CN221028701U - 气体制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气体制备系统，包括电解槽，包括阴极室以及阳极室，分离室包括第一分离腔以及第二分离腔，连接管组包括第一进管、第一出管、第二进管以及第二出管，保护组件包括第一保护组以及第二保护组，第一保护组与第一分离腔连通，第一保护组被配置为将第一分离腔中与电解液分离的第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管以及第一出管中的至少一者，第二保护组被配置为将第二分离腔中与电解液分离的第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管以及第二出管中的至少一者。本实用新型能够减少电流损失，降低气体制备系统的器件电化学腐蚀的概率，进而降低电解液泄露风险。

Description

气体制备系统

技术领域

本实用新型涉及制氢技术领域，特别是涉及一种气体制备系统。

背景技术

采用电解方式的气体制备系统因其具有清洁无污染、气体制备效率高等优点在近年来得到广泛应用。并且，随着可再生能源成本逐步降低，可再生能源制备气体的需求大幅提升。

然而，用于气体制备系统所需气体的电解液通常是电的良导体，部分电流会通过电解液离开电解槽，不仅会造成电流损失，同时，还会对气体制备系统的部分器件造成电化学腐蚀，使得电解液存在泄露的风险。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种气体制备系统，气体制备系统能够满足气体制备的需求，同时，能够减少电流损失，降低气体制备系统的器件电化学腐蚀的概率，进而降低电解液泄露风险。

一方面，根据本实用新型实施例提出了一种气体制备系统，包括：电解槽，包括阴极室以及阳极室，阴极室被配置为与电解液反应并生成第一气体，阳极室被配置为与电解液反应并生成第二气体；分离室，包括第一分离腔以及第二分离腔；连接管组，包括第一进管、第一出管、第二进管以及第二出管，第一进管以及第一出管分别连接于阴极室以及第一分离腔之间，第二进管以及第二出管分别连接于阳极室以及第二分离腔之间；保护组件，与分离室连接，保护组件包括第一保护组以及第二保护组，第一保护组与第一分离腔连通，第一保护组被配置为将第一分离腔中与电解液分离的第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管以及第一出管中的至少一者，第二保护组被配置为将第二分离腔中与电解液分离的第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管以及第二出管中的至少一者。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一保护组包括第一驱动泵、第一控制阀以及第一管组，第一驱动泵与第一分离腔连通，第一管组连接于第一驱动泵与第一进管以及第一出管之间，第一控制阀设置于第一管组。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一管组包括第一主管、第一支管以及第二支管，第一主管与第一驱动泵连接，第一支管连接于第一进管以及第一主管之间，第二支管连接于第一出管以及第一主管之间，第一控制阀设置于第一主管。

根据本实用新型实施例的一个方面，第二保护组包括第二驱动泵、第二控制阀以及第二管组，第二驱动泵与第二分离腔连通，第二管组连接于第二驱动泵与第二进管以及第二出管之间，第二控制阀设置于第二管组。

根据本实用新型实施例的一个方面，第二管组包括第二主管、第三支管以及第四支管，第二主管与第二驱动泵连接，第三支管连接于第二进管以及第二主管之间，第四支管连接于第二出管以及第二主管之间，第二控制阀设置于第二主管。

根据本实用新型实施例的一个方面，气体制备系统还包括控制器，控制器被配置为与第一保护组以及第二保护组连接，以控制第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管以及第一出管中的至少一者，且第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管以及第二出管中的至少一者。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一时间间隔以及第二时间间隔相等。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一时间间隔以及第二时间间隔均大于或等于10秒。

根据本实用新型实施例的一个方面，气体制备系统还包括电压测试装置，第一进管与第一出管的至少一者上连接有电压测试装置，第二进管以及第二出管的至少一者上连接有电压测试装置。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一进管与第一出管均连接有电压测试装置，第二进管以及第二出管均连接有电压测试装置，各电压测试装置分别与控制器连接。

