CN117364111A - 一种海水电解制氢设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制氢设备领域的一种海水电解制氢设备，包括底座以及电解槽和真空沸腾造水机，电解槽内填充有碱液，电解槽连通有碱液出液管，碱液出液管通过管道组件与真空沸腾造水机的热源进管连通，真空沸腾造水机通过热源出管连通有碱液回流管，碱液回流管与电解槽连通，本发明通过电解槽内碱液的循环换热，将碱液吸收的电解槽余热作为热源输送到真空沸腾造水机内，进行海水的真空蒸发，再将真空沸腾造水机制造的纯水作为电解槽的水源，两者实现物质和能量的耦合，实现电解槽余热的高效利用，同时，将海水进行高效淡化，使得设备的集成度大大提高，减小体积占用，实现能源高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种制氢设备，特别是涉及应用于海水制氢领域的一种海水电解制氢设备。
背景技术
海水制氢是一种利用海水中的水分子进行电解反应产生氢气的技术。它可以被视为一种可再生能源的替代解决方案，因为海水相对充足且氢气是一种清洁的能源，在海水制氢的过程中，电解和离子选择膜是至关重要的两个环节。
传统的海水电解制氢设备需要提前将海水通过反渗透膜装置对海水进行淡化处理，设备运行压力高、能耗大，需要多级过滤，滤芯需要经常更换，采购及维护成本高，另外，电解过程中产生的热量全部通过冷却系统将热量散失了，没有能够得到充分利用。
申请内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是传统的海水制氢设备无法充分利用电解余热。
为解决上述问题，本发明提供了一种海水电解制氢设备，包括底座，底座上安装有电解槽和真空沸腾造水机，电解槽内腔连通有纯水加注管，纯水加注管连通有第二抽液泵，第二抽液泵连通有纯水流出管，纯水流出管与真空沸腾造水机连通；电解槽内填充有碱液，电解槽下部固定连接有与其内腔连通的碱液出液管，碱液出液管连通有第一抽液泵，第一抽液泵连通有碱液注液管，碱液注液管与真空沸腾造水机的热源进管连通，真空沸腾造水机连通有热源出管，热源出管连通有碱液回流管，碱液回流管与电解槽内腔上部连通。
在上述海水电解制氢设备中，通过将真空沸腾造水机与电解槽耦合，实现电解槽余热的高效利用和纯水的高效供给，提高集成度并降低能源消耗。
作为本申请进一步的改进，还包括温度调节机构，温度调节机构包括安装在底座上的风冷散热器以及安装在真空沸腾造水机上的辅助加热装置，风冷散热器通过风冷进液管与碱液出液管连通，碱液出液管与电解槽连通处安装有第一温度传感器，碱液出液管与风冷进液管连通处安装有电磁阀，风冷散热器连通有风冷出液管，碱液出液管位于电磁阀右侧部分与风冷出液管连通，风冷出液管与碱液出液管连通处安装有第二温度传感器，电磁阀、第一温度传感器和第二温度传感器三者电性连接有控制终端。
作为本申请进一步的改进，控制终端包括计算模块，计算模块的输出端连接有温度监测模块，温度监测模块的输入端分别与第一温度传感器和第二温度传感器连接，计算模块的输出端连接有温度调节模块，温度调节模块的输出端分别连接有电磁阀和风冷散热器，计算模块的输出端连接有启动加热模块，启动加热模块的输出端连接有辅助加热装置，计算模块的输出端连接有流速控制模块，流速控制模块的输出端分别连接有第一抽液泵和第二抽液泵。
作为本申请进一步的改进，纯水流出管与真空沸腾造水机连通处设有纯水缓冲罐，电解槽内安装有用来检测碱液液位高度的液位传感器，控制终端内设有液位监测模块，液位监测模块的输出端与计算模块连接，液位监测模块的输入端与液位传感器连接。
作为本申请进一步的改进，电解槽壳体为空心的箱体结构，电解槽内安装有用来电解水的电极板，真空沸腾造水机上部连通有海水加注管。
作为本申请进一步的改进，辅助加热装置包括延伸至真空沸腾造水机内部的加热丝以及安装在真空沸腾造水机前端的温控装置。
作为本申请进一步的改进，风冷散热器包括开设有条形通风孔的外壳，外壳内安装有与风冷进液管和风冷出液管两者连通且呈S形的换热管，换热管内侧安装有风机，风机与壳体固定连接。
