CN217869104U - 一种电解制氢装置 - Google Patents

Abstract

一种电解制氢装置，由控制装置和直流电解电源、电解槽、电解液储液槽构成，电解槽包括：电解槽壳体、电解槽中间隔板、阳极、阴极、阴极区低液位传感器、阴极区高液位传感器、阳极区高液位传感器、氮气吹扫进气阀门、氮气吹扫排气阀门、氢气阀门、电解液补充阀门、氧气排空口、电解槽排污阀门组成；电解液储液槽由储液槽壳体、储液槽低液位传感器、储液槽排污阀门组成，经电解液补充阀门与电解槽连接；控制装置根据电解制氢装置设定的程序控制电解制氢和清洗维护。结构简单，降低了能耗，提高了安全性；实际运行中，易于以电解槽为单元进行平行组合，实现规模效益。

Description

一种电解制氢装置

技术领域

本实用新型涉及电解制氢技术领域，具体是一种电解制氢装置。

背景技术

目前实际应用的电解水制氢技术，主要有碱性液体水电解与固体聚合物水电解两类技术。

碱性液体水电解技术是以KOH、NaOH水溶液为电解质，采用石棉布等作为隔膜，在直流电的作用下，将水电解，生成氢气和氧气。所用的碱性电解液(如KOH)会与空气中的CO₂反应，在碱性条件下析出碳酸盐，如K₂CO₃，会阻塞多孔的隔膜中离子的迁移，大大降低电解槽的性能；另一方面，碱性液体电解质电解槽必须时刻保持电解池的阳极和阴极两侧上的压力均衡，防止氢氧气体穿过多孔的石棉膜混合，进而引起爆炸。

固体聚合物电解质(SPE)水电解技术，实际应用的SPE为质子交换膜(PEM)，因而也称为PEM电解。以质子交换膜替代石棉膜，传导质子，并隔绝电极两侧的气体，这就避免了碱性液体电解质电解槽使用强碱性液体电解质所带来的缺点。质子交换膜作为固体电解质，一般使用全氟磺酸膜，起到隔绝阴阳极生成的气体，阻止电子的传递，同时传递质子的作用；但是质子交换膜的电阻是PEM电解制氢中产生欧姆极化的主要来源。

因此，为了解决上述问题，特完成本实用新型的设计。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电解制氢装置，可以取消电解制氢过程的隔膜、降低欧姆极化、提高安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电解制氢装置，由控制装置和直流电解电源、电解槽、电解液储液槽构成，电解槽包括：电解槽壳体、电解槽中间隔板、阳极、阴极、阴极区低液位传感器、阴极区高液位传感器、阳极区高液位传感器、氮气吹扫进气阀门、氮气吹扫排气阀门、氢气阀门、电解液补充阀门、氧气排空口、电解槽排污阀门组成，阳极区高液位传感器的安装位置，要高于阴极区高液位传感器的位置，其中氮气吹扫进气阀门、氮气吹扫排气阀门、氢气阀门、电解液补充阀门、氧气排空口、电解槽排污阀门均通过管路与电解槽壳体连接；氢气阀门出口通过管路与氢气收集系统连接；阳极、阴极分别与直流电解电源的正、负极相连接，阴极与电解槽壳体之间的缝隙用绝缘密封胶密封；电解液储液槽由储液槽壳体、储液槽低液位传感器、储液槽排污阀门组成，用管路经电解液补充阀门与电解槽连接，储液槽低液位传感器的位置，高于电解液补充阀门在储液槽连接口的位置，以保证到低液位时，尚有一定的电解液补充余量，留出操作时间，储液槽排污阀门通过管路安装在储液槽壳体底部；

所述的控制装置，根据电解制氢装置的设定的程序，控制电解液补充阀门、氮气吹扫进气阀门、氮气吹扫排气阀门、氢气阀门、电解槽排污阀门、储液槽排污阀门的打开和闭合，控制电解电源的运行；开机和电解过程中，阴极区低液位传感器、阴极区高液位传感器的信号回传给控制装置，控制装置根据阴极区低液位传感器回传的信号，控制电解液补充阀门打开以补充电解液，至液位到达阴极区高液位传感器位置，控制电解液补充阀门关闭，使电解液正常维持在阴极区高液位传感器与低液位传感器之间；阳极区高液位传感器的安装位置高于阴极区高液位传感器的位置，以确认电解过程中，是否存在氢气管路阀门没有打开或氢气管路出现堵塞现象，导致阴极区上部的气体压力增大将阴极区的电解液液位压下，阳极区液位上升，以致于出现阴极区高液位传感器未报警，而阳极区高液位传感器出现报警的状况，则需要控制装置停止电解以排除故障，以保证电解制氢的安全性；每次电解启动前，控制装置先根据阴极区高、低液位传感器的信号，将电解液维持在阴极区高液位与低液位之间，然后依次打开氮气吹扫进气阀门、氮气吹扫排气阀门，吹扫5分钟后，关闭氮气吹扫排气阀门和氮气吹扫进气阀门；氢气阀门在非电解运行期间，始终是关闭的，在接通电解电源之后，打开氢气阀门，与氢气收集系统连通；根据储液槽低液位传感器的信号，提醒给储液槽补充电解液；

