CN202152368U - 高效低能耗电解水制氢装置 - Google Patents
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Abstract
一种高效节低能耗电解水制氢装置，其包括一个电解槽，在该电解槽中设置有成对的电解电极，其特征在于：在所述电解槽的外面还设有成对的外电场电极，在靠近电解电极的负极一侧设置外电场负极，在靠近电解电极的正极一侧设置外电场正极。还可以在电解槽上设置电解液外循环系统。本实用新型采用外加电场和电解液循环两种措施来驱赶H+向负极快速运动，可以大幅提高制氢效率，降低电耗，同时具有安装方便保护环境无污染等优点，为将来的氢汽车加氢站和车用氢能源提供了实用保证。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高效低能耗电解水制氢装置。
背景技术
众所周知，人类在进入21世纪后，世界石油资源越来越紧张，世界各国对新能源的寻找和开发都加快了步伐，投入了更多的人力和财力。但是能永久代替石油的新能源，当属氢。氢气单质在自然界中存在很少，绝大多数存在于水中，现在制氢的方法大致有以下几种：用石油制氢、用煤制氢、用生物制氢、电解水制氢，前三种属于大型制氢企业，不可移动，而电解水制氢，却是小型装置，可移动，并可方便的安装在加氢站中，减去了大型企业制氢装瓶运输等不可缺少的环节。
在新能源汽车方面，先进国家早已试制成功，但在氢能供应上却出现了问题，一旦瓶装氢用完后中途没有补给的加氢站，氢汽车就得抛锚，而大型制氢企业又不能分设来制氢，必需装瓶外运到加氢站才能满足氢汽车的需要，这一环节费用极高的问题很难解决，使得氢汽车一直处在无米之炊的局面。
电解水制氢装置虽可移动，又可方便的设在加氢站中生产氢气，世界各国投入大量人力财力开发，但至今在经济指标上还是负值，即投入大于产出。欧美国家电解水制出每立方米氢气需用4.5－5.5kwh电能，我国电解水制氢需用5.5－6.5kwh/m3电能。这种指标在市场经济中是没有竞争力的，故难以实现市场化。为解决这一问题，让氢汽车实现普遍使用，就必须研发出一种高效低能耗的电解水制氢装置。
所述电解槽是盛电解液之用，电极由正负极组成，在通电的情况下，电解液中的H+便可向负极移动，在负极上得一电子形成氢气而析出。 现有理论计算电压为1.229伏，实际实用为6V左右，形成电场极小，只靠电子与负极的引力来使H+向负极运动，所以运动很慢，析出氢很少。为加快氢的电解速度，各国都在采用稀有金属作电解电极，如选用镍、钼、钛、铱、钌、钽等，同时还进行高效催化剂的研究，以提高氢的产量，但效果不佳，分析其原因，皆是H+只在电解电极的作用力下而移动缓慢所至。又因电解液是导电的，如为提高电解电极的作用力而提升电压过高，就会使电解液温度升高，甚至造成短路而不能工作。
实用新型内容
本实用新型的目的在于改进现在电解水制氢装置在理论与技术上的不足，提供一种高效低耗能的电解水制氢装置。
本电解水制氢装置在原有的电解理论基础上，给予扩充，首次选用了在电解过程中施加外力，促进电解液中的氢离子加速向负极移动，从而提高氢气的生产效率。
为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案：
一种高效低耗能的电解水制氢装置，其包括一个电解槽，在该电解槽中设置有成对的电解电极，其特点是，在所述电解槽的外面还设有成对的外电场电极，在靠近电解电极的负极一侧设置外电场负极，在靠近电解电极的正极一侧设置外电场正极。
进一步地，在所述电解槽上还可以设有电解液循环系统，即在相对于两个所述电解电极所在处的电解槽的槽壁上设有穿孔，在该电解槽外的该两侧的所述穿孔上连接一电解液外循环管路，在该电解液外循环管路上设置泵和阀门。
在电解液循环系统中，在所述电解槽的相对于所述电解电极所在的两侧壁自上而下均布至少两个所述穿孔，每个穿孔上连接一根外循环支管，同侧的各所述外循环支管连接在所述电解液外循环管路的一端上。这样的外循环管结构，可以使得电解槽中的电解液从上到下都能够同步地流动起来，使得电解电极在整个液体深度上都能够高效率的制氢。
所述电解液外循环管路上设置电解液箱。
为了使得通过电解电极的液体在整个液体深度上的流动更加均匀，还可以在所述电解电极中负极和具有所述穿孔的槽侧壁之间设置一辅助隔板，该辅助隔板为其上均布孔眼的多孔板。
所述电解电极中，所述负极的横截面大于正极的横截面；和/或，所述电解电极中，所述负极优选为网状电极。
在所述电解电极上连接导线构成回路，在该回路中设有变压器，通过该变压器连接电源。所述电解电极由整流变压器供电。
