CN219972496U - 一种水电解制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水电解制氢装置，包括：水电解槽；氢气分离器，通过管道连接至水电解槽的阴极；加热装置，安装在水电解槽的进液端；以及纯度分析仪，连接于氢气分离器的输出端，纯度分析仪获取氢气分离器输出的氢气纯度数据，其中在所述水电解制氢的开机阶段，当氢气纯度数据达到储藏标准，氢气分离器的输出端连接于储气罐，当氢气纯度数据未达到储藏标准，氢气分离器的输出端连接于加热装置。本实用新型提供了一种水电解制氢装置，能够提升水电解制氢效率。

Description

一种水电解制氢装置

技术领域

本实用新型涉及氢气制备设备领域，特别涉及一种水电解制氢装置。

背景技术

水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的水电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，被分解成氢气和氧气，从而制得氢气。

在工业制氢装置中，启动装置后，制氢装置开机缓慢，并且在开机初始阶段所产生的氢气多为不合格氢气。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种水电解制氢装置，能够提升水电解制氢效率。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

如上所述，本实用新型提供了一种水电解制氢装置，包括：

水电解槽；

氢气分离器，通过管道连接至所述水电解槽的阴极；

加热装置，安装在所述水电解槽的进液端；以及

纯度分析仪，连接于所述氢气分离器的输出端，所述纯度分析仪获取所述氢气分离器输出的氢气纯度数据，其中在所述水电解制氢的开机阶段，当所述氢气纯度数据达到储藏标准，所述氢气分离器的输出端连接于储气罐，当所述氢气纯度数据未达到储藏标准，所述氢气分离器的输出端连接于所述加热装置。

在本实用新型一实施例中，所述水电解槽和供水设备间连接氧气分离器，所述氧气分离器通过管道连通所述水电解槽的阳极。

在本实用新型一实施例中，所述氧气分离器上设置出水口，且所述出水口连接于所述加热装置和所述水电解槽。

在本实用新型一实施例中，所述氢气分离器和所述加热装置的连接管道上设置第二阀体，所述出水口和所述加热装置的连接管道上设置第三阀体，在所述水电解制氢装置开机时，所述第二阀体和所述第三阀体同步启闭。

在本实用新型一实施例中，所述氢气分离器和所述储气罐的连接管道上设置第一阀体，所述出水口和所述水电解槽的连接管道上设置第四阀体。

在本实用新型一实施例中，所述加热装置的进水端连接于所述出水口，且所述加热装置的出水端连接于所述水电解槽。

在本实用新型一实施例中，所述加热装置的进水端连接于所述出水口，且所述加热装置的出水端连接于换热器。

在本实用新型一实施例中，所述换热器的进液端连接于电解液供给设备，所述换热器的出液端连接于所述水电解槽。

在本实用新型一实施例中，所述加热装置包括加热箱，所述加热箱的箱壁内嵌设加热元件。

在本实用新型一实施例中，所述加热装置电性连接于供电设备，且所述供电设备为绿色能源设备。

如上所述，本实用新型提供了一种水电解制氢装置，能够对水电解制氢装置开机阶段的不合格氢进行再利用。并且通过不合格氢气的燃烧产热对水电解制氢装置中的电解液进行加热，从而提升水电解制氢设备所产生的氢气纯度，快速度过水电解制氢设备的开机阶段，提升水电解制氢效率。因此根据本实用新型提供的水电解制氢装置，不仅提升了水电解制氢效率，还能够降低废气排放。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例中水电解制氢装置的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中加热装置的结构示意图。

图3为本实用新型另一实施例中加热装置的结构示意图。

图4为本实用新型另一实施例中水电解制氢装置的结构示意图。

图中：100、水电解槽；200、氢气分离器；201、一级气水分离室；2011、氢气进口；2012、氢气出口；202、二级气水分离室；2021、氢气传输总管；2022、第一支管；2023、第二支管；300、纯度分析仪；400、加热装置；401、加热箱；402、燃烧箱；4021、加热元件；403、换热箱；4031、换热管；404、第一进气口；405、第二进气口；406、第一进水口；407、第一排水口；408、流量计；409、温度传感器；410、排废口；500、氧气分离器；501、氧气进口；502、氧气出口；503、第二进水口；504、第二排水口；5041、第三支管；5042、第四支管；505、补气口；600、换热器；10、第一阀体；20、第二阀体；30、第三阀体；40、第四阀体。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

