CN217052432U - 一种无隔膜电解水制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种无隔膜电解水制氢装置，包括产氢电解槽、产氧电解槽和盐桥，所述产氢电解槽中设置有析氢阴极和电解液，所述产氧电解槽中设置有析氧阳极和电解液；所述盐桥连接所述产氢电解槽和所述产氧电解槽，所述盐桥中的溶液与所述电解液相同。通过设置盐桥连接的产氢电解槽和产氧电解槽，使得产氢电解槽中生产氢气，产氧电解槽中产生氧气，不需要隔膜进行阻隔，并且降低使用隔膜带来的成本，并且生成的氢气和氧气不会混合在一起，简化后续氢气分离和纯化步骤。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解水制氢技术领域，尤其涉及一种无隔膜电解水制氢装置。
背景技术
现有电解槽是好多个电解室组合在一起，每个电解室的主要组成部分是阴极、阳极、隔膜和电解液。常规的电解水技术在电极过程中阴阳极同时电极生成氢气和氧气，这将很容易导致氢气和氧气的混合，致使所制备的气体不纯，后续的提纯则将大大增大制备成本。采用离子选择性膜隔开在析氢催化电极产生的氢气和析氧催化电极产生的氧气是一种有效的解决方案，但是离子选择性膜的使用也大大增加了成本。此外，由于电化学析氢和析氧自身的动力学过程不同，造成产氢和产氧速度有所差异，当离子选择性膜两边压力不同时，膜的损耗也非常严重，这进一步增大了成本。此外，选择性离子交换膜近一步增大了电解槽内阻，增加了能耗。目前主流的工作在于改进或者制备新型的隔膜，以期降低内阻的同时，又兼顾亲水性，离子透过性以及能够完全隔开氢气和氧气。虽然已经有很多新型隔膜被研究探索，但是效果仍然并不是十分显著。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本实用新型的目的在于提出一种无隔膜电解水制氢装置，通过设置盐桥连接的产氢电解槽和产氧电解槽，使得产氢电解槽中生产氢气，产氧电解槽中产生氧气，不需要隔膜进行阻隔，并且降低使用隔膜带来的成本，并且生成的氢气和氧气不会混合在一起，简化后续氢气分离和纯化步骤。
为达到上述目的，本实用新型提出的一种无隔膜电解水制氢装置，包括：
产氢电解槽，所述产氢电解槽中设置有析氢阴极和电解液；
产氧电解槽，所述产氧电解槽中设置有析氧阳极和电解液；
盐桥，所述盐桥连接所述产氢电解槽和所述产氧电解槽，所述盐桥中的溶液与所述电解液相同。
进一步地，还包括氧洗涤器，所述氧洗涤器与所述产氧电解槽之间连接有第一管路，所述氧洗涤器通过所述第一管路接收所述产氧电解槽中生成的氧气并对所述氧气进行洗涤，以除去所述氧气中携带的碱液；
所述氧洗涤器连接回流管路，所述回流管路连接所述产氢电解槽和所述产氧电解槽，以使所述氧洗涤器中洗涤产生的含碱水通过所述回流管路分别通入所述产氢电解槽和所述产氧电解槽中。
进一步地，还包括氧冷却器，所述氧冷却器与所述氧洗涤器相连，用于接收所述氧洗涤器洗涤后的氧气，并对洗涤后的所述氧气进行换热冷却，得到冷却氧气和冷却水；
所述氧冷却器与所述回流管路相连，以使所述冷却水通过所述回流管路分别通入所述产氢电解槽和所述产氧电解槽中。
进一步地，还包括氢洗涤器，所述氢洗涤器与所述产氢电解槽相连，用于接收所述产氢电解槽中生成的氢气并对所述氢气进行洗涤，以除去所述氢气中携带的碱液；
所述氢洗涤器与所述回流管路相连，以使所述氧洗涤器中洗涤产生的含碱水通过所述回流管路分别通入所述产氢电解槽和所述产氧电解槽中。
进一步地，还包括氢冷却器，所述氢冷却器与所述氢洗涤器相连，用于接收所述氢洗涤器洗涤后的氢气，并对洗涤后的所述氢气进行换热冷却，得到冷却氢气和冷却水；
所述氢冷却器与所述回流管路相连，以使所述冷却水通过所述回流管路分别通入所述产氧电解槽和所述产氢电解槽中。