在所述外电场电极上连接导线构成回路，在该回路中设有变压器，通过该变压器连接电源。外加电场电极由整流变压器供电。
外电场电极的回路和电解电极的回路连接在一主电路上，在主电路上设置一总开关，所有电器部分都由设置在主电路上的该总开关控制。
电解电极的电压较低，一般在10V一下，通常为6V左右，外电场电极的电压较高，太那个过需要几百伏。但是，外电场并不耗费电能。外电场意在加大对氢离子的推动力和打破电解液的电离度的约束，使氢离子获得更大的自由性，增大电解液中氢离子浓度。
本实用新型提供的高效低耗能的电解水制氢装置，其可以包括若干个所述电解槽，各个所述电解槽上的所述电解液外循环管路连接一总电解液箱。
各个所述电解槽外设置的外电场电极的导线并联，并与一变压器连接，通过该变压器与电源连接。
各个所述电解槽可以是设置在一机架上。
本实用新型通过用所述的外电场对电解液中H+施加作用力，使得在成对的电解电极之间的H+加速向电解电极的负极移动，由此，可以提高电解制氢的效率。进一步地，增加使电解液强制流动的电解液循环系统，采用让电解液在电解槽中定向流动的措施，在电解液流动中，带动H+向负极移动，更加速氢的析出。
本实用新型为提高产氢的效率，加快H+在电解液中向负极移动，提高氢的产出量，特设计一种外电场装置，设在电解槽外，不与电解液接触，使电解液中的H+受电场力作用快速向负极运动，同时还设计了电解液循环系统，也可使电解液在电泵作用下，向负极方向流动，带动H+加速与负极接触快速析出氢气来提高效率。所产氢气经电解槽，电解槽上盖和管路输入贮气罐中。
本实用新型提供的高效低耗能的电解水制氢装置，其可以包括若干个所述电解槽，各个所述电解槽设置在一机架上，各个所述电解槽上的所述电解液外循环管路上连接一总电解液箱。
若干个所述电解槽外设置的外电场电极的导线并联，并与一变压器连接，通过该变压器与电源连接；和/或，各个所述电解电极上的导线并联，并与一变压器连接，通过该变压器连接电源。
所述电解液循环系统，设在电解槽外面，当加入电解液后，便可接通所述泵的电源，这时电解液便可沿管路运行，带动电解液中的H+向负极运动来提高制氢效率，同时这一系统还具有给电解液散热的作用。
由于该装置体积不大，可制成撬式和微型，可方便的安装在未来加氢站中供应氢汽车使用。
本实用新型提供的高效低能耗电解水制氢装置，理论新颖，结构简单，制造方便，采用电解电极、外电场电极和流动系统提供的三种作用力对H+进行推动，从而可大幅提高制氢效率。充分保证电耗从4.5－5.5kwh/m3降至4.3kwh/m3以下（国家863计划指标）。同时采用电解液闭路循环、防止污染环境。为各加氢站提供良好的制氢设备，为实现制氢工业进入市场经营打下良好基础。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1 为本实用新型提供的由多个电解槽构成的高效低耗能的电解水制氢装置的结构示意图。
图2为电解水制氢装置中电解电极和外电场电极与电源连接的变压器的结构示意图。
图3 本实用新型提供的一种单组电解槽的高效低耗能的电解水制氢装置的结构示意图。
图4为本实用新型提供的另一种单组电解槽的高效低耗能的电解水制氢装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图3所示，本实用新型提供的单组电解槽的高效低耗能的电解水制氢装置包括有电解槽1、电解电极的负极3和正极4。该电解电极的这组电极联接在变压器14上。如图2所示，在该变压器连接的回路中设电源开关15。
如图3所示，在电解槽1的外面还设有成对的外电场电极，在靠近电解电极的负极3一侧设置外电场负极5，在靠近电解电极的正极4一侧设置外电场正极6。该外电场的这组电极连接在变压器16上。在该变压器连接的回路中设电源开关17。
当在电解槽中加入电解液后，接通电源就可进行低效电解产出氢气。
为增加氢的产量使H+受力快速向负极移动，增加的外电场负电极5和正电极6，这组电极与变压器16联接，变压器16调节电压寻找使H+受力最隹值。
为减小电解液升温，加快H+向负极3移动特增设了电解液循环系统，它们由电解槽1、管路10、电泵11、阀门12和电解液箱9组成，在相对于两个电解电极的负极3和正极6所在处的电解槽的槽壁上设有穿孔，在该电解槽外的该两侧的所述穿孔上连接一电解液外循环管路，在该电解液外循环管路上设置泵11和阀门12。
如图3所示的电解液循环系统中，在所述电解槽1的相对于电解电极的负极3和正极6所在的两侧壁自上而下均布两个穿孔，每个穿孔上连接一根所述外循环支管，同侧的各外循环支管连接所述电解液外循环管路10的一端。这样的外循环管结构，可以使得电解槽中的电解液从上到下都能够同步地流动起来，使得电解电极在整个液体深度上都能够高效率的制氢。在外循环管路10上连接有电解液箱9。