作为本申请进一步的改进，该海水电解制氢设备操作方法包括如下步骤：
步骤一，通过控制终端启动辅助加热装置，对注入到真空沸腾造水机内的海水进行加热蒸发；
步骤二，通过控制终端启动电解槽、第一抽液泵和第二抽液泵，将电解槽的余热作为热源供给真空沸腾造水机，真空沸腾造水机进行真空蒸发产生的纯水作为电解槽的纯水水源，实现纯水补充和余热利用；
步骤三，通过第一温度传感器监测碱液温度，当碱液温度过高时，启动温度调节机构，将碱液注入到风冷散热器进行降温处理；通过液位传感器监测电解槽内的碱液的液位，当电解槽内的碱液液位低于阈值时启动第二抽液泵及时补充电解槽内的纯水。
综上所述，本发明通过电解槽内碱液的循环换热，将碱液吸收的电解堆余热作为热源输送到真空沸腾造水机内，进行海水的真空蒸发，再将真空沸腾造水机制造的纯水作为电解槽的水源，两者实现物质和能量的耦合，实现电解槽余热的高效利用，同时，将海水进行高效淡化，使得设备的集成度大大提高，减小体积占用，实现能源高效利用。
附图说明
图1为本申请中本发明的前侧视角的立体结构示意图；
图2为本申请中本发明的俯视视角的立体结构示意图；
图3为本申请中本发明的剖视结构示意图；
图4为本申请第2种实施方式中的模块结构示意图；
图5为本申请第2种实施方式中工艺流程图。
图中标号说明：
1、电解槽；2、液位传感器；3、碱液出液管；4、第一抽液泵；5、碱液注液管；6、热源进管；7、热源出管；8、碱液回流管；9、纯水流出管；10、第二抽液泵；11、纯水加注管；12、海水加注管；13、风冷散热器；14、风冷进液管；15、风冷出液管；16、电磁阀；17、第一温度传感器；18、第二温度传感器；19、控制终端；20、真空沸腾造水机；21、辅助加热装置；22、纯水缓冲罐。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的2种实施方式作详细说明。
第1种实施方式：
图1-3示出一种海水电解制氢设备，包括底座，底座上安装有电解槽1和真空沸腾造水机20，电解槽1内腔连通有纯水加注管11，纯水加注管11连通有第二抽液泵10，第二抽液泵10连通有纯水流出管9，纯水流出管9与真空沸腾造水机20连通；所述电解槽1内填充有碱液，电解槽1下部固定连接有与其内腔连通的碱液出液管3，碱液出液管3连通有第一抽液泵4，第一抽液泵4连通有碱液注液管5，碱液注液管5与真空沸腾造水机20的热源进管6连通，真空沸腾造水机20连通有热源出管7，热源出管7连通有碱液回流管8，碱液回流管8与电解槽1内腔上部连通。
具体的，通过将真空沸腾造水机20与电解槽1耦合，通过真空沸腾造水机20将海水转化为纯水并为电解槽1直接提供纯水，同时，将电解槽1在电解过程中产生的余热作为热源通过碱液循环注入到真空沸腾造水机20内，实现了电解槽1余热利用，提高系统的集成度，减小制氢设备的体积，实现能量的综合利用。
请参阅图3，电解槽1壳体为空心的箱体结构，电解槽1内安装有用来电解水的电极板，真空沸腾造水机20上部连通有海水加注管12。
具体的，通过碱液对电机板进行包裹吸热，实现对电解槽1余热的充分利用。
请参阅图3，真空沸腾造水机20上安装有辅助加热装置21，辅助加热装置21包括延伸至真空沸腾造水机20内部的加热丝以及安装在真空沸腾造水机20前端的温控装置。
具体的，在制氢设备冷启动时，由于电解槽1的余热量较小，碱液的温度较低无法作为真空沸腾造水机20的热源，此时需要辅助加热装置21对海水进行加热蒸发。
第2种实施方式：
图2-5示出一种海水电解制氢设备，在第1种实施方式基础上，还包括温度调节机构，温度调节机构包括安装在底座上的风冷散热器13，风冷散热器13通过风冷进液管14与碱液出液管3连通，碱液出液管3与电解槽1连通处安装有第一温度传感器17，碱液出液管3与风冷进液管14连通处安装有电磁阀16，风冷散热器13连通有风冷出液管15，碱液出液管3位于电磁阀16右侧部分与风冷出液管15连通，风冷出液管15与碱液出液管3连通处安装有第二温度传感器18，电磁阀16、第一温度传感器17和第二温度传感器18三者电性连接有控制终端19；