所述的控制装置可以采用触控面板，便于操作。

所述的电解槽中阴极、阳极的长度均少于隔板的长度，电极的宽度少于电解槽的宽度，从而使电解槽的中间隔板将阳极区和阴极区电解产生的气体被分隔开，阳极产生的氧气被直接排空，阴极产生的氢气与氢气收集系统相连接，阴极区与阳极区的电解液自中间隔板底端互通，对于碱性电解液其欧姆电阻很小，从而实现降低欧姆极化、便捷安全地电解制氢；所述的阳极，采用具有催化电解功能的DSA(Dimensionally Stable Anode)钛阳极，是以金属钛或钛合金为基体在其表面涂覆以铂族元素氧化物的一种电极材料，可以避免电解过程中电极超电势、电极极化现象的发生；所述的阴极，是金属镍或金属钛板，可以降低析氢的极化现象，保证电解效率。

电解槽维护清洗，先将控制装置切换到电解槽清洗维护，控制装置关闭电解液补充阀门、氢气阀门、氮气吹扫进气阀门、氮气吹扫排气阀门，打开电解槽排污阀门，先从电解槽排污阀门排出电解液，然后从氧气排空口接入水管，予以冲洗。

电解液储液槽的清洗维护，先将控制装置切换到电解液储液槽清洗维护，关闭了电解液补充阀门，打开储液槽排污阀门，先放出电解液，然后用软水管接水冲洗。

实际运行中，可以以电解槽为单元，进行平行多组组合，以体现规模效益。

综上所述，本使用新型具有以下优点：

电解槽采用底部相通的电解槽中间隔板将阴极区和阳极区分隔开，阴极区和阳极区的电解液相通，可以避免欧姆极化、降低能耗；阴极区在电解前，用氮气吹扫，避免阴极区有氧气残留导致安全隐患；通过阴极区的高、低液位传感器，控制装置控制电解液补充阀门的开合以控制电解液在适宜区间；通过阳极区的高液位传感器，预警氢气阀门或氢气管路堵塞的故障，停止电解以排除故障；结构简单，降低了能耗，提高了安全性；实际运行中，易于以电解槽为单元进行平行组合，实现规模效益。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种电解制氢装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的电解槽A-A方向剖视结构示意图。

图中符号表示为：1-控制装置，2-直流电解电源，3-电解槽壳体，4-电解槽中间隔板，5-阴极，6-阳极，7-阴极区低液位传感器，8-阴极区高液位传感，9-阳极区高液位传感器，10-电解液补充阀门，11-氮气吹扫进气阀门，12-氮气吹扫排气阀门，13-氢气阀门，14-氧气排空口，15-电解槽排污阀门，16-储液槽壳体，17-储液槽低液位传感器，18-储液槽排污阀门，19-电解液。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种电解制氢装置的结构示意图，如图1所示：所述一种电解制氢装置，包括：控制装置1，直流电解电源2，电解槽壳体3，电解槽中间隔板4，阴极5，阳极6，阴极区低液位传感器7，阴极区高液位传感8，阳极区高液位传感器9，电解液补充阀门10，氮气吹扫进气阀门11，氮气吹扫排气阀门12，氢气阀门13，氧气排空口14，电解槽排污阀门15，储液槽壳体16，储液槽低液位传感器17，储液槽排污阀门18；其中电解槽中间隔板4的长度要大于阴极5、阳极6的长度，将阴极区与阳极区电解产生的气体隔开，电解槽中间隔板4与电解槽壳体3底部之间留有空隙，使电解液19在阴极区和阳极区互通，阴极5、阳极6的宽度要小于电解槽壳体的宽度，参见图2；直流电解电源2的负极与正极分别与阴极5、阳极6连接；阳极区高液位传感器9的安装位置高于阴极区高液位传感器8；其中电解液补充阀门10、氮气吹扫进气阀门11、氮气吹扫排气阀门12、氢气阀门13、氧气排空口14、电解槽排污阀门15均通过管路与电解槽壳体3连接；电解液储液槽的储液槽壳体16用管路经电解液补充阀门10与电解槽壳体3连接，储液槽低液位传感器17的位置，高于电解液补充阀门10在储液槽壳体16的连接口的位置，以保证到低液位时，尚有一定的电解液补充余量，留出操作时间，储液槽排污阀门18通过管路与储液槽壳体16的底部连接。