在电解槽的上盖4上，靠近电解电极的负极处开孔，连接排气支管8，供产生的氢气排出，在靠近电解电极的正极处开孔，连接排气支管18，供产生的氧气排出。
当开动泵11时，电解液就可在电解槽中进行从正极4向负极3方向的流动，达到带动H+向电解电极负极3移动和使电解液降温这两目的。
上述的电解槽可以是若干个，如图1所示，都集中装配在机架19上，成一整体。各个电解槽的电解液循环系统中的电解液箱9可以是一个。各个电解槽的氢气排出管可以连接一氢气总管20，该氢气总管20连接一氢气储罐13。根据产氢量的需要，可选择一定数量的单体电解槽组成一个较大的电解水制氢装置，以便运输到位各供氢站使用。
实施例2：
如图4所示：本实用新型包括有电解电极负极3可以为网状电极，这样的电极可以增大对H+捕捉量和使电解液顺利流过。为了使得通过电解电极的液体在整个液体深度上的流动更加均匀，还可以在所述电解电极中负极和具有所述穿孔的槽侧壁之间设置一辅助隔板2，该辅助隔板2为其上均布孔眼的多孔板。其作用是使电解液流动时能较均匀通过电解电极负极3，从而提高氢的产出。变压器14、电源开关15与电解电极3、4联接，变压器16、电源开关17与外电场电极5、6联接，为保证安全这些设备都设在电气室内，经电缆与两组电极联接。
如图3、4所示，为了使得电解电极的负极制氢气速度更快，可以通过提高负极3与电解液的接触面积来实现。其中一个措施是，使得负极4的横截面大于正极的横截面。
Claims (10)
1.一种高效低耗能的电解水制氢装置，其包括一个电解槽，在该电解槽中设置有成对的电解电极，其特征在于：在所述电解槽的外面还设有成对的外电场电极，在靠近电解电极的负极一侧设置外电场负极，在靠近电解电极的正极一侧设置外电场正极。
2.根据权利要求1所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：在所述电解槽上还设有电解液循环系统，即在相对于两个所述电解电极所在处的电解槽的槽壁上设有穿孔，在该电解槽外的该两侧的所述穿孔上连接一电解液外循环管路，在该电解液外循环管路上设置泵和阀门。
3.根据权利要求2所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：在所述电解液循环系统中，在所述电解槽的相对于所述电解电极所在的两侧壁自上而下均布至少两个所述穿孔，每个穿孔上连接一根所述外循环支管，同侧的各所述外循环支管连接在所述电解液外循环管路的一端。
4.根据权利要求2或3所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：所述电解液外循环管路上设置电解液箱。
5.根据权利要求2所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：在所述电解电极中负极和具有所述穿孔的槽侧壁之间设置一辅助隔板，该辅助隔板为其上均布孔眼的多孔板。
6.根据权利要求1所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：所述电解电极中，所述负极的横截面大于正极的横截面；和/或，所述电解电极中，所述负极为网状电极。
7.根据权利要求1所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：在所述外电场电极上连接导线构成回路，在该回路中设有变压器，通过该调压变压器连接电源。
8.根据权利要求1所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：在所述电解电极上连接导线构成回路，在该回路中设有变压器，通过该变压器连接电源。
9.根据权利要求2或3或5至8之一所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：其包括若干个所述电解槽，各个所述电解槽上的所述电解液外循环管路上连接一总电解液箱。
10.根据权利要求1或2或3或5至8之一所述的高效低耗能的电解水制氢装置，其特征在于：其包括若干个所述电解槽，各个所述电解槽上外设置的外电场电极的导线并联，并与一变压器连接，通过该变压器与电源连接；和/或，各个所述电解电极上的导线并联，并与一变压器连接，通过该变压器连接电源。
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