进一步地，所述氢洗涤器和所述氧洗涤器均连接补水箱，所述氢洗涤器和所述氧洗涤器与所述补水箱之间连接有第二管路，以通过所述第二管路将所述补水箱中的水供给至所述氢洗涤器和所述氧洗涤器。
进一步地，所述第二管路上设置有阀门，以通过所述阀门控制进入所述氢洗涤器和所述氧洗涤器中的水量。
进一步地，还包括水泵，所述水泵设置在所述第二管路上。
进一步地，所述回流管路上设置有过滤装置和加热装置，所述过滤装置用于对所述氧洗涤器和所述氢洗涤器中洗涤产生的所述含碱水以及所述氢冷却器和所述氧冷却器产生的所述冷却水进行过滤；
所述加热装置用于对过滤后的所述冷却水和所述含碱水进行加热，并将加热后的所述冷却水和所述含碱水通入所述产氢电解槽和所述产氧电解槽中。
进一步地，所述回流管路上还设置有碱液泵，所述碱液泵位于所述过滤装置进水侧，以通过所述碱液泵将所述氧洗涤器和所述氢洗涤器中洗涤产生的所述含碱水以及所述氢冷却器和所述氧冷却器产生的所述冷却水泵入所述过滤装置中进行过滤。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本实用新型一实施例提出的无隔膜电解水制氢装置的结构示意图；
图中，1、产氢电解槽；2、产氧电解槽；3、盐桥；4、氧洗涤器；5、第一管路；6、回流管路；7、氧冷却器；8、氢洗涤器；9、氢冷却器；10、补水箱；11、阀门；12、水泵；13、过滤装置；14、加热装置；15、碱液泵。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本实用新型一实施例提出的一种无隔膜电解水制氢装置的结构示意图。
参见图1，一种无隔膜电解水制氢装置，包括产氢电解槽1、产氧电解槽2和盐桥3，产氢电解槽1中设置有析氢阴极和电解液，产氧电解槽2中设置有析氧阳极和电解液，盐桥3连接产氢电解槽1和产氧电解槽2，盐桥3中的溶液与电解液相同，均为30％的KOH溶液，在产氢电解槽1中进行的阴极反应，其中的水得到电子生成OH-和H2，而产氧电解槽1中则是进行阳极反应，产氧电解槽1中的OH-离子失去电子生成水和氧气，进而使得产氢电解槽1中反应生成氢气，而产氧电解槽2中反应生成氧气，通过将产氢电解槽1和产氧电解槽2分成两个电解槽，使得进行制氢反应过程中无需使用隔膜，并且产氢电解槽1生成的氢气和产氧电解槽2中生成的氧气之间不会混合，也就不需要后期氢气进行纯化分离的过程，其中析氢阴极和析氧阳极均为现有技术，此处不再详细赘述。
在一些实施例中，由于产氢电解槽1和产氧电解槽2生成的氢气和氧气中均带有碱液，为了保障氢气和氧气的纯度，还可以设置氧洗涤器4，氧洗涤器4与产氧电解槽2之间连接有第一管路5，氧洗涤器4通过第一管路5接收产氧电解槽2中生成的氧气并对氧气进行洗涤，以除去氧气中携带的碱液，使得氧气的纯度提高。
另外，氧洗涤器4连接回流管路6，回流管路6连接产氢电解槽1和产氧电解槽2，以使氧洗涤器4中洗涤产生的含碱水通过回流管路6分别通入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，也就是说，氧洗涤器4在对产氧电解槽2生成的氧气进行洗涤过程中，使得氧气中碱液溶入洗涤的水中，进而使得氧洗涤器4中洗涤后的水中含有碱液，生成含碱水，而含碱水通过回流管路6回流进入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，实现碱液的循环利用，降低成本。
在一些实施例中，还可以设置氧冷却器7，氧冷却器7与氧洗涤器4相连，用于接收氧洗涤器4洗涤后的氧气，并对洗涤后的氧气进行换热冷却，得到冷却氧气和冷却水，氧冷却器7与回流管路6相连，以使冷却水通过回流管路6分别通入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，通过设置氧冷却器7能够对洗涤后的氢气进一步冷却，使其便于存储利用，冷却过程中氧冷却器7中的水通过与洗涤后的氧气换热得到的冷却水可以通过回流管路6通入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，对两个电解槽进行补液，并且冷却水由于换热作用提高了温度，节省了电解槽的加热能耗。