根据本实用新型实施例的一个方面，气体制备系统还包括收集器，收集器与保护组件连接，收集器被配置为分别收集第一气体以及第二气体。

根据本实用新型实施例提供的气体制备系统，气体制备系统包括电解槽、分离室、连接管组以及保护组件，电解槽包括阴极室以及阳极室，进入阴极室的电解液能够被电解生成第一气体，进入阳极室的电解液能够被电解生成第二气体，分离室的第一分离腔通过第一进管以及第一出管与阴极室连接，使得混合有第一气体的电解液通过第一出管进入第一分离腔并第一气体分离后能够通过第一进管回流至阴极室，分离室的第二分离腔通过第二进管以及第二出管与阳极室连接，使得混合有第二气体的电解液通过第二出管进入第二分离腔并与第二气体分离后能够通过第二进管回流至阳极室。通过设置保护组件，并使得第一保护组被配置为将第一分离腔中与电解液分离的第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管以及第一出管中的至少一者，第二保护组被配置为将第二分离腔中与电解液分离的第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管以及第二出管中的至少一者，通过第一气体以及第二气体截断所在管路的电解液，使得电解槽的电流无法通过电解液泄露出去，使其几乎全部用于电解，从而电流效率大幅度提高约7％左右，同时消除了电化学腐蚀引起的管路腐蚀的风险。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型另一个实施例的结构示意图。

其中：

10-电解槽；11-阴极室；12-阳极室；

20-分离室；21-第一分离腔；22-第二分离腔；

30-连接管组；31-第一进管；32-第一出管；33-第二进管；34-第二出管；

40-保护组件；41-第一保护组；411-第一驱动泵；412-第一控制阀；413-第一管组；413a-第一主管；413b-第一支管；413c-第二支管；42-第二保护组；421-第二驱动泵；422-第二控制阀；423-第二管组；423a-第二主管；423b-第三支管；423c-第四支管；

50-电压测试装置；60-收集器。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的气体制备系统的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”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，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

采用电解方式的气体制备系统因其具有清洁无污染、气体制备效率高等优点在近年来得到广泛应用。并且，随着可再生能源成本逐步降低，可再生能源制备气体的需求大幅提升。

以制备氢气为例，电解槽是将电力转化为氢气的核心装备。主要原理是，对电解液如氢氧化钾水溶液通入直流电，会在阴阳两个电极表面发生电化学反应：阴极：H2O+e-＝OH-+H2，阳极：4OH--4e-＝2H2O+O2，得到氢气以及氧气。

发生电化学反应的反应器称为可称之为电解槽。电流效率是指电解时,在电极上实际沉积或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比。在电解槽产氢过程中，电流使得电解液被分解。理论上通过多少电荷，就会有相应摩尔数的水被分解，电流效率应该是100％。但实际上，因为气体制备系统的结构缺陷，导致部分电流(电荷)并没有参与电解槽内的电极反应。

主要原因在于，电解液等氢氧化钾溶液是电的良导体，部分电流会通过电解液离开电解槽。例如，电解液流动方向可选为进入电解槽的阴极室和阳极室，电解后分别从阴极室夹带氢气、从阳极室夹带氧气，各自沿管路到分离部件，气体被分离后的电解液可再次返回至电解槽。所以部分电流会从进入电解槽的电解液通往与电解槽连接的分离部件，造成电流损失，从而降低电流效率。

基于此，本申请一个实施例提供了一种气体制备系统，气体制备系统能够满足气体制备的需求，同时，能够减少电流损失，降低气体制备系统的器件电化学腐蚀的概率，进而降低电解液泄露风险。

如图1所示，气体制备系统包括电解槽10、分离室20、连接管组30以及保护组件40。电解槽10包括阴极室11以及阳极室12，阴极室11被配置为与电解液反应并生成第一气体，阳极室12被配置为与电解液反应并生成第二气体。分离室20包括第一分离腔21以及第二分离腔22，连接管组30包括第一进管31、第一出管32、第二进管33以及第二出管34，第一进管31以及第一出管32分别连接于阴极室11以及第一分离腔21之间，第二进管33以及第二出管34分别连接于阳极室12以及第二分离腔22之间。保护组件40与分离室20连接，保护组件40包括第一保护组41以及第二保护组42，第一保护组41与第一分离腔21连通，第一保护组41被配置为将第一分离腔21中与电解液分离的第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管31以及第一出管32中的至少一者，第二保护组42被配置为将第二分离腔22中与电解液分离的第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管33以及第二出管34中的至少一者。

气体制备系统可以用于制备氢气、三氟化氮等气体，为了更好的理解本申请一个实施例提供的气体制备系统，以下将以气体制备系统用于制备氢气为例进行举例说明。相应的，第一气体可以为氢气，第二气体可以为氧气。

