CN209081999U - 多槽位氢氧分离反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多槽位氢氧分离反应器，其包含：至少二个氢氧分离反应器，至少二个氢氧分离反应器中的每一个包含外槽、内槽、多个连通孔、电解液、第一支持部、第一电极、第一通气管、第二支持部、第二电极以及第二通气管。本实用新型的多槽位氢氧分离反应器能够有效提升电解产氢及产氧的效率，并避免氢氧共存时存在的爆炸风险。

Description

多槽位氢氧分离反应器

技术领域

本实用新型是关于一种氢氧分离反应器，特别是关于一种具有多个反应槽以提升效率的多槽位氢氧分离反应器。

背景技术

电解作用指将电流通过电解质溶液，而在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程。由于电解作用能被应用于进行各种电化学的制备与生产，例如：氯碱工业、电镀、电解水、储能等，因此被视为重要的工业制程之一。

同时，由于科技的进步及环保的意识崛起，对于环境产生较低污染的永续能源的开发备受瞩目。因此，收集利用电解作用而产生的氢气和氧气以储能的面向也相应深具潜力。

传统上均使用单独槽位的电解槽来进行电解作用，虽然单独槽位的电解槽具有制程简单、技术相对成熟以及成本低廉的优点。然而，单独槽位的电解槽生产氢气和氧气的效率不高，需要大量的电能才能产出些许氢气和氧气。同时，还可能存在着氢气与氧气共存所产生的爆炸风险。

因此，提供一种能够于提供相同电能下提升生产氢气和氧气的产量，并减少爆炸风险以增进操作人员的公共安全系数的反应器为一个重要课题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述已知的技术问题，本实用新型提供一种多槽位氢氧分离反应器，其能够同时达到提升产量并降低爆炸风险的目的。

(二)技术方案

根据本实用新型的目的，提出一种多槽位氢氧分离反应器，其包含：

至少二个氢氧分离反应器，至少二个氢氧分离反应器中的每一个包含：外槽；设置在外槽内的内槽；设置在内槽上以连通外槽与内槽的多个连通孔；通过多个连通孔在外槽与内槽之间以预设水位线的高度流通的电解液；设置在外槽之内且设置在内槽之外的第一支持部；设置在第一支持部上且设置在预设水位线之下的第一电极；设置在外槽之内且设置在内槽之外的第一通气管，且第一通气管的集气端高于预设水位线，以收集第一电极电解电解液所产生的气体；设置在内槽上的第二支持部；设置在第二支持部上，且设置在预设水位线之下的第二电极；以及设置在内槽上的第二通气管，且第二通气管的集气端高于预设水位线，以收集第二电极电解电解液所产生的气体。其中，各第一电极均为阴极或者阳极中的一种，且各第二电极为对应于各第一电极的阳极或者阴极中的另一种。其中，各第一通气管连接至第一气体储存槽。其中，各第二通气管连接至第二气体储存槽。