工业制氢可以在酸性环境或碱性环境生产氢气。其中产生的氢气从阳极排出，产生的氧气从阴极排出，因此可以将水电解制氢所产生的氢气和氧气分别收集。在本实施例中，可以通过直接电解纯水产生高纯氢气，电解池只需电解纯水即可产氢。而纯水的电离度很小，导电能力低，因此在本实施例中也可以在纯水中加入电解质，以增加溶液的导电能力，使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。或是使用具有酸碱性质的电解液，通过水电解制氢装置分解电解液的溶剂水，制得氢气和氧气。而本实用新型提供了一种水电解制氢装置，应用在水电解制氢装置的开机阶段，能够缩短电解液升温时间，从而达到快速开机目的，提升了水电解制氢的效率。

请参阅图1所示，本实用新型提供的水电解制氢装置包括水电解槽100、氢气分离器200、纯度分析仪300和加热装置400。其中，水电解槽100中盛装有纯水或电解液，在本实施例中，水电解槽100可以盛装纯水。当水电解槽100通电，纯水发生电解。其中，氢气分离器200通过管道连接至水电解槽100的阴极，纯水电解后分离的氢气通过管道被传输至氢气分离器200中。其中，氢气分离器200将氢气和水进行分离，输送出纯净的氢气。在本实施例中，氢气分离器200输送的氢气输送至储气罐中收集，或是输送至加热装置400中参与燃烧。具体的，氢气分离器200的氢气输出管道上安装纯度分析仪300。其中纯度分析仪300可以是气体纯度分析仪。纯度分析仪300对氢气分离器200输出的氢气进行浓度检测，当氢气纯度达到储藏标准时，氢气分离器200输出的氢气被输送到储存罐。当氢气纯度未达到储藏标准时，氢气分离器200输出的氢气被输送到加热装置400，并作为燃料燃烧。其中，加热装置400安装在水电解槽100的进水端。参与电解的纯水或电解液先经过加热装置400加热进入水电解槽100，能够提升电解出氢气的纯度，缩短水电解槽100的开机时间。

请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，氢气分离器200包括一级气水分离室201和二级气水分离室202。一级气水分离室201上设置有氢气进口2011和氢气出口2012。其中氢气进口2011通过管道连接至水电解槽100的阴极。水电解槽100完成水电解制得的氢气可以通过管道和氢气进口2011进入一级气水分离室201中。氢气和液态水在一级气水分离室201中被分离。其中，氢气出口2012通过管道连接至二级气水分离室202。完成液态水分离的氢气被管道输送至二级气水分离室202中。制得的氢气在二级气水分离室202中被进一步分离出液态水，从而得到纯净的氢气。其中，二级气水分离室202的排气端连接有氢气传输总管2021。

请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，纯度分析仪300安装在氢气传输总管2021上。氢气传输总管2021连通有第一支管2022和第二支管2023。其中第一支管2022上安装有第一阀体10，第二支管2023上安装有第二阀体20。第一支管2022连接至储气罐，当氢气纯度达到储藏标准时，第一阀体10打开，氢气被输送至储气罐中存储。第二支管2023连接至加热装置400，当氢气纯度未达到储藏标准时，第二阀体20打开，氢气被输送至加热装置400中。在本实施例中，纯度分析仪300电性连接于控制器，其中控制器在本实施例中未示出。在本实施例中，控制器可以是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。控制器电性连接于第一阀体10和第二阀体20。其中，纯度分析仪300获取氢气纯度数据，控制器获取所述氢气纯度数据，并根据所述氢气纯度数据控制第一阀体10和第二阀体20的启闭。其中第一阀体10和第二阀体20可以是电动启闭阀也可以是启动启闭阀。

