CN207452267U - 利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，属于能源开发技术领域。包括电解室、电极、第一导电体、第二导电体、第一承重导电架、第二承重导电架、第三导电体及顶盖；在电解室中设置有电极室，电极室中有电极，电极由惰性电极和活性电极组成，交替刚性的安装在第一导电体及第二导电体之间，活性电极固定在第一导电体上，惰性电极固定在第二导电体上，第一导电体和第二导电体分别固定在第一承重导电架、第二承重导电架上；顶盖上端设置有排气管，电解室的下端设置有进水管。本实用新型采用由成组交替的活性与惰性电极组成的装置能够分开制备氢气和氧气，在不使用分离膜的情况下，提高了气体的压强，降低单位能耗，提高了装置生产率。
Description
技术领域
本实用新型属于能源开发技术领域，具体涉及一种利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置。
背景技术
氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。同时，氢也是一种理想能源，因此吸引着人们对于制备氢气的方法和装置的研究。传统的利用碱性电解液电解水制备高压氢气和氧气需要耗费大量电能，一直以来都很难高效的低能耗的制备氢气和氧气，同时也无法在不使用压缩装置的情况下制备出高压氢气和氧气。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，包括电解室1、电极2、第一导电体5、第二导电体6、第一承重导电架7、第二承重导电架8、第三导电体11及顶盖12；其中，顶盖12位于电解室 1的上部，并通过第三导电体11连接，第一承重导电架7与第二承重导电架8 竖直放置在电解室内，第一承重导电架7位于电解室1中间，上端与第三导电体 11连接，下端与电解室1底部连接，第二承重导电架8焊接在电解室的两侧内壁上；在电解室1中设置有电极室，电极室中有电极2，电极2由惰性电极3和活性电极4组成，交替刚性的安装在第一导电体5及第二导电体6之间，活性电极4固定在第一导电体5上，惰性电极3固定在第二导电体6上，第一导电体5 和第二导电体6分别固定在第一承重导电架7、第二承重导电架8上；第一导电体5通过第一承重导电架7与第三导电体11相连，第二导电体6通过第二承重导电架8和电解室1相连；顶盖12上端设置有排气管，电解室1的下端设置有进水管。
进一步地，所述的活性电极4为由多孔镍或者铁通过烧结制得的金属块，质量20-24kg，惰性电极3为铁片。
进一步地，所述的第三导电体11为圆盘形法兰，第一导电体5和第二导电体6及第三导电体11均由钢制品制得。
进一步地，所述的电解室中充满碱性电解液，质量浓度为20％-25％。
进一步地，所述的电极室个数为1-3。
进一步地，所述的第一承重导电架7、第二承重导电架8是由钢制品制得。
进一步地，所述的第一导电体5和第二导电体6分别通过第一螺纹9和第二螺纹10固定在第一承重导电架7、第二承重导电体8上。
本实用新型的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，工作原理如下：首先电解室1中充满碱性电解液，渗入到安装在电解室1里的所有部件中，电解室 1和第三导电体11加上正负号周期交替的电位。例如，如果在第三导电体11上加上正电位，而在电解室1上加上负电位，由于电解室1连接第二承重导电架8，又连接第二导电体6，而惰性电极3与第一导电体5相连，所以也就是说惰性电极加上负电位变为阴极释放氢气，相应的反应①：
H2O+e-＝1/2H2+OH- ①
同时第三导电体11与第一承重导电架7和第一导电体5相连，而活性电极 4与第一导电体5相连，所以也就是说活性电极4加上正电位变为阳极，释放的氧气被活性电极4吸收，释放氢气的过程持续到活性电极4完全被氧化。在完全氧化之后改变电极的极性。第三导电体11接负电位，电解室1接正电位。这时候惰性电极3处于阳极工作状态，而活性电极4处于阴极工作状态。所以在惰性电极3上释放氧气，相应的反应②：
2OH-＝H2O+1/2O2+2e- ②
同时进行活性电极4的还原，释放的氢气被活性电极吸收。释放氧的过程持续到活性电极4完全被还原。然后进行下一个循环。
就是说在氢循环中惰性电极上只释放氢，在氧循环中在惰性电极上只释放氧。
释放的气体通过安装在顶盖12上的排气管排出，电解过程所用的水通过电解室1底部的进水管注入。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
(1)、本实用新型采用由成组交替的活性与惰性电极组成的装置能够分开制备氢气和氧气，在不使用分离膜的情况下，提高了气体的压强，降低单位能耗，提高了装置生产率。
(2)、活性和惰性电极间隔的安装降低了电解室中气液流液压阻力，提高了生产率，由于各部件可拆卸，保证了装置的高维修性，从而提高了装置的操作安全性。
(3)、同时可以串联多个高压电解室，每个电解室内又可以安装多组电极组，极大的提高了电解效率以及气体产率。
附图说明
图1为本实用新型的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置的结构示意图；
图2为本实用新型的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置的俯视图；
图中：电解室1、电极2、惰性电极3、活性电极4、第一导电体5、第二导电体6、第一承重导电架7、第二承重导电架8、第一螺纹9、第二螺纹10、第三导电体11、顶盖12。
具体实施方式
实施例1