同理，在上述实施例中，为了保障氧气的纯度，通过设置氧洗涤器4对生成的氧气进行洗涤，而为了保障氢气的纯度，则也可以设置氢洗涤器8，氢洗涤器8与产氢电解槽1相连，用于接收产氢电解槽1中生成的氢气并对氢气进行洗涤，以除去氢气中携带的碱液；并且氢洗涤器8与回流管路6相连，以使氢洗涤器8中洗涤产生的含碱水通过回流管路6分别通入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，也就是说，氢洗涤器8在对产氢电解槽1生成的氢气进行洗涤过程中，使得氢气中碱液溶入洗涤的水中，进而使得氢洗涤器8中洗涤后的水中含有碱液，生成含碱水，而含碱水通过回流管路6回流进入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，实现碱液的循环利用，降低成本。
另外，同样为了对洗涤后的氢气进行换热冷却，还可以设置氢冷却器9，氢冷却器9与氢洗涤器8相连，用于接收氢洗涤器8洗涤后的氢气，并对洗涤后的氢气进行换热冷却，得到冷却氢气和冷却水；氢冷却器9与回流管路6相连，以使冷却水通过回流管路6分别通入产氧电解槽2和产氢电解槽1中，详细来说，通过设置氢冷却器9能够对洗涤后的氢气进一步冷却，使其便于存储利用，冷却过程中通过与氢气和氧气进行换热得到的冷却水可以通过回流管路6通入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，对两个电解槽进行补液。
在一些实施例中，氢洗涤器8和氧洗涤器4均连接补水箱10，氢洗涤器8和氧洗涤器4与补水箱10之间连接有第二管路，以通过第二管路将补水箱10中的水供给至氢洗涤器8和氧洗涤器4，用于氢洗涤器8和氧洗涤器4中对氢气和氧气的洗涤。
另外，第二管路设置有阀门11，以通过阀门11控制进入氢洗涤器8和氧洗涤器4中的水量，并且在第二管路上还可以设置水泵12，具体来说，从补水箱10中出来的水通过第二管路，通过在第二管路上设置水泵12提高补水箱10对氢洗涤器8和氧洗涤器4的供水压力，实现对氢气和氧气的充分洗涤，并且第二管路一端分成两路，两路分别连接至氢洗涤器8和氧洗涤器4，使得输送的水经过两路分别进入氢洗涤器8和氧洗涤器4，同时，通过在两路上均设置阀门11，能够控制经过两路的水量，进而控制进入氢洗涤器8和氧洗涤器4中的水量。
需要说明的是，回流管路6的结构可以有多种。
作为一种可能的结构，回流管路6上设置有过滤装置13和加热装置14，过滤装置13与氧洗涤器4、氢洗涤器8、氢冷却器9和氧冷却器7相连，也就是说，氧洗涤器4、氢洗涤器8、氢冷却器9和氧冷却器7分别连接至过滤装置13，使得氧洗涤器4和氢洗涤器8中洗涤产生的含碱水以及氢冷却器8和氧冷却器7产生的冷却水泵入过滤装置13中进行过滤，具体来说，回流管路6的一端分成四路，四路分别连接氧洗涤器4、氢洗涤器8、氢冷却器9和氧冷却器7，使得含碱水和冷却水经过四路汇聚后经过回流管路6通至过滤装置13中进行过滤，另外加热装置14与产氢电解槽1和产氧电解槽2相连，用于对过滤后的冷却水和含碱水进行加热，并将加热后的冷却水和含碱水通入产氢电解槽1和产氧电解槽2中，也就是说，回流管路6将过滤的含碱水和冷却水输送至加热装置14中进行加热后，加热后经过回流管路6输送，回流管路6的另一端分成两路，用于将加热后的含碱水和冷却水通过两路分别输送至产氢电解槽1和产氧电解槽2中，其中过滤装置13和加热装置14为现有的装置，此处不再详细赘述.