控制终端19包括计算模块，计算模块的输出端连接有温度监测模块，温度监测模块的输入端分别与第一温度传感器17和第二温度传感器18连接，计算模块的输出端连接有温度调节模块，温度调节模块的输出端分别连接有电磁阀16和风冷散热器13，计算模块的输出端连接有启动加热模块，启动加热模块的输出端连接有辅助加热装置21，计算模块的输出端连接有流速控制模块，流速控制模块的输出端分别连接有第一抽液泵4和第二抽液泵10。
具体的，当碱液流入到碱液出液管3内时，第一温度传感器17对导热温度进行监测，当电解槽1流出的碱液温度低于阈值范围时(该阈值为作为真空沸腾造水机20的热源的温度范围)，控制终端19启动辅助加热装置21，通过辅助加热装置21为真空沸腾造水机20提供初始热能；当第一温度传感器17检测到碱液温度达到阈值范围时，关闭辅助加热装置21，利用电解槽1的余热作为真空沸腾造水机20的热源；当第一温度传感器17监测到碱液温度高于阈值范围，控制终端19关闭电磁阀16并启动风冷散热器13，使得碱液从碱液出液管3流入到风冷进液管14，然后注入到风冷散热器13中，进行风冷降温，然后再回注碱液出液管3中，通过第二温度传感器18监测风冷散热后的碱液的温度，对风冷后的导热温度进行监测，据此控制风冷散热器13的散热功率，达到节能的目的。
请参阅图2，风冷散热器13包括开设有条形通风孔的外壳，外壳内安装有与风冷进液管14和风冷出液管15两者连通且呈S形的换热管，换热管内侧安装有风机，风机与壳体固定连接。
具体的，通过对流实现风冷降温。
请采参阅图3-5，纯水流出管9与真空沸腾造水机20连通处设有纯水缓冲罐22，电解槽1内安装有用来检测碱液液位高度的液位传感器2，控制终端19内设有液位监测模块，液位监测模块的输出端与计算模块连接，液位监测模块的输入端与液位传感器2连接。
具体的，通过纯水缓冲罐22对真空沸腾造水机20流出的纯水进行收集，通过液位传感器2监测电解槽1内的碱液的液位高度，当碱液液位高度低于阈值时，启动第二抽液泵10将纯水注入到电解槽1内进行纯水补充，当液位高度达到阈值范围后，关闭第二抽液泵10。
请参阅图5，该海水电解制氢设备操作方法包括如下步骤：
步骤一，通过控制终端19启动辅助加热装置21，对注入到真空沸腾造水机20内的海水进行加热蒸发；
步骤二，通过控制终端19启动电解槽1、第一抽液泵4和第二抽液泵10，将电解槽1的余热作为热源供给真空沸腾造水机20，真空沸腾造水机20进行真空蒸发产生的纯水作为电解槽1的纯水水源，实现纯水补充和余热利用。
步骤三，通过第一温度传感器17监测碱液温度，当碱液温度过高时，启动温度调节机构，将碱液注入到风冷散热器13进行降温处理；通过液位传感器2监测电解槽1内的碱液的液位，当电解槽1内的碱液液位低于阈值时启动第二抽液泵10及时补充电解槽1内的纯水。
结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种海水电解制氢设备，其特征在于，包括底座，所述底座上安装有电解槽(1)和真空沸腾造水机(20)，电解槽(1)内腔连通有纯水加注管(11)，纯水加注管(11)连通有第二抽液泵(10)，第二抽液泵(10)连通有纯水流出管(9)，纯水流出管(9)与真空沸腾造水机(20)连通；所述电解槽(1)内填充有碱液，电解槽(1)下部固定连接有与其内腔连通的碱液出液管(3)，碱液出液管(3)连通有第一抽液泵(4)，第一抽液泵(4)连通有碱液注液管(5)，碱液注液管(5)与真空沸腾造水机(20)的热源进管(6)连通，真空沸腾造水机(20)连通有热源出管(7)，热源出管(7)连通有碱液回流管(8)，碱液回流管(8)与电解槽(1)内腔上部连通。
2.根据权利要求1所述的一种海水电解制氢设备，其特征在于，还包括温度调节机构，温度调节机构包括安装在底座上的风冷散热器(13)以及安装在真空沸腾造水机(20)上的辅助加热装置(21)，风冷散热器(13)通过风冷进液管(14)与碱液出液管(3)连通，碱液出液管(3)与电解槽(1)连通处安装有第一温度传感器(17)，碱液出液管(3)与风冷进液管(14)连通处安装有电磁阀(16)，风冷散热器(13)连通有风冷出液管(15)，碱液出液管(3)位于电磁阀(16)右侧部分与风冷出液管(15)连通，风冷出液管(15)与碱液出液管(3)连通处安装有第二温度传感器(18)，电磁阀(16)、第一温度传感器(17)和第二温度传感器(18)三者电性连接有控制终端(19)。