请参阅图1和图2所示，在本实用新型一实施例中，加热装置400包括加热箱401、燃烧箱402和换热箱403。其中，加热箱401为密闭箱体。燃烧箱402和换热箱403设置在加热箱401中。其中，加热箱401上设置有第一进气口404和第二进气口405，第一进气口404和第二进气口405通过管道连接燃烧箱402。在本实施例中，第一进气口404通过管道连接于二级气水分离室202。具体的，第一进气口404通过第二支管2023连接二级气水分离室202。纯度未达到储藏标准的氢气被输送至燃烧箱402中。在燃烧箱402中，氢气燃烧大量放热。在本实施例中，换热箱403和燃烧箱402连通，氢气燃烧大量放热的同时，换热箱403室温上升。其中，换热箱403和燃烧箱402为箱体结构。并且，换热箱403的外部缠绕有换热管4031。其中，加热箱401上设置有第一进水口406和第一排水口407。第一进水口406与换热管4031的一端连接，第一排水口407和换热管4031的另一端连接。进水通过换热管4031与换热箱403完成换热，水升温，再通过第一排水口407排出加热箱401。在本实施例中，第一排水口407通过管道连接至水电解槽100。经过加热的水或电解液可作为水电解槽100的电解原料。在本实施例中，第一进气口404用于通不合格氢气，第二进气口405可用于通辅助燃料，例如通入氧气。

请参阅图1和图2所示，在本实用新型一实施例中，换热管4031的进水端安装有流量计408。流量计408可以记录并控制进水量进水速度，从而控制进水与换热箱403的接触时间。换热管4031的出水端安装有温度传感器409，温度传感器409可以监控换热后的水温。在本实施例中，当换热后的水温不达标，可以降低换热管4031的水流速度，提升换热管4031中的水流与换热箱403的接触时间。其中，加热箱401上设置有排废口410。排废口410通过管道连通换热箱403。燃烧箱402与换热箱403连通，燃烧箱402中的氢气燃烧所产生的水，可以被导进换热箱403中，且通过管道和排废口410可以将燃烧副产物排出加热箱401。

请参阅图1至图3所示，在本实用新型一实施例中，加热装置400包括加热箱401和燃烧箱402，其中燃烧箱402安装在加热箱401内。在本实施例中，燃烧箱402的箱壁内嵌入加热元件4021，例如电热丝。其中，燃烧箱402的每个侧壁上都可铺设加热元件4021。也可以在燃烧箱402的部分侧壁铺设加热元件4021。在本实施例中，加热元件4021电性连接于供电端。其中，所述供电端可以是发电机和电动机等发电设备，所述供电端也可以是太阳能发电设备，例如光伏电池。在本实施例中，加热箱401上设置有第一进水口406和第一排水口407。其中，第一进水口406通过管道连通燃烧箱402，第一进水口406进水，从而将水导入燃烧箱402中，通过电加热使水升温。第一排水口407通过管道连通燃烧箱402，水加热后通过第一排水口407排出，并接着将热水输送至换热器600。

请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，水电解槽100的阳极连接于氧气分离器500。氧气分离器500可用于分离氧气和水。氧气分离器500上设置有氧气进口501和氧气出口502。其中氧气进口501通过管道连接至水电解槽100的阳极。水电解槽100的阳极完成水电解产生氧气，所产生的氧气携带纯水或电解液通过氧气进口501进入氧气分离器500中。氧气分离器500完成对水和氧气的分离，其中水留在氧气分离器500中，氧气通过氧气出口502排出或是收集至储气罐中。

请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，氧气分离器500包括第二进水口503和第二排水口504，以及补气口505。其中，第二进水口503连接于水电解槽100的供水设备。第二排水口504通过管道分别连接至加热装置400和水电解槽100。具体的，第二排水口504连接有第三支管5041和第四支管5042。其中，第三支管5041连接于加热装置400，第四支管5042连接于水电解槽100。在本实施例中，第三支管5041上安装有第三阀体30，第四支管5042上安装有第四阀体40。在本实施例中，第三阀体30和第四阀体40电性连接于所述控制器。当氢气纯度达到储藏标准时，第一阀体10打开，氢气被输送至储气罐中存储。并且，第四阀体40打开，水或电解液通过第四支管5042被输送至水电解槽100中，作为电解原料。当氢气纯度未达到储藏标准时，第二阀体20打开，氢气被输送至加热装置400中。并且，第三阀体30打开，水或电解液通过第三支管5041被输送至加热装置400，水或电解液经过加热并输送至水电解槽100中，作为电解原料。在本实施例中，补气口505通过管道连接第二进气口405。当氢气纯度未达到储藏标准时，加热装置400对电解原料水进行加热。其中，氧气分离器500所分离的氧可以通过补气口505输送至燃烧箱402中，辅助不合格氢气的燃烧。在本实用新型的其他实施例中，也可以通过第二进气口405将外部辅助燃料通燃烧箱402中。在本实施例中，常规供气供水所使用的阀体，本实用新型未示出。

请参阅图4所示，在本实用新型另一实施例中，本实用新型所述水电解制氢装置包括水电解槽100、氢气分离器200、纯度分析仪300和加热装置400，以及换热器600。其中，水电解槽100中盛装有电解液，在本实施例中，水电解槽100可以盛装电解液。当水电解槽100通电，电解液中的溶剂水发生电解。其中，氢气分离器200通过管道连接至水电解槽100的阴极，溶剂水电解后分离的氢气通过管道被传输至氢气分离器200中。其中，氢气分离器200将氢气和水进行分离，输送出纯净的氢气。在本实施例中，氢气分离器200输送的氢气输送至储气罐中收集，或是输送至加热装置400中参与燃烧。具体的，氢气分离器200的氢气输出管道上安装纯度分析仪300。其中纯度分析仪300可以是气体纯度分析仪。纯度分析仪300对氢气分离器200输出的氢气进行浓度检测，当氢气纯度达到储藏标准时，氢气分离器200输出的氢气被输送到储存罐。当氢气纯度未达到储藏标准时，氢气分离器200输出的氢气被输送到加热装置400，并作为燃料燃烧。其中，加热装置400对水进行加热，并将热水输送至换热器600中。其中，换热器600的进液端用于输入电解液，电解液通过换热器600时，电解液与热水发生换热，从而实现对电解液的加热。电解液经过升温后再进行电解，电解出的氢气纯度得到提升，从而缩短了本实用新型所述水电解制氢装置的开机时间，实现快速制氢。在本实施例中，换热器600为板式换热器、列管式换热器或绕管式换热器。

请参阅图3和图4所示，在本实用新型另一实施例中，加热装置400包括加热箱401、燃烧箱402和换热箱403。其中，加热箱401为密闭箱体。燃烧箱402和换热箱403设置在加热箱401中。其中，加热箱401上设置有第一进气口404和第二进气口405，第一进气口404和第二进气口405通过管道连接燃烧箱402。在本实施例中，第一进气口404通过管道连接于二级气水分离室202。具体的，第一进气口404通过第二支管2023连接二级气水分离室202。纯度未达到储藏标准的氢气被输送至燃烧箱402中。在燃烧箱402中，氢气燃烧大量放热。在本实施例中，换热箱403和燃烧箱402连通，氢气燃烧大量放热的同时，换热箱403室温上升。其中，换热箱403和燃烧箱402为箱体结构。并且，换热箱403的外部缠绕有换热管4031。其中，加热箱401上设置有第一进水口406和第一排水口407。第一进水口406与换热管4031的一端连接，第一排水口407和换热管4031的另一端连接。进水通过换热管4031与换热箱403完成换热，水升温，再通过第一排水口407排出加热箱401。在本实施例中，第一排水口407通过管道连接至水电解槽100。经过加热的水或电解液可作为水电解槽100的电解原料。在本实施例中，第一进气口404用于通不合格氢气，第二进气口405可用于通辅助燃料，例如通入氧气。其中，加热装置400所用的水为工厂冷却循环水。