另外，回流管路6上还设置有碱液泵15，碱液泵15位于过滤装置13进水侧，以通过碱液泵15将氧洗涤器4和氢洗涤器8中洗涤产生的含碱水以及氢冷却器9和氧冷却器7产生的冷却水泵入过滤装置13中进行过滤，也就是说，在回流管路6靠近过滤装置13一侧设置碱液泵15，使得氧洗涤器4、氢洗涤器8、氢冷却器9和氧冷却器7四路产生的液体进入过滤装置13之前经过碱液泵15作用，提高氧洗涤器4、氢洗涤器8、氢冷却器9和氧冷却器7对过滤装置13的液体供应压力。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，包括：
产氢电解槽，所述产氢电解槽中设置有析氢阴极和电解液；
产氧电解槽，所述产氧电解槽中设置有析氧阳极和电解液；
盐桥，所述盐桥连接所述产氢电解槽和所述产氧电解槽，所述盐桥中的溶液与所述电解液相同。
2.如权利要求1所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，还包括氧洗涤器，所述氧洗涤器与所述产氧电解槽之间连接有第一管路，所述氧洗涤器通过所述第一管路接收所述产氧电解槽中生成的氧气并对所述氧气进行洗涤，以除去所述氧气中携带的碱液；
所述氧洗涤器连接回流管路，所述回流管路连接所述产氢电解槽和所述产氧电解槽，以使所述氧洗涤器中洗涤产生的含碱水通过所述回流管路分别通入所述产氢电解槽和所述产氧电解槽中。
3.如权利要求2所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，还包括氧冷却器，所述氧冷却器与所述氧洗涤器相连，用于接收所述氧洗涤器洗涤后的氧气，并对洗涤后的所述氧气进行换热冷却，得到冷却氧气和冷却水；
所述氧冷却器与所述回流管路相连，以使所述冷却水通过所述回流管路分别通入所述产氢电解槽和所述产氧电解槽中。
4.如权利要求3所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，还包括氢洗涤器，所述氢洗涤器与所述产氢电解槽相连，用于接收所述产氢电解槽中生成的氢气并对所述氢气进行洗涤，以除去所述氢气中携带的碱液；所述氢洗涤器与所述回流管路相连。
5.如权利要求4所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，还包括氢冷却器，所述氢冷却器与所述氢洗涤器相连，用于接收所述氢洗涤器洗涤后的氢气，并对洗涤后的所述氢气进行换热冷却，得到冷却氢气和冷却水；
所述氢冷却器与所述回流管路相连，以使所述冷却水通过所述回流管路分别通入所述产氧电解槽和所述产氢电解槽中。
6.如权利要求5所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，所述氢洗涤器和所述氧洗涤器均连接补水箱，所述氢洗涤器和所述氧洗涤器与所述补水箱之间连接有第二管路，以通过所述第二管路将所述补水箱中的水供给至所述氢洗涤器和所述氧洗涤器。
7.如权利要求6所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，所述第二管路上设置有阀门，以通过所述阀门控制进入所述氢洗涤器和所述氧洗涤器中的水量。
8.如权利要求6所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，还包括水泵，所述水泵设置在所述第二管路上。
9.如权利要求5所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，所述回流管路上设置有过滤装置和加热装置，所述过滤装置用于对所述氧洗涤器和所述氢洗涤器中洗涤产生的所述含碱水以及所述氢冷却器和所述氧冷却器产生的所述冷却水进行过滤；
所述加热装置用于对过滤后的所述冷却水和所述含碱水进行加热，并将加热后的所述冷却水和所述含碱水通入所述产氢电解槽和所述产氧电解槽中。
10.如权利要求9所述的一种无隔膜电解水制氢装置，其特征在于，所述回流管路上还设置有碱液泵，所述碱液泵位于所述过滤装置进水侧，以通过所述碱液泵将所述氧洗涤器和所述氢洗涤器中洗涤产生的所述含碱水以及所述氢冷却器和所述氧冷却器产生的所述冷却水泵入所述过滤装置中进行过滤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |