提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构

本发明涉及一种提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构。

背景技术：

1、固体氧化物电解槽电解水反应需要在阴极入口通入水蒸气进行电解，电解槽的流道是反应气和反应产物的重要传输通道，直接影响到整个电解槽的传质效率和电解槽的性能。

2、传统固体氧化物电解槽流道都是直流道，常见形式有平行直流道(如图1所示)，平行直流道较短，虽然可以减少水蒸气通过的阻力，但同时水蒸气没有足够的时间进行充分反应生成氢气，平行直流道的肋分布较为集中，不利于电解水的电流分布。

3、目前检索到中国专利“一种用于管式固体氧化物电解槽变功率装置及变功率方法”公开号 cn117535707a，其包括高温加热炉和设置在高温加热炉内部的管式高温固体氧化物电解槽及设置在高温加热炉外部的变功率控制装置，电解槽包括端板及端板之间管式电解单元、管式电解单元之间有电极集流体，电极集流体连接有超导线柱，变功率控制装置包括表面间隔分布有绝缘环和导电环的绝缘导杆和能沿着绝缘导杆移动的移动装置，导电环通过超导线柱与电极集流体相连，移动装置与导电环和绝缘环面接触，虽然通过移动装置在绝缘导杆上的移动改变接入电源正负极之间的管式电解单元数目以调节电解功率，提高了电解槽的适用性、安全性和稳定性；但其没有公开如何改进电解槽流道结构，以提高制氢效率。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，本发明的目的在于提出一种提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，该流道结构设计合理，有利于改善反应气的传输效率和分布均匀性，提高电解槽的工作性能。

2、本发明采用以下方案实现，

3、本发明提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：包括平行设置在固体氧化物电解槽中的多个贯通流道，所述贯通流道包括主流道和间隔串联在主流道中的多个分叉流道，该分叉流道用于增加电解水流通的路程和时间。

4、优选的，上述分叉流道将主流道一分为二，主流道横截面面积为1.5mm×1.5mm，分叉流道的一侧横截面积是0.75mm×1.5mm。

5、优选的，上述主流道的截面为正方形，分叉流道一侧的截面为矩形、梯形或三角形。

6、优选的，上述分叉流道呈椭圆形状。

7、优选的，上述椭圆形状分叉流道的总长度为11mm，一个电解槽的尺寸为99mm×99mm，一个电解槽布置9×18个椭圆形状分叉流道。

8、优选的，上述分叉流道呈菱形状，即分叉流道由两个对称设置的y型流道组成。

9、优选的，上述菱形状流道与主流道的中心线形成24°夹角。

10、优选的，上述分叉流道呈十字架形状，在十字架形流道交叉口处设置直径为0.6mm的圆柱型连接体。

11、优选的，上述十字架型流道总长度为4.5mm,一个单流道电解槽的长度是99mm，一个单流道电解槽能够布置22个十字架型流道，一个电解槽的尺寸为99mm×99mm，能够布置22×18个十字架型流道。

12、本发明结构简单，易于加工且成本较低，本申请流道结构使原来的直流道产生了曲折与分流，增强了气体流动与扩散；串联在主流道中的分叉流道承担着分散电流的作用，使得电解水电流密度更均匀分布，电极有效反应面积增大并提高传质效率，由于本申请流道总长度（电解水流经的路程）相对传统直流道变长，水蒸气在流道中有更多的时间参与电化学反应，因此本申请流道有着更高效的制氢效率，经济性显著。

13、下面结合附图对本发明进一步说明；

技术特征：

1.一种提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：包括平行设置在固体氧化物电解槽中的多个贯通流道，所述贯通流道包括主流道和间隔串联在主流道中的多个分叉流道，该分叉流道用于增加电解水流通的路程和时间。

2.根据权利要求1所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述分叉流道将主流道一分为二，主流道横截面面积为1.5mm×1.5mm，分叉流道的一侧横截面积是0.75mm×1.5mm。

3.根据权利要求1所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述主流道的截面为正方形，分叉流道一侧的截面为矩形、梯形或三角形。

4.根据权利要求1、2或3所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述分叉流道呈椭圆形状。

5.根据权利要求4所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述椭圆形状分叉流道的总长度为11mm，一个电解槽的尺寸为99mm×99mm，一个电解槽布置9×18个椭圆形状分叉流道。

6.根据权利要求1、2或3所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述分叉流道呈菱形状，即分叉流道由两个对称设置的y型流道组成。

7.根据权利要求6所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述菱形状流道与主流道的中心线形成24°夹角。

8.根据权利要求1、2或3所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述分叉流道呈十字架形状，在十字架形流道交叉口处设置直径为0.6mm的圆柱型连接体。

9.根据权利要求8所述的提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：所述十字架型流道总长度为4.5mm,一个单流道电解槽的长度是99mm，一个单流道电解槽能够布置22个十字架型流道，一个电解槽的尺寸为99mm×99mm，能够布置22×18个十字架型流道。

技术总结本发明涉及一种提高固体氧化物电解槽电解水反应制氢效率的流道结构，其特征在于：包括平行设置在固体氧化物电解槽中的多个贯通流道，所述贯通流道包括主流道和间隔串联在主流道中的多个分叉流道，该分叉流道用于增加电解水流通的路程和时间，本申请流道结构使原来的直流道产生了曲折与分流，增强了气体流动与扩散；串联在主流道中的分叉流道承担着分散电流的作用，使得电解水电流密度更均匀分布，电极有效反应面积增大并提高传质效率，由于本申请流道总长度（电解水流经的路程）相对传统直流道变长，水蒸气在流道中有更多的时间参与电化学反应，因此本申请流道有着更高效的制氢效率，经济性显著。技术研发人员：张中刚,涂亚超,林浩翔,陈易涛,杨世杰受保护的技术使用者：集美大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26