CN219409928U - 一种采用流动电解液的高效率电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种采用流动电解液的高效率电解装置，用于工业电解制备氢气，所述电解装置包括电解系统、开关阀门系统、循环泵、流量计、以及气体分离纯化系统，其中：所述电解系统与循环泵、流量计依次闭环连接，所述气体分离纯化系统与所述电解系统连接；所述电解系统包括电解槽和储液罐，所述电解槽内设置有若干个电极板和液体循环管，所述储液罐和液体循环管连接处设置有延长段。本实用新型的电解装置不仅可以提高电解效率，节约电解能耗，还可适用于大型电解系统。

Description

一种采用流动电解液的高效率电解装置

技术领域

本实用新型涉及水电解制氢技术领域，具体涉及一种采用流动电解液的高效率电解装置。

背景技术

氢能作为一种清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源和重要的工业原料，具有广阔的发展前景。基于水电解的制氢技术是生产绿色氢能的重要方式，也是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的核心技术，但在大规模高效生产方面仍面临着重大挑战。在传统电解过程中，电极板表面会产生大量气泡，气泡附着在电极板表面造成电极有效面积减小，增大了过电势，从而造成较大的能量损耗。相关研究表明，在电流密度为5000A/m²时，电解气泡产生的能量损耗可占总能量损耗的30％左右。因此，开发一种低气泡甚至无气泡的低能耗电解水制氢装置，对水电解制氢领域以及国家氢能远景目标的实现具有十分重要的意义。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供一种采用流动电解液的高效率电解装置。

一种采用流动电解液的高效率电解装置，包括电解系统、开关阀门系统、循环泵、流量计、以及气体分离纯化系统，所述电解系统、与循环泵、流量计依次闭环连接，所述气体分离纯化系统与所述电解系统的出气口连接，其中：

所述电解系统包括位于下部的电解槽和上部的储液罐，其中所述电解槽和储液罐内储存有电解液，所述电解槽内设置有若干个间隔排列的阳极电极板和阴极电极板，所述每个电极板的上部都设置有若干个液体循环管；所述储液罐和液体循环管连接处设置有若干与所述循环管的位置相对应的延长段；

所述开关阀门系统包括槽体出液口阀门、储液罐加液口阀门、氢氧气体出口阀门、氢气二次干燥纯化入口阀门、氧气二次干燥纯化入口阀门、以及槽体换液口阀门；

所述气体分离纯化系统包括依次连接的气体干燥器、氢氧气体分离器、以及二次干燥纯化装置，其中所述气体干燥器与所述电解系统的出气口连接，所述二次干燥纯化装置包括氢气二次干燥纯化装置与氧气二次干燥纯化装置，并分别与所述氢氧气体分离器的氢、氧气体出口连接。

根据本实用新型，所述电解槽和液体循环管为不锈钢材料，所述液体循环管的管径大小设置为0.2m～0.4m，间距设置为0.2m～0.4m。

进一步地，所述液体循环管的上方设置有液体流量计和开关阀门。

进一步地，所述液体循环管的出口设置为斜长锥结构，其中两边倾斜角设置为15°。

根据本实用新型，所述电解槽的左上角设置有长为0.1m～0.3m的不锈钢挡液板。

根据本实用新型，所述电解槽的底部右端设置有槽体出液口，顶部左端设置有槽体出气口，底部左端设置有槽体换液口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)通过本实用新型的电解装置水电解制氢，能够保证电解产生的氢氧完全处于气体状态，避免由于气泡而造成的大量能耗，可大幅提高电解效率，从而节约生产中的电解能耗，减小生产成本，有利于节约能源和环境保护；此外，