控制装置1按照设定的程序，控制电解液补充阀门10、氮气吹扫进气阀门11、氮气吹扫排气阀门12、氢气阀门13、电解槽排污阀门15、储液槽排污阀门18的打开和闭合，控制电解电源2的运行；控制装置1通过阴极区低液位传感器7、阴极区高液位传感8的回传信号，控制电解液补充阀门10的打开或闭合，以保持电解液19维持在阴极区低液位传感器7和阴极区高液位传感8之间；开机后接通电解电源前，依次打开氮气吹扫进气阀门11、氮气吹扫排气阀门12，吹扫5分钟后，关闭氮气吹扫排气阀门12和氮气吹扫进气阀门11，保证氢气阀门13在非电解运行期间始终关闭；接通电解电源2后，打开氢气阀门13使其连接氢气收集系统；根据电解过程中电解液触及阳极区高液位传感器9的信号预警，控制直流电解电源2停止电解，对可能出现的氢气阀门13未开启或氢气管路堵塞进行故障排除，以保证电解制氢的安全性；根据储液槽16的储液槽低液位传感器17的信号，提醒给储液槽16补充电解液。

电解槽维护清洗，先将控制装置1切换到电解槽清洗维护，控制装置1关闭电解液补充阀门10、氮气吹扫进气阀门11、氮气吹扫排气阀门12、氢气阀门13，打开电解槽排污阀门15，先从电解槽排污阀门15排出电解液，然后从氧气排空口14接入水管，予以冲洗。

电解液储液槽的清洗维护，先将控制装置1切换到电解液储液槽清洗维护，关闭子电解液补充阀门10，打开储液槽排污阀门18，先放出电解液，然后用软水管接水冲洗。

一般两周清洗维护一次即可，保证运行稳定性和可靠性。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种电解制氢装置，由控制装置(1)、直流电解电源(2)、电解槽、电解液储液槽构成，其特征在于电解槽包括：电解槽壳体(3)，电解槽中间隔板(4)，阴极(5)，阳极(6)，阴极区低液位传感器(7)，阴极区高液位传感器(8)，阳极区高液位传感器(9)，电解液补充阀门(10)，氮气吹扫进气阀门(11)，氮气吹扫排气阀门(12)，氢气阀门(13)，氧气排空口(14)，电解槽排污阀门(15)；电解液储液槽包括：储液槽壳体(16)，储液槽低液位传感器(17)，储液槽排污阀门(18)；

其中：

所述的直流电解电源(2)的负极与正极分别与阴极(5)、阳极(6)连接；

所述的阳极区高液位传感器(9)的安装位置高于阴极区高液位传感器(8)；

所述的电解液补充阀门(10)、氮气吹扫进气阀门(11)、氮气吹扫排气阀门(12)、氢气阀门(13)、氧气排空口(14)、电解槽排污阀门(15)均通过管路与电解槽壳体(3)连接；

所述的储液槽壳体(16)用管路经电解液补充阀门(10)与电解槽壳体(3)连接，储液槽排污阀门(18)通过管路与储液槽壳体(16)的底部连接。

2.根据权利要求1所述的一种电解制氢装置，其特征在于，所述的电解槽中间隔板(4)要大于阴极(5)、阳极(6)的长度。

3.根据权利要求1所述的一种电解制氢装置，其特征在于，所述的电解槽中间隔板(4)与电解槽壳体(3)底部之间留有空隙。

4.根据权利要求1所述的一种电解制氢装置，其特征在于，所述的阳极区高液位传感器(9)的安装位置高于阴极区高液位传感器(8)。

5.根据权利要求1所述的一种电解制氢装置，其特征在于，所述的储液槽低液位传感器(17)的安装位置，高于电解液补充阀门(10)在储液槽壳体(16)连接口的位置。

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