电解槽10的阴极室11以及阳极室12均可以包括极板，电解液可选采用氢氧化钾或者水。

第一分离腔21以及第二分离腔22可以彼此独立设置，阴极室11的出口可以通过第一出管32与第一分离腔21的入口连通，阴极室11的入口可以通过第一进管31与第一分离腔21的出口连通。阳极室12的出口可以通过第二出管34与第二分离腔22的入口连通，阳极室12的入口可以通过第二进管33与第二分离腔22的出口连通。

第一保护组41可以被配置为将第一分离腔21中与电解液分离的第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管31以及第一出管32中的一者，也可以将第一分离腔21中与电解液分离的第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管31以及第一出管32的两者。第一时间间隔可以是10秒、11秒、12秒等。可以理解为，每隔一个第一时间间隔将第一分离腔21中与电解液分离的第一气体向第一进管31以及第一出管32中的至少一者输送，输送时间可以是1s、2s、3s等，可选为1s-5s，具体可以根据截断需求设置。

第二保护组42可以被配置为将第二分离腔22中与电解液分离的第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管33以及第二出管34中的一者。也可以将第二分离腔22中与电解液分离的第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管33以及第二出管34中的两者。第二时间间隔可以是10秒、11秒、12秒等。可以理解为，每隔一个第二时间间隔将第二分离腔22中与电解液分离的第二气体向第二进管33以及第二出管34中的至少一者输送，输送时间可以是1s、2s、3s等，可选为1s-5s，具体可以根据截断需求设置。

第一分离腔21内可以设置液体腔以及气体腔，气体腔用于收集第一气体，使得第一气体与电解液分离，可以在液体腔以及气体腔设置透气阻水膜，使得第一气体在压力或者浮力等作用下与电解液分离。相应的，第二分离腔22内可以设置液体腔以及气体腔，气体腔用于收集第二气体，使得第二气体与电解液分离，可以在液体腔以及气体腔设置透气阻水膜，使得第二气体在压力或者浮力等作用下与电解液分离。

本申请一个实施例提供的气体制备系统，电解槽10包括阴极室11以及阳极室12，进入阴极室11的电解液能够被电解生成第一气体，进入阳极室12的电解液能够被电解生成第二气体，分离室20的第一分离腔21通过第一进管31以及第一出管32与阴极室11连接，使得混合有第一气体的电解液通过第一出管32进入第一分离腔21并第一气体分离后能够通过第一进管31回流至阴极室11，分离室20的第二分离腔22通过第二进管33以及第二出管34与阳极室12连接，使得混合有第二气体的电解液通过第二出管34进入第二分离腔22并与第二气体分离后能够通过第二进管33回流至阳极室12。通过设置保护组件40，并使得第一保护组41被配置为将第一分离腔21中与电解液分离的第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管31以及第一出管32中的至少一者，第二保护组42被配置为将第二分离腔22中与电解液分离的第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管33以及第二出管34中的至少一者，通过第一气体以及第二气体截断所在管路的电解液，使得电解槽10的电流无法通过电解液泄露出去，使其几乎全部用于电解，从而电流效率大幅度提高约7％左右，同时消除了电化学腐蚀引起的管路腐蚀的风险。

在一些可选地实施例中，本申请一个实施例提供的气体制备系统，第一保护组41包括第一驱动泵411、第一控制阀412以及第一管组413，第一驱动泵411与第一分离腔21连通，第一管组413连接于第一驱动泵411与第一进管31以及第一出管32之间，第一控制阀412设置于第一管组413。

第一管组413连接于第一驱动泵411与第一进管31以及第一出管32之间可以理解为，第一管组413至少部分连接在第一驱动泵411与第一进管31之间，使得第一驱动泵411能够驱动部分第一气体进入第一进管31，以阻断第一进管31中的电解液连续流动。第一管组413至少部分连接在第一驱动泵411与第一出管32之间，使得第一驱动泵411能够驱动部分第一气体进入第一出管32，以阻断第一出管32中的电解液连续流动。

本申请一个实施例提供的气体制备系统，通过上述设置，能够利用第一驱动泵411驱动第一气体以第一时间间隔进入间断性的输送至第一进管31以及第一出管32中的至少一者，满足对电解液的间歇性阻断需求。并且，第一控制阀412的设置，利于在不需要输送第一气体时对第一气体向第一进管31以及第一出管32流动时的阻断。

在一些可选地实施例中，本申请一个实施例提供的气体制备系统，第一管组413包括第一主管413a、第一支管413b以及第二支管413c，第一主管413a与第一驱动泵411连接，第一支管413b连接于第一进管31以及第一主管413a之间，第二支管413c连接于第一出管32以及第一主管413a之间，第一控制阀412设置于第一主管413a。

第一管组413采用上述结构形式，利于第一驱动泵411的出口与第一进管31以及第一出管32之间的连接，使得第一气体可以根据需求进入到第一进管31以及第一出管32。

在一些可选地实施例中，第二保护组42包括第二驱动泵421、第二控制阀422以及第二管组423，第二驱动泵421与第二分离腔22连通，第二管组423连接于第二驱动泵421与第二进管33以及第二出管34之间，第二控制阀422设置于第二管组423。

第二管组423连接于第二驱动泵421与第二进管33以及第二出管34之间可以理解为，第二管组423至少部分连接在第二驱动泵421与第二进管33之间，使得第二驱动泵421能够驱动部分第二气体进入第二进管33，以阻断第二进管33中的电解液连续流动。第二管组423至少部分连接在第二驱动泵421与第二出管34之间，使得第二驱动泵421能够驱动部分第二气体进入第二出管34，以阻断第二出管34中的电解液连续流动。

本申请一个实施例提供的气体制备系统，通过上述设置，能够利用第二驱动泵421驱动第二气体以第二时间间隔进入间断性的输送至第二进管33以及第二出管34中的至少一者，满足对电解液的间歇性阻断需求。并且，第二控制阀422的设置，利于在不需要输送第二气体时对第二气体向第二进管33以及第二出管34流动时的阻断。

在一些可选地实施例中，第二管组423包括第二主管423a、第三支管423b以及第四支管423c，第二主管423a与第二驱动泵421连接，第三支管423b连接于第二进管33以及第二主管423a之间，第四支管423c连接于第二出管34以及第二主管423a之间，第二控制阀422设置于第二主管423a。

第二管组423采用上述结构形式，利于第二驱动泵421的出口与第二进管33以及第二出管34之间的连接，使得第二气体可以根据需求进入到第二进管33以及第二出管34。

在一些可选地实施例中，本申请一个实施例提供的气体制备系统，还包括控制器，控制器被配置为与第一保护组41以及第二保护组42连接，以控制第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管31以及第一出管32中的至少一者，第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管33以及第二出管34中的至少一者。

当第一保护组41包括第一控制阀412，第二保护组42包括第二控制阀422时，控制器可以与第一控制阀412以及第二控制阀422连接，通过控制器能够控制第一控制阀412的开启以及关闭，以控制第一气体以第一时间间隔间断性的输送至第一进管31以及第一出管32中的至少一者，也可以同步进入第一进管31以及第一出管32。通过控制器能够控制第二控制阀422的开启以及关闭，以控制第二气体以第二时间间隔间断性的输送至第二进管33以及第二出管34中的至少一者，也可以同步进入第二进管33以及第二出管34。

在一些可选地实施例中，本申请一个实施例提供的气体制备系统，第一时间间隔以及第二时间间隔相等。通过上述设置，可以使得对电解液的阻断频率一致，优化气体制备系统的性能。

在一些可选地实施例中，本申请一个实施例提供的气体制备系统，第一时间间隔以及第二时间间隔均大于或等于10秒。也就是，每隔10秒以上的时间向第一进管31以及第一出管32中的至少一者通入分离后的第一气体，每隔10秒以上的时间向第二进管33以及第二出管34中的至少一者通入分离后的第二气体，以通过第一气体以及第二气体可靠的截断所在管路的电解液，使得电解槽10的电流无法通过电解液泄露出去，使其几乎全部用于电解，从而电流效率大幅度提高约7％左右，同时消除了电化学腐蚀引起的管路腐蚀。

可选地，第一时间间隔、第二时间间隔可以小于等于25秒。

如图2所示，在一些可选地实施例中，气体制备系统还包括电压测试装置50，第一进管31与第一出管32的至少一者上连接有电压测试装置50，第二进管33以及第二出管34的至少一者上连接有电压测试装置50。

可以在第一进管31以及第一出管32的一者上设置有电压测试装置50，也可以在第一进管31以及第一出管32上均连接有电压测试装置50。同样的，可以在第二进管33与第二出管34的一者上连接有电压测试装置50，也可以在第二进管33与第二出管34上均连接有电压测试装置50，电压测试装置50包括但不限于电压表等。

本申请实施例提供的气体制备系统，在各管路中，有电流通过时，会产生电压。当检测到有电压通过时，也可以控制第一气体以及第二气体进入相应的管路，以阻断电解液，降低电流损失。