优选地，当所述多槽位氢氧分离反应器包含n个氢氧分离反应器，所述多槽位氢氧分离反应器的总内电阻小于6n欧姆。

优选地，各第一电极与各第二电极之间的距离小于外槽宽度的二分之一。

优选地，各第一电极与各第二电极的侧截面积大于或等于外槽侧表面积的二分之一。

优选地，所述多槽位氢氧分离反应器还进一步包含在电解液的液面高度低于预设水位线的高度之三分之一时发出警报的监测器。

优选地，所述多槽位氢氧分离反应器还进一步包含在监测器发出警报时补充电解液至预设水位线的加水器。

(三)有益效果

本实用新型的多槽位氢氧分离反应器具有下述优点：

由于本实用新型的第一电极与第二电极之间的距离短，因此电子移动所需要的距离也较短，能够有效降低本实用新型的总内电阻。并且，由于本实用新型的第一电极与第二电极的截面积大，因此接收游离离子的面积相应较大，也能有效降低总内电阻。同时，由于本实用新型的第一电极与第二电极选用几乎无电阻的惰性电极，也能降低总内电阻。此外，本实用新型的电解液能够根据电极距离、电极截面积、电极材料等参数进行电解液的组份调整，以使电解液的电阻趋近于零。因此，本实用新型的多槽位氢氧分离器，能够通过调整多槽位氢氧分离器的之总内电阻，使多槽位氢氧分离器的总内电阻小于总体积相同的单独槽位电解槽的总内电阻，进而达到提升电解效能的目的。对于所属技术领域中普通技术人员而言，电解质越多，导电性越佳。此外，槽位电组可分为静电阻与动态电阻，静电阻为未经通电时的槽位电阻，而动态电阻则为已通电的电阻，本实用新型的多槽位氢氧分离反应器当通电后布满电离子，因此导电特性佳，使得其电阻趋近于零。因此，本实用新型的多槽位氢氧分离反应器虽仍需耗能，但是所耗的能量较少，且气体产量较高。

由于本实用新型的多槽位氢氧分离反应器具有外槽及内槽的内外结构，因此具有便于分别收集气体、当电极损毁时容易置换单一电极等优点。且由于本实用新型具有内外结构，因此在携带时，能够避免因为碰撞而造成第一电极与第二电极相互接触的问题。

由于本实用新型的多槽位氢氧分离反应器具有通气管与气体储存槽，因此电解后所产生的氢气与氧气能够个别储存，避免由于氢气与氧气共存时造成的爆炸风险，而保障操作人员的安全。

由于本实用新型的多槽位氢氧分离反应器具有监测器和加水器，因此在持续电解一段时间后，监测器可依据预设水位线的高度发出警报，并利用加水器补充电解液，以便于管理本实用新型的多槽位氢氧分离反应器。

附图说明

图1为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的电解示意图；以及

图4为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的电解示意图。

附图标记说明

1、2、3、4：多槽位氢氧分离反应器

a₁、a₂、a₃、a_(n-1)、a_n：氢氧分离反应器

110：内槽

111：第一支持部

112：第一电极

113a₁、113a₂、113a₃、113a_(n-1)、113a_n：第一通气管

114：连通孔

120：外槽

121：第二支持部

122：第二电极

123a₁、123a₂、123a₃、123a_(n-1)、123a_n：第二通气管

130：第一气体储存槽

140：第二气体储存槽

H：高度

具体实施方式

为了了解本实用新型的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，将本实用新型参照附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书所用，未必为本实用新型实施后的真实比例与精准配置，因此不应就附图的比例与配置关系解读、限制本实用新型在实际实施上的保护范围。且为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标记来说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”与“设置”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于所属技术领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，其为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的局部结构示意图。

如图所示，在一实施例中，多槽位氢氧分离反应器1可以包含至少二个氢氧分离反应器a₁与a₂。氢氧分离反应器a₁可以包含外槽120、内槽110、多个连通孔114、电解液、第一支持部111、第一电极112、第一通气管113a₁、第二支持部121、第二电极122以及第二通气管123a₁。

在一实施例中，内槽110设置在外槽120内。内槽110的上部可以突出于外槽120。在一实施例中，外槽120与内槽110的材料可以选用所属技术领域中普通技术人员已知的固体绝缘材料，因此能够有效地隔绝第一电极112与第二电极122之间的物理接触。在一实施例中，外槽120与内槽110的形状可以为瓶体、正方体、长方体或不规则多边体。

在一实施例中，多个连通孔114设置在内槽110上，连通外槽120与内槽110，以使电解液通过多个连通孔114在外槽120及内槽110之间以预设水位线的高度流通。在一实施例中，多个连通孔114集中设置在预设水位线的高度下，以增进电解液的流通。

在一实施例中，第一支持部111设置在外槽120之内，且设置在内槽110之外。第一电极112设置在第一支持部111上，且设置在预设水位线之下，以使第一电极112完全浸泡于电解液中，以增进电解效率。

在一实施例中，第一通气管113a₁设置在外槽120之内，且设置在内槽110之外。第一通气管113a₁的集气端高于预设水位线，以收集第一电极112电解电解液所产生的气体，同时避免吸入电解液。在一实施例中，第一通气管113a₁设置为邻近第一电极112，以立即性的收集第一电极112电解后产生的气体。

在一实施例中，第二支持部121设置在内槽110上。第二电极122设置在第二支持部121上，且设置在预设水位线之下，以使第二电极122完全浸泡于电解液中，以增进电解效率。