(2)本实用新型的电解装置还可适用于大型电解系统，从而提高工业设备的制氢量，实现氢气的绿色工业生产。

附图说明

图1为本实用新型采用循环流动电解液的低气泡能耗电解的工艺流程示意图。

图2为本实用新型的电解系统1的结构示意图。

图3为本实用新型的电解系统1的侧剖视图。

图4为本实用新型的液体循环管1103的正视图。

图5为本实用新型的液体循环管1103的侧视图。

图号说明：

1-电解系统；

11-电解槽；1101-阳极电极板；1102-阴极电极板；1103-液体循环管；1104-液体流量计；1105-档液板；

12-储液罐；1201-电解液；1202-延长段；

101-槽体出液口；102-储液罐入液口；103-储液罐加液口；104-槽体出气口；105-槽体换液口；

2-开关阀门系统；

201-槽体出液口阀门；202-储液罐加液口阀门；203-氢氧气体出口阀门；204-氢气二次干燥纯化入口阀门；205-氧气二次干燥纯化入口阀门；206-槽体换液口阀门；

3-循环泵；4-流量计；5-气体干燥器；6-氢氧气体分离器；7-氢气二次干燥纯化装置；8-氧气二次干燥纯化装置。

具体实施方式

下面结合附图，以具体实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，所描述的实施例仅用于说明本实用新型技术方案，而非用于限定本实用新型的范围。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

本实用新型的采用流动电解液的高效率电解装置，用于工业电解制备氢气，所述电解装置包括：电解系统1、开关阀门系统2、循环泵3、流量计4、以及气体分离纯化系统，所述电解系统1、与循环泵3、流量计4依次闭环连接，所述气体分离纯化系统与所述电解系统1的出气口连接，其中：所述电解系统1用于电解产生氢气和氧气，所述开关阀门系统2用于控制电解液和氢氧气体的流入和流出，包括槽体出液口阀门201、储液罐加液口阀门202、氢氧气体出口阀门203、氢气二次干燥纯化入口阀门204、氧气二次干燥纯化入口阀门205、以及槽体换液口阀门206；所述循环泵3与所述电解系统1下方的电解槽和上方的储液罐相连通，用于使所述电解槽内自然流出的电解液通过所述循环泵3再次注入所述储液罐中进行循环，从而使所述电解系统1能够循环不断地产生氢气和氧气；所述流量计4用于测量流经所述电解系统1的电解液总流量。

所述气体分离纯化系统包括依次连接的气体干燥器5、氢氧气体分离器6、以及二次干燥纯化装置7、8，其中所述气体干燥器5与所述电解系统1的出气口连接，所述二次干燥纯化装置包括氢气二次干燥纯化装置7与氧气二次干燥纯化装置8，并分别与所述氢氧气体分离器6的氢、氧气体出口连接。所述气体干燥器5用于从所述电解系统1内反应产生并排出的氢气和氧气的一次干燥；所述氢氧气体分离器6用于所述一次干燥后的氢气和氧气的分离；所述氢气二次干燥纯化装置7和氧气二次干燥纯化装置8分别用于所述分离后的氢气和氧气的二次干燥与纯化；所述氢气二次干燥纯化装置7入口处设置有氢气二次干燥纯化入口阀门204，所述氧气二次干燥纯化装置8入口处设置有氧气二次干燥纯化入口阀门205。

如图2和图3所示，所述电解系统1包括位于下部的电解槽11和上部的储液罐12，其中所述电解槽11和储液罐12内储存有电解液1201，所述电解槽11为不锈钢材料，电解装置运行时槽体反应部分处于非浸没状态，因此电解过程中不会产生大量气泡，从而保证较高的电解效率。

所述电解槽11内设置有若干个间隔排列的阳极电极板1101和阴极电极板1102，用于电解所述电解液1201从而产生氢气和氧气。所述每个阳极电极板1101和阴极电极板1102的上部都设置有若干个液体循环管1103，用于循环电解液使整个电极一直处于液体状态；所述液体循环管1103的材质优选为不锈钢，管径大小设置为0.2m～0.4m，间距设置为0.2m～0.4m，可根据所述电极板的宽度设置每个电极板上的液体循环管1103的数量，例如3～8个；进一步地，结合图4和图5所示，所述液体循环管1103的出口设置为斜长锥结构，其中两边倾斜角设置为15°，可使出口电解液出口大、流量均匀，用于保证电极板表面能更好的被润湿。