在一些可选地实施例中，本申请一个实施例提供的气体制备系统，第一进管31与第一出管32均连接有电压测试装置50，第二进管33以及第二出管34均连接有电压测试装置50，各电压测试装置50分别与控制器连接。

通过上述设置，当电压测试装置50检测到电压时，控制器可以控制第一管组413以及第二管组423开启，可选控制第一控制阀412以及第二控制阀422中的至少一则开启，以向相应的管路通入第一气体或者第二气体。

在一些可选地实施例中，本申请一个实施例提供的气体制备系统，气体制备系统还包括收集器60，收集器60与保护组件40连接，收集器60被配置为分别收集第一气体以及第二气体。收集器60可以分开收集第一气体以及第二气体，保证气体的制备需求。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种气体制备系统，其特征在于，包括：

电解槽，包括阴极室以及阳极室，所述阴极室被配置为与电解液反应并生成第一气体，所述阳极室被配置为与所述电解液反应并生成第二气体；

分离室，包括第一分离腔以及第二分离腔；

连接管组，包括第一进管、第一出管、第二进管以及第二出管，所述第一进管以及所述第一出管分别连接于所述阴极室以及所述第一分离腔之间，所述第二进管以及所述第二出管分别连接于所述阳极室以及所述第二分离腔之间；

保护组件，与所述分离室连接，所述保护组件包括第一保护组以及第二保护组，所述第一保护组与所述第一分离腔连通，所述第一保护组被配置为将所述第一分离腔中与所述电解液分离的所述第一气体以第一时间间隔间断性的输送至所述第一进管以及所述第一出管中的至少一者，所述第二保护组被配置为将所述第二分离腔中与所述电解液分离的所述第二气体以第二时间间隔间断性的输送至所述第二进管以及所述第二出管中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的气体制备系统，其特征在于，所述第一保护组包括第一驱动泵、第一控制阀以及第一管组，所述第一驱动泵与所述第一分离腔连通，所述第一管组连接于所述第一驱动泵与所述第一进管以及所述第一出管之间，所述第一控制阀设置于所述第一管组。

3.根据权利要求2所述的气体制备系统，其特征在于，所述第一管组包括第一主管、第一支管以及第二支管，所述第一主管与所述第一驱动泵连接，所述第一支管连接于所述第一进管以及所述第一主管之间，所述第二支管连接于所述第一出管以及所述第一主管之间，所述第一控制阀设置于所述第一主管。

4.根据权利要求1所述的气体制备系统，其特征在于，所述第二保护组包括第二驱动泵、第二控制阀以及第二管组，所述第二驱动泵与所述第二分离腔连通，所述第二管组连接于所述第二驱动泵与所述第二进管以及所述第二出管之间，所述第二控制阀设置于所述第二管组。

5.根据权利要求4所述的气体制备系统，其特征在于，所述第二管组包括第二主管、第三支管以及第四支管，所述第二主管与所述第二驱动泵连接，所述第三支管连接于所述第二进管以及所述第二主管之间，所述第四支管连接于所述第二出管以及所述第二主管之间，所述第二控制阀设置于所述第二主管。

6.根据权利要求1所述的气体制备系统，其特征在于，所述气体制备系统还包括控制器，所述控制器被配置为与所述第一保护组以及所述第二保护组连接，以控制所述第一气体以所述第一时间间隔间断性的输送至所述第一进管以及所述第一出管中的至少一者，且所述第二气体以所述第二时间间隔间断性的输送至所述第二进管以及所述第二出管中的至少一者。

7.根据权利要求6所述的气体制备系统，其特征在于，所述第一时间间隔以及所述第二时间间隔相等；

和/或，所述第一时间间隔以及所述第二时间间隔均大于或等于10秒。

8.根据权利要求6所述的气体制备系统，其特征在于，所述气体制备系统还包括电压测试装置，所述第一进管与所述第一出管的至少一者上连接有所述电压测试装置，所述第二进管以及所述第二出管的至少一者上连接有所述电压测试装置。

9.根据权利要求8所述的气体制备系统，其特征在于，所述第一进管与所述第一出管均连接有所述电压测试装置，所述第二进管以及所述第二出管均连接有所述电压测试装置，各所述电压测试装置分别与所述控制器连接。

10.根据权利要求1所述的气体制备系统，其特征在于，所述气体制备系统还包括收集器，所述收集器与所述保护组件连接，所述收集器被配置为分别收集所述第一气体以及所述第二气体。