面时，补水组件关闭；
S203，当电解室内的水位下降至第二水位检测头水平面时，补水组件重新启动，然后回到步骤S202。
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