一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽及方法

本发明属于电解水，具体涉及一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽及方法。

背景技术：

1、氢能，无论是作为能量载体，还是直接作为燃料，均将成为未来能源体系的一大支柱。电解水制氢是一种极为优越的能够直接获得高纯氢气的制氢技术。利用太阳能、风能等间歇能源发电，然后电解水制氢，生成可储运的氢能，被认为是解决当今环境污染问题的有效途径之一。

2、碱性电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电解成氢气和氧气。但现有的电解水制氢技术仍存在着以下问题：首先，在工业电解水的应用中，所采用的电解水制氢设备常存在较难安装、不易移动及拆解等缺陷，加大了在工业中电解水制氢的成本，不利于实际电解应用。其次，在电解水制氢前，由于电解室内仍存在大量杂质气体，导致在电流生满后，对不合格的产物气体进行放空置换，耗费电能的同时降低了电解效率。最后，随着电解水制氢反应的进行，电解槽内的电解液会逐渐减少，同时随着环境温度的变化，电解水制氢反应并不能处于最适宜反应的温度区间，以上情况都影响着电解水制氢反应的过程。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽及方法，能够解决现有电解水设备的较难安装、不易移动及拆解，导致应用难度大的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术内容：

3、一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，包括电解水制氢槽本体；

4、所述电解水制氢槽本体由多个电解室模块串联组成，所述电解室模块采用交替相连的多个阳极室和阴极室；

5、所述阳极室与所述阴极室之间通过离子交换膜相隔；

6、所述阳极室和所述阴极室分别与电解片组件相连；

7、所述阳极室和所述阴极室分别开设有进液孔和集气孔。

8、进一步地，所述阳极室与所述阴极室每个连接处均设置有成对的隔板，隔板上开设有真空气孔以及用于通过离子的离子孔；所述离子交换膜设置于两个隔板之间，与离子孔相配合实现离子交换；所述隔板上设置有一体球阀装置，用于开合真空气孔以实现各电解室模块之间的连通与隔绝；所述电解室模块连接有抽真空装置。

9、进一步地，所述一体球阀装置包括多个依次相连的球阀组件；所述球阀组件包括传动轮盘和球阀；所述传动轮盘底部与球阀固定相连，每两个传动轮盘之间通过传动杆活动连接；所述传动轮盘上连接有传动把手。

10、进一步地，所述电解室模块上连接有控温系统；所述控温系统包括插设于电解室模块中的温度传感器和电加热管。

11、进一步地，所述电解室模块连通有自动给液系统和集气系统。

12、进一步地，所述自动给液系统包括插设于电解室模块内部的电容式液位计以及与进液孔相连通的给液阀。

13、进一步地，所述集气系统包括阳极室集气管道和阴极室集气管道，每条阳极室集气管道和阴极室集气管道与对应的集气孔连通。

14、进一步地，阳极室集气管道和阴极室集气管道的末端均连接有除水组件；所述除水组件包括空心旋转接头以及设置于空心旋转接头内部的石棉网；所述空心旋转接头的入口与所述阳极室集气管道或所述阴极室集气管道连通，出口连接有三通阀；所述三通阀与气体缓冲罐相连。

15、一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽的工作方法，基于上述密闭式模块化电解水制氢用电解槽，包括：

16、将多个阳极室和阴极室交替连接组装成多个电解室模块；将电解片组件分别与每个阳极室和阴极室相连接；利用进液孔向阳极室和阴极室供给水；利用电解片组件对水进行电解；利用集气孔收集产物气体。

17、进一步地，在对水进行电解之前，采用一体球阀装置将各电解室模块连通，利用抽真空装置对电解室模块进行抽真空处理。

18、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

19、本发明提供了一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，本电解槽包括由多个电解室模块串联组成的电解水制氢槽本体，电解室模块采用交替相连的多个阳极室和阴极室；阳极室和阴极室之间通过离子交换膜隔开，并且均连接了用于电解水的电解片组件，阳极室和阴极室均开设了进液孔和集气孔，通过模块化的设计，将各个电解室设置为预制化的单独分区，使得本电解槽能够应对相对复杂的实际工业生产环境。相比传统的一体化电解槽，本槽体的设置更加灵活，能够根据实际生产需求自由组合搭配；本电解槽结构和原理简单，不仅拆装、移动方便，实用性强，而且还能够节约生产成本，提高产物气体的纯度，具有良好的推广应用价值。

20、优选地，本发明中，为了解决在电解水制氢前，由于电解室内仍存在大量杂质气体的问题，电解室模块上连接了抽真空装置，采用隔板与离子交换膜的配合，实现离子交换，并且在隔板上配合设置了一体球阀装置，能够实现一次开启全部球阀，简化联通各个电解室的操作，进而实现在电解水反应开始前，通过抽真空装置排出密闭电解室内的杂质气体；保证了电解水制氢生产过程的安全性，提高了制备得到氢气产物的纯度。

21、优选地，本发明中，为了解决电解槽内的电解液会逐渐减少，同时随着环境温度的变化，电解水制氢反应并不能处于最适宜反应的温度区间的问题，电解室模块连接了控温系统以及自动给液系统；控温系统能够监测电解室温度，并根据预设适宜温度实时调节电解室模块内的温度，保证了电解效率；通过自动给液系统能够控制电解槽的电解液面，并自动控制供给水的流量，进而能够更加精确地操控反应过程，提高反应过程的可监测性。

22、优选地，本发明中，电解室模块还连接了由阳极室集气管道和阴极室集气管道组成的集气系统，用于收集电解后的产物气体；此外，为了提高气体的纯度，在阳极室集气管道和阴极室集气管道的末端连接了除水组件，空心旋转接头内部的石棉网能够吸收反应过程中由于温度较高而产生的水蒸气；在电流生满后，对不合格的产物气体进行放空置换，经分析合格后，可进行集气，此时，三通阀自动将产物气体送进气体缓冲罐，保证了产物气体收集的纯度。

23、本发明还提供了一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽的工作方法，基于上述密闭式模块化电解水制氢用电解槽，采用本方法能够解决现有电解水制氢设备常存在较难安装、不易移动及拆解的问题，采用本方法能够根据实际生产需求自由组合，方便拆装和使用，节约了占地空间和生产成本，易于工业生产。

24、优选地，本发明中，在对水进行电解之前，采用一体球阀装置将各电解室模块连通，利用抽真空装置对电解室模块进行抽真空处理，能够有效除去电解室内的氧气及其他杂质气体，保证电解水制氢生产过程的安全性，提高制备得到氢气的纯度。

技术特征：

1.一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，包括电解水制氢槽本体(1)；

2.根据权利要求1所述的一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，所述阳极室(6)与所述阴极室(7)每个连接处均设置有成对的隔板(501)，隔板(501)上开设有真空气孔以及用于通过离子的离子孔；所述离子交换膜(15)设置于两个隔板(501)之间，与离子孔相配合实现离子交换；所述隔板(501)上设置有一体球阀装置(19)，用于开合真空气孔以实现各电解室模块(5)之间的连通与隔绝；所述电解室模块(5)连接有抽真空装置。

3.根据权利要求2所述的一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，所述一体球阀装置(19)包括多个依次相连的球阀组件；所述球阀组件包括传动轮盘(1902)和球阀(1904)；所述传动轮盘(1902)底部与球阀(1904)固定相连，每两个传动轮盘(1902)之间通过传动杆(1903)活动连接；所述传动轮盘(1902)上连接有传动把手(1901)。

4.根据权利要求1所述的一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，所述电解室模块(5)上连接有控温系统(4)；所述控温系统(4)包括插设于电解室模块(5)中的温度传感器(401)和电加热管(402)。

5.根据权利要求1所述的一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，所述电解室模块(5)连通有自动给液系统(3)和集气系统(21)。

6.根据权利要求5所述的一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，所述自动给液系统(3)包括插设于电解室模块(5)内部的电容式液位计(301)以及与进液孔(13)相连通的给液阀(302)。

7.根据权利要求5所述的一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，所述集气系统(21)包括阳极室集气管道(10)和阴极室集气管道(11)，每条阳极室集气管道(10)和阴极室集气管道(11)与对应的集气孔(14)连通。

8.根据权利要求7所述的一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，阳极室集气管道(10)和阴极室集气管道(11)的末端均连接有除水组件(12)；所述除水组件(12)包括空心旋转接头(1201)以及设置于空心旋转接头(1201)内部的石棉网(1202)；所述空心旋转接头(1201)的入口与所述阳极室集气管道(10)或所述阴极室集气管道(11)连通，出口连接有三通阀(18)；所述三通阀(18)与气体缓冲罐相连。

9.一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽的工作方法，基于权利要求1-8任一项所述密闭式模块化电解水制氢用电解槽，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽的工作方法，其特征在于，在对水进行电解之前，采用一体球阀装置(19)将各电解室模块(5)连通，利用抽真空装置对电解室模块(5)进行抽真空处理。

技术总结本发明公开了一种密闭式模块化电解水制氢用电解槽及方法，属于电解水技术领域，本电解槽包括由多个电解室模块串联组成的电解水制氢槽本体，电解室模块采用交替相连的多个阳极室和阴极室；阳极室和阴极室之间通过离子交换膜隔开，并且均连接了用于电解水的电解片组件，阳极室和阴极室均开设了进液孔和集气孔，通过模块化的设计，将各个电解室设置为预制化的单独分区，使得本电解槽能够应对相对复杂的实际工业生产环境。相比传统的一体化电解槽，本槽体的设置更加灵活，能够根据实际生产需求自由组合搭配；本电解槽结构和原理简单，不仅拆装、移动方便，实用性强，而且还能够节约生产成本，提高产物气体的纯度，具有良好的推广应用价值。技术研发人员：杜金晶,张轩,王斌,刘心海,朱军,鲍彦如,刘景田,郭悦豪,赵丹丹,孙晔受保护的技术使用者：西安建筑科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17