3.根据权利要求2所述的一种海水电解制氢设备，其特征在于，所述控制终端(19)包括计算模块，计算模块的输出端连接有温度监测模块，温度监测模块的输入端分别与第一温度传感器(17)和第二温度传感器(18)连接，计算模块的输出端连接有温度调节模块，温度调节模块的输出端分别连接有电磁阀(16)和风冷散热器(13)，计算模块的输出端连接有启动加热模块，启动加热模块的输出端连接有辅助加热装置(21)，计算模块的输出端连接有流速控制模块，流速控制模块的输出端分别连接有第一抽液泵(4)和第二抽液泵(10)。
4.根据权利要求3所述的一种海水电解制氢设备，其特征在于，所述纯水流出管(9)与真空沸腾造水机(20)连通处设有纯水缓冲罐(22)，电解槽(1)内安装有用来检测碱液液位高度的液位传感器(2)，控制终端(19)内设有液位监测模块，液位监测模块的输出端与计算模块连接，液位监测模块的输入端与液位传感器2连接。
5.根据权利要求1所述的一种海水电解制氢设备，其特征在于，所述电解槽(1)壳体为空心的箱体结构，电解槽(1)内安装有用来电解水的电极板，真空沸腾造水机(20)上部连通有海水加注管(12)。
6.根据权利要求2所述的一种海水电解制氢设备，其特征在于，所述辅助加热装置(21)包括延伸至真空沸腾造水机(20)内部的加热丝以及安装在真空沸腾造水机(20)前端的温控装置。
7.根据权利要求2所述的一种海水电解制氢设备，其特征在于，所述风冷散热器(13)包括开设有条形通风孔的外壳，外壳内安装有与风冷进液管(14)和风冷出液管(15)两者连通且呈S形的换热管，换热管内侧安装有风机，风机与壳体固定连接。
8.根据权利要求4所述的一种海水电解制氢设备，其特征在于，该海水电解制氢设备操作方法包括如下步骤：
步骤一，通过控制终端(19)启动辅助加热装置(21)，对注入到真空沸腾造水机(20)内的海水进行加热蒸发；
步骤二，通过控制终端(19)启动电解槽(1)、第一抽液泵(4)和第二抽液泵(10)，将电解槽(1)的余热作为热源供给真空沸腾造水机(20)，真空沸腾造水机(20)进行真空蒸发产生的纯水作为电解槽(1)的纯水水源，实现纯水补充和余热利用；
步骤三，通过第一温度传感器(17)监测碱液温度，当碱液温度过高时，启动温度调节机构，将碱液注入到风冷散热器(13)进行降温处理；通过液位传感器(2)监测电解槽(1)内的碱液的液位，当电解槽(1)内的碱液液位低于阈值时启动第二抽液泵(10)及时补充电解槽(1)内的纯水。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117904675A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 浙江大学 | 基于渗透环境调控的海水直接制氢控制装置及控制方法 |
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2023
- 2023-10-12 CN CN202311316380.5A patent/CN117364111A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117904675A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 浙江大学 | 基于渗透环境调控的海水直接制氢控制装置及控制方法 |
| CN117904675B (zh) * | 2024-03-19 | 2024-05-31 | 浙江大学 | 基于渗透环境调控的海水直接制氢控制装置及控制方法 |
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