本实用新型的一种利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，电解室为由合金钢铸造的40升的高压电解室，容器壁厚度为6mm，电解室长度为1050mm，直径219mm，电解室1重量51.5kg。在电解室中分布有3个尺寸为301х12х16 的电极室，间距为60mm，电极室中设置有电极2，电极2由惰性电极3和活性电极4组成，活性电极为多孔铁制得的金属块质量20kg，首先将20kg铁粉和10kg 铝粉利用球磨机混合，之后在氢气氛围下在管式炉中烧结成块，烧结温度为 800℃，烧结完成后将金属块放入30％氢氧化钾溶液中溶解掉铝形成多孔金属块。惰性电极为铁片，电解室中充满浓度为20％的氢氧化钾溶液。第一、第二、第三导电体以及第一、第二承重架均由钢制品制得。
装置由电解室1、电极2、顶盖12、活性电极4和惰性电极3、第一导电体 5和第二导电体6、第一承重导电架7、第二承重导电架8、第一螺纹9，第二螺纹10、第三导电体11组成；其中，在电解室中设置有电极室，电极室中有电极 2，电极2由惰性电极3和活性电极4组成，交替刚性的安装在第一导电体5及第二导电体6之间，第三导电体11为圆盘形法兰连接顶盖12和电解室1，第一承重导电架7上端焊接在第三导电体11上，下端焊接在电解室1底部，第二承重导电架8对称焊接在电解室1的两侧内壁上。活性电极4固定在第一导电体5 上，惰性电极3固定在第二导电体6上，第一导电体5和第二导电体6分别通过第一螺纹9和第二螺纹10固定在第一承重导电架7、第二承重导电体8上；第一导电体5通过第一承重导电架7与第三导电体11相连，第二导电体6通过第二承重导电架8和电解室1相连；顶盖12上端设置有排气管，电解室1的下端设置有进水管。
装置这样工作：首先电解室1中充满碱性电解液，渗入到安装在电解室1 里的所有元件中，电解室1和第三导电体11加上正负号周期交替的电位。如果在第三导电体11上加上正电位，而在电解室1上加上负电位，由于电解室1连接第二承重导电架8，又连接第一导电体6，而惰性电极3与第一导电体6相连，所以也就是说惰性电极加上负电位变为阴极释放氢气，相应的反应①：
H2O+e-＝1/2H2+OH-①
同时第三导电体11与第一承重导电架7和第一导电体5相连，而活性电极 4与第一导电体5相连，所以也就是说活性电极4加上正电位变为阳极，释放的氧气被活性电极4吸收，释放氢气的过程持续到活性电极4完全被氧化。在完全氧化之后改变电极的极性。第三导电体11接负电位，电解室1接正电位。这时候惰性电极3处于阳极工作状态，而活性电极4处于阴极工作状态。所以在惰性电极3上释放氧气，相应的反应②：
2OH-＝H2O+1/2O2+2e②
同时进行活性电极4的还原，释放的氢气被活性电极吸收。释放氧的过程持续到活性电极4完全被还原，然后进行下一个循环。
就是说在氢循环中惰性电极上只释放氢，在氧循环中在惰性电极上只释放氧。
释放的气体通过安装在顶盖12上的排气管排出，电解过程所用的水通过电解室1底部的进水管注入。
装置的氢气产量为0.8立方米/小时，氧气产量为0.4立方米/小时。
Claims (7)
1.利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，其特征在于：包括电解室(1)、电极(2)、第一导电体(5)、第二导电体(6)、第一承重导电架(7)、第二承重导电架(8)、第三导电体(11)及顶盖(12)；其中，顶盖(12)位于电解室(1)的上部，并通过第三导电体(11)连接，第一承重导电架(7)与第二承重导电架(8)竖直放置在电解室内，第一承重导电架(7)位于电解室(1)中间，第一承重导电架(7)上端与第三导电体(11)连接，下端与电解室(1)底部连接，第二承重导电架(8)焊接在电解室的两侧内壁上；在电解室中设置有电极室，电极室中有电极(2)，电极(2)由惰性电极(3)和活性电极(4)组成，交替刚性的安装在第一导电体(5)及第二导电体(6)之间，活性电极(4)固定在第一导电体(5)上，惰性电极(3)固定在第二导电体(6)上，第一导电体(5)和第二导电体(6)分别固定在第一承重导电架(7)、第二承重导电架(8)上；顶盖(12)上端设置有排气管，电解室(1)的下端设置有进水管。
2.如权利要求1所述的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，其特征在于：所述的活性电极(4)为由多孔镍或铁通过烧结制得的金属块，质量为20-24kg；所述的惰性电极(3)为铁片。
3.如权利要求1所述的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，其特征在于：所述的第三导电体(11)为圆盘形法兰；第一导电体(5)和第二导电体(6)及第三导电体(11)均由钢制品制得。
4.如权利要求1所述的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，其特征在于：所述的电解室(1)中充满碱性电解液，质量浓度为20％-25％。
5.如权利要求1所述的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，其特征在于：所述的电极室个数为1-3。
6.如权利要求1所述的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，其特征在于：所述的第一承重导电架(7)、第二承重导电架(8)是由钢制品制得。
7.如权利要求1所述的利用成组电极制备高压氢气和氧气的装置，其特征在于：所述的第一导电体(5)和第二导电体(6)分别通过第一螺纹(9)和第二螺纹(10)固定在第一承重导电架(7)、第二承重导电架(8)上。
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