在一实施例中，第二通气管123a₁设置内槽110上。第二通气管123a₁的集气端高于预设水位线，以收集第二电极122电解电解液所产生的气体，同时避免吸入电解液。在一实施例中，第二通气管123a₁设置为邻近第二电极122，以立即性的收集第二电极122电解后产生的气体。

在一实施例中，各第一电极112为阴极或者阳极中的一种，且各第二电极122为对应于各第一电极112的阳极或阴极中的另一种。即，当各第一电极112均为阳极时，各第二电极122均为阴极，而当各第一电极112均为阴极时，各第二电极122均为阳极。在一实施例中，各支持部111和各支持部121为导电材料。在一实施例中，连接各第一电极112的各支持部111与连接各第二电极122的各支持部121可以具有物理接触，以导通并串联各氢氧分离反应器。

在一优选态样中，当外槽120为长方体，则第一电极112与第二电极122之间的距离可以小于外槽120的宽度的二分之一，且第一电极112和第二电极122的侧截面积可以大于或等于外槽120侧表面积的二分之一，以通过降低电极间距并增加反应面积的方式降低总内电阻。

在一优选态样中，当外槽120为圆柱状瓶体，则第一电极112与第二电极122之间的距离可以小于外槽120的直径的二分之一，且第一电极112和第二电极122的侧截面积可以大于或等于外槽120侧表面积的六分之一，以通过降低电极间距并增加反应面积的方式降低总内电阻。

在一实施例中，第一电极112及第二电极122的材料可以独立地选自金、铂金、镍及不锈钢。在一优选实施例中，第一电极112及第二电极122的材料为不锈钢，以进一步降低总内电阻。在一实施例中，当多槽位氢氧分离反应器包含n个氢氧分离反应器时，多槽位氢氧分离反应器的总内电阻可以小于20n欧姆，更优选地，总内电阻可以小于10n欧姆，又更优选地，总内电阻可以小于6n欧姆。

在一实施例中，电解液可以包含水、硫酸、硫酸铜、氢氧化钠或其任意组合。在一优选实施例中，电解液为经过RO逆渗透所得的纯水与硫酸，且硫酸与水之体积比可以为10:4～10:6，更优选地可以为10:4.5～10:5，以使利用电表量测的电解液的电阻值趋近于零。

由于氢氧分离反应器a₂的结构与氢氧分离反应器a₁的结构类似，其类似之处在此不再加以赘述。

在一实施例中，氢氧分离反应器a₁与氢氧分离反应器a₂可以各种态样连接。在一实施例中，第一通气管113a₁与第一通气管113a₂彼此连接，且连接至第一气体储存槽130，以及第二通气管123a₁与第二通气管123a₂彼此连接，且连接第二气体储存槽140，因此能够有效地将电解后所产生的气体独立储存，进而达到减少氢氧共存的爆炸风险的目的。

参照图2，其为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的结构示意图。由于多槽位氢氧分离反应器2的结构与多槽位氢氧分离反应器1的结构类似，其类似之处在此不再加以赘述。

如图所示，第一通气管113a₁和第一通气管113a₂可以直接连接至第一气体储存槽130，且第二通气管123a₁和第二通气管123a₂可以直接连接第二气体储存槽140，因此能够避免当多槽位氢氧分离器2中的任一氢氧分离器故障时，所收集到的气体纯度存有疑虑的问题，能够立即将电解产生的气体进行收集。

参照图3，其为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的电解示意图。由于多槽位氢氧分离反应器3的结构与多槽位氢氧分离反应器1的结构类似，其类似之处于在此不再加以赘述。

如图所示，在一实施例中，电解液以预设水位线的高度H通过多个连通孔114流通于外槽120之间。电解液的液面高度随着电解时间而逐渐下降。在一实施例中，当电解液的液面高度低于预设水位线的高度H的三分之一时，通过监测器发出警报，以通知人员进行处理。在一实施例中，当监测器发出警报时，通过加水器补充电解液至预设水位线的高度H，以使第一电极112和第二电极122能完全地进入电解液中，提升电解效率。

在一实施例中，选用体积比为10:4.7的硫酸与水作为电解液，并添加电解液至预设水位线的高度H为15公分，同时使第一电极112作为阴极，使第二电极122作为阳极，进行电解。因此由第一电极112所产生的氢气可以如空心箭头所示，被收集至第一气体储存槽130，而由第二电极122所产生的氧气可以如实心箭头所示，被收集至第二气体储存槽140。随着电解作用的时间拉长，当电解液的液面高度低于5公分时，监测器会发出警报，并通过加水器重新补充电解液至15公分处。

参照图4，其为本实用新型的多槽位氢氧分离反应器的一实施例的结构示意图。由于多槽位氢氧分离反应器4的结构与多槽位氢氧分离反应器1的结构类似，其类似之处在此不再加以赘述。

如图所示，在一实施例中，多槽位氢氧分离反应器4为串联n个氢氧分离反应器a₁至a_n的多槽位氢氧分离反应器4。其中，氢氧分离反应器a₁的第二支持部121与氢氧分离反应器a₂的第一支持部111物理上相互接触，以电学上相互导通，且氢氧分离反应器a₂的第二支持部121与氢氧分离反应器a₃的第一支持部111物理上相互接触，以电学上相互导通，并依此类推，氢氧分离反应器a_(n-1)的第二支持部121与氢氧分离反应器a_n的第一支持部111物理上相互接触，以电学上相互导通。同时，若氢氧分离反应器a₁的第一支持部111连接正电，则氢氧分离反应器a_n的第二支持部121连接负电。因此本实用新型的多槽位氢氧分离反应器可以串联任意数量的氢氧分离反应器，并通过调控电极间距、电极截面积、电极材料、电解液组分，使各氢氧分离反应器的各第一电极与各第二电极之间的电阻值为零或趋近于零。

综上所述，本实用新型的多槽位氢氧分离反应器能够通过降低总内电阻，以同时达到节省电能及增加氢气与氧气的产出率的目的。同时，由于本实用新型的多槽位氢氧分离反应器具有内外结构，因此能使氢气与氧气便利地独立收集，并达成减少爆炸风险的目的。

以上所述仅为举例说明，而并不限制本实用新型。任何未脱离本实用新型的精神和范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种多槽位氢氧分离反应器，其特征在于，包含：

至少二个氢氧分离反应器，所述至少二个氢氧分离反应器中的每一个包含：

外槽；

内槽，设置在所述外槽内，

多个连通孔，设置在所述内槽上，以连通所述外槽与所述内槽；

电解液，通过所述多个连通孔在所述外槽与所述内槽之间以预设水位线的高度流通；

第一支持部，设置在所述外槽之内且设置在所述内槽之外；

第一电极，设置在所述第一支持部上，且设置在所述预设水位线之下；

第一通气管，设置在所述外槽之内且设置在所述内槽之外，并且所述第一通气管的集气端高于所述预设水位线，以收集所述第一电极电解所述电解液所产生的气体；

第二支持部，设置在所述内槽上；

第二电极，设置在所述第二支持部上，且设置在所述预设水位线之下；以及

第二通气管，设置在所述内槽上，且所述第二通气管的集气端高于所述预设水位线，以收集所述第二电极电解所述电解液所产生的气体；

其中，各所述第一电极为阴极或者阳极中的一种，且各所述第二电极为对应于各所述第一电极的阳极或者阴极中的另一种；

其中，各所述第一通气管连接至第一气体储存槽，

其中，各所述第二通气管连接至第二气体储存槽。

2.根据权利要求1所述的多槽位氢氧分离反应器，其特征在于，当所述多槽位氢氧分离反应器包含n个所述氢氧分离反应器，所述多槽位氢氧分离反应器的总内电阻小于6n欧姆。

3.根据权利要求1所述的多槽位氢氧分离反应器，其特征在于，各所述第一电极与各所述第二电极之间的距离小于所述外槽宽度的二分之一。

4.根据权利要求1所述的多槽位氢氧分离反应器，其特征在于，各所述第一电极与各所述第二电极的侧截面积大于或等于所述外槽侧表面积的二分之一。

5.根据权利要求1所述的多槽位氢氧分离反应器，其特征在于，还包含在所述电解液的液面高度低于所述预设水位线的高度的三分之一时发出警报的监测器。

6.根据权利要求5所述的多槽位氢氧分离反应器，其特征在于，还包含在所述监测器发出警报时补充所述电解液至所述预设水位线的加水器。