所述储液罐12和液体循环管1103连接处设置有若干与所述循环管1103的位置相对应的延长段1202，所述延长段1202的长度设置为0.4m～1m，用于确保所述循环管1103入口处的电解液1201有一定的势能，从而使所述电解液1201能正常流出，并流入、润湿所述电极板。

所述液体循环管1103的上方设置有液体流量计1104和开关阀门(图中未示出)，用于在电解装置运行时，通过调节所述开关阀门，同时观察所述液体流量计1104，进而调节流经所述循环管1103的电解液流量，并确保每个循环管1103的流量一样且完全润湿整个电极。此外，所述电解槽11的左上角设置有长为0.1m～0.3m的不锈钢挡液板1105，用于防止电解液从左侧气体出口溅出。

所述电解槽11的底部右端设置有槽体出液口101，顶部左端设置有槽体出气口104，底部左端设置有槽体换液口105；所述储液罐12的顶部中侧设置有储液罐入液口102，顶部左端设置有储液罐加液口103。其中，所述槽体出液口101处设置有槽体出液口阀门201，所述储液罐加液口103处设置有储液罐加液口阀门202，所述槽体出气口104处设置有氢氧气体出口阀门203，所述槽体换液口105处设置有槽体换液口阀门206。

本实用新型电解装置的工作原理如下：

本发明的电解装置开始运作前，往电解系统1上部的储液罐12中放入适当电解液1201，所述电解液1201从所述储液罐12自然流下经过所述液体循环管1103，然后自然流入到所述液体循环管1103下方的电极板上，使电极板时刻保持湿润状态，在所述电极板的电解作用下产生氢气和氧气；之后所述电解液1201流入所述电解槽11底部，并从底部右端的电解液循环泵入口101流出，在所述循环泵3的作用下，再次注入储液罐12中进行循环。反应生成的氢气和氧气从电解槽11顶部左端的槽体出气口104排出，经过所述一次干燥装置5后，进入所述氢氧分离装置6；分离后的氢气和氧气分别进入二次干燥纯化装置7、8后收集储存。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用流动电解液的高效率电解装置，其特征在于，包括电解系统、开关阀门系统、循环泵、流量计、以及气体分离纯化系统，所述电解系统、与循环泵、流量计依次闭环连接，所述气体分离纯化系统与所述电解系统的出气口连接，其中：

所述电解系统包括位于下部的电解槽和上部的储液罐，其中所述电解槽和储液罐内储存有电解液，所述电解槽内设置有若干个间隔排列的阳极电极板和阴极电极板，所述每个电极板的上部都设置有若干个液体循环管；所述储液罐和液体循环管连接处设置有若干与所述循环管的位置相对应的延长段；

所述开关阀门系统包括槽体出液口阀门、储液罐加液口阀门、氢氧气体出口阀门、氢气二次干燥纯化入口阀门、氧气二次干燥纯化入口阀门、以及槽体换液口阀门；

所述气体分离纯化系统包括依次连接的气体干燥器、氢氧气体分离器、以及二次干燥纯化装置，其中所述气体干燥器与所述电解系统的出气口连接，所述二次干燥纯化装置包括氢气二次干燥纯化装置与氧气二次干燥纯化装置，并分别与所述氢氧气体分离器的氢、氧气体出口连接。

2.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解槽和液体循环管为不锈钢材料，所述液体循环管的管径大小设置为0.2m～0.4m，间距设置为0.2m～0.4m。

3.根据权利要求2所述的电解装置，其特征在于，所述液体循环管的上方设置有液体流量计和开关阀门。

4.根据权利要求2所述的电解装置，其特征在于，所述液体循环管的出口设置为斜长锥结构，其中两边倾斜角设置为15°。

5.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解槽的左上角设置有长为0.1m～0.3m的不锈钢挡液板。

6.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解槽的底部右端设置有槽体出液口，顶部左端设置有槽体出气口，底部左端设置有槽体换液口。

7.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述储液罐的顶部中侧设置有储液罐入液口，顶部左端设置有储液罐加液口。

8.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述延长段的长度设置为0.4m～1m。