请参阅图3和图4所示，在本实用新型另一实施例中，加热装置400包括加热箱401和燃烧箱402，其中燃烧箱402安装在加热箱401内。在本实施例中，燃烧箱402的箱壁内嵌入加热元件4021，例如电热丝。其中，燃烧箱402的每个侧壁上都可铺设加热元件4021。也可以在燃烧箱402的部分侧壁铺设加热元件4021。在本实施例中，加热元件4021电性连接于供电端。其中，所述供电端可以是发电机和电动机等发电设备，所述供电端也可以是绿色能源设备，如太阳能发电设备和风力发电设备等等，例如光伏电池。在本实施例中，加热箱401上设置有第一进水口406和第一排水口407。其中，第一进水口406通过管道连通燃烧箱402，第一进水口406进水，从而将水导入燃烧箱402中，通过电加热使水升温。第一排水口407通过管道连通燃烧箱402，水加热后通过第一排水口407排出，并接着将热水输送至换热器600。其中，加热装置400所用的水为工厂冷却循环水。

请参阅图1至图4所示，在本实用新型另一实施例中，当氢气的纯度未达到储藏标准时，第二阀体20和第三阀体30打开，不合格氢气被输送至加热装置400。加热装置400以不合格氢气为燃料，对进水进行加热。接着将加热后水通过第一排水口407排出并输送至换热器600中，在换热器600中对电解液进行加热，提升水电解制氢装置的开机速度。当氢气的纯度达到储藏标准时，第二阀体20和第三阀体30关闭且第一阀体10打开，合格的氢气被直接输送至储液罐中。并且电解液流经换热器600直接输送至水电解槽100中。在氢气的纯度达到储藏标准时，加热装置400不工作。需要说明的是，在碱性工况下，换热器600中的电解液来自于一级气水分离室201和氧气分离器500。在纯水工况下，换热器600中的电解液来自于一级气水分离室201和氧气分离器500，或单独来自于氧气分离器500。

以上公开的本实用新型实施例只是用于帮助阐述本实用新型。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种水电解制氢装置，其特征在于，包括：

水电解槽；

氢气分离器，通过管道连接至所述水电解槽的阴极；

加热装置，安装在所述水电解槽的进液端；以及

纯度分析仪，连接于所述氢气分离器的输出端，所述纯度分析仪获取所述氢气分离器输出的氢气纯度数据，其中在所述水电解制氢的开机阶段，当所述氢气纯度数据达到储藏标准，所述氢气分离器的输出端连接于储气罐，当所述氢气纯度数据未达到储藏标准，所述氢气分离器的输出端连接于所述加热装置。

2.根据权利要求1所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述水电解槽和供水设备间连接氧气分离器，所述氧气分离器通过管道连通所述水电解槽的阳极。

3.根据权利要求2所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述氧气分离器上设置出水口，且所述出水口连接于所述加热装置和所述水电解槽。

4.根据权利要求3所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述氢气分离器和所述加热装置的连接管道上设置第二阀体，所述出水口和所述加热装置的连接管道上设置第三阀体，在所述水电解制氢装置开机时，所述第二阀体和所述第三阀体同步启闭。

5.根据权利要求3所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述氢气分离器和所述储气罐的连接管道上设置第一阀体，所述出水口和所述水电解槽的连接管道上设置第四阀体。

6.根据权利要求3所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述加热装置的进水端连接于所述出水口，且所述加热装置的出水端连接于所述水电解槽。

7.根据权利要求3所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述加热装置的进水端连接于所述出水口，且所述加热装置的出水端连接于换热器。

8.根据权利要求7所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述换热器的进液端连接于电解液供给设备，所述换热器的出液端连接于所述水电解槽。

9.根据权利要求1所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述加热装置包括加热箱，所述加热箱的箱壁内嵌设加热元件。

10.根据权利要求9所述的一种水电解制氢装置，其特征在于，所述加热装置电性连接于供电设备，且所述供电设备为绿色能源设备。