一种可优化电解液分配的制氢电解槽及分配方法组成比例

本发明专利技术属于电解槽技术领域，涉及一种可优化电解液分配的制氢电解槽及分配方法。将进液通道和/或出液通道设计分别设计成两条通道，一条主要起到输送电解液的作用，另一条主要起到与电解室实现电解液分配的作用。通过以上改进，实现了电解液从低压端流到高压端，再通过回转通道流到低压端的实际流动，再进一步分配到电解室内，出液同理。从而得到电解液流经每个电解室流出电解槽，压力降相近，电解液分配均匀，模拟计算误差在10％，实现电解槽高效经济运行。并且不会导致部分电解室温度升高而出现飞温现象，确保了系统正常运行。确保了系统正常运行。确保了系统正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种可优化电解液分配的制氢电解槽及分配方法


[0001]本专利技术属于电解槽
，具体涉及一种可优化电解液分配的制氢电解槽及分配方法。

技术介绍

[0002]当前，氢能产业链火热发展，由此也带动了制氢环节的快速成长；而双碳目标的提出使“绿氢”成为减碳脱碳的重要途径。其中，电解水制氢是重要的制取绿氢的方法，电解水制氢规模的提升，也使电解槽市场迅速增长。
[0003]绿氢在制造成本上居高不下的主要原因是电价和电解水制氢系统，电解槽作为可再生能源大规模制氢的关键装备，在制氢系统总成本中的占比近50％。因此，以电解槽为代表的氢能设备，对于制氢成本的降低起着关键性的作用。
[0004]电解水制氢，是指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化学反应，其原理是，在阴极水分子被分解为H
+
和OH
‑
，H
+
得到电子生成氢原子，并进一步生成氢分子(H2)；OH
‑
则在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜，到达阳极，在阳极失去电子生成一个水分子和氧分子，整个过程可实现零排放。
[0005]目前的电解槽两端电压一个高电位，一个低电位(接地，认为零电位)，由于电解液、电解液管路都是导体，所以电解液进口和电解液出口都必须在电解槽的低电位(零电势)，否则整个系统带高压电，或者进口和出口分别接高压和低压侧，会导致形成回路。当电解液进口和出口在电解槽低压端，由于电解室数量众多，导致电解液在不同电解室流通时遇到阻力靠近零电位小，靠近高电位大，使得电解液分配不均匀，电解过程中由于气相在电解液中组成不同，电解液电阻不同，但串联的电解室产生气体相等，电解液不同，导致电解槽不同电解室效率不同，不同的电解室之间的效率误差甚至能够达到40％，效率低和电解液流量少的会导致温度升高，出现飞温现象，系统无法正常运行。

技术实现思路

[0006]根据以上现有技术的不足，本专利技术提供一种可优化电解液分配的制氢电解槽及分配方法，通过对电解槽进行结构优化，使其流入各个电解室的电解液流量更加均匀合理，满足系统的正常运行。
[0007]本专利技术所述的一种可优化电解液分配的制氢电解槽，该电解槽包括位于两侧的端板、以及两侧的端板之间设置的若干个电极板，相邻的两个电极板之间设置有交换膜，每个电极板的侧面与相邻的交换膜之间具有封闭的电解室；
[0008]其特征在于：该电解槽设置有若干组电解液进出通道，每组电解液进出通道包括位于左侧的端板下端设置的1
‑
2条进液管和上端设置的1
‑
2条出液管、每条进液管连通有一贯穿电极板和交换膜的进液通道、以及每条出液管连通有一贯穿电极板和交换膜的出液通道，其中，所述进液管和出液管至少一者的数量为两条；所述进液通道由若干个分别开设在电极板和交换膜上的进液口组成，所述出液通道由若干个分别开设在电极板和交换膜上的
出液口组成；位于每个电极板上的电解室和进液口之间开设有进液连通口，位于每个电极板上的电解室和出液口之间开设有出液连通口；
[0009]每组电解液进出通道还包括位于右侧的端板下端设置的1
‑
2个回转通道，每个所述回转通道于右侧的端板位置处连通两条进液通道或两条出液通道；所述进液通道为两条时，其中一条为进液输送通道，另一条为进液分配通道，所述进液输送通道的起始端电解液进液流量大于进液分配通道的起始端电解液进液流量，与所述进液分配通道连通的进液连通口的电解液流量大于与所述进液输送通道连通的进液连通口的电解液流量；所述出液通道为两条时，其中一条为出液输送通道，另一条为出液分配通道，所述出液输送通道的末端电解液出液流量大于出液分配通道的末端电解液出液流量，与所述出液分配通道连通的出液连通口的电解液流量大于与所述出液输送通道连通的出液连通口的电解液流量。
[0010]更进一步的，所述进液输送通道与进液管连通位置处的左侧端板开孔直径大于等于进液口直径，所述进液分配通道与进液管连通位置处的左侧端板开孔直径为进液口直径的0.01
‑
20％。
[0011]更进一步的，与所述进液输送通道连通的进液连通口的直径为进液口直径的0.01
‑
10％，与所述进液分配通道连通的进液连通口的直径为进液口直径的20
‑
100％。
[0012]更进一步的，所述出液输送通道与出液管连通位置处的左侧端板开孔直径大于等于出液口直径，所述出液分配通道与出液管连通位置处的左侧端板开孔直径为出液口直径的0.01
‑
20％。
[0013]更进一步的，与所述出液输送通道连通的出液连通口的直径为出液口直径的0.01
‑
10％，与所述出液分配通道连通的出液连通口的直径为出液口直径的20
‑
100％。
[0014]更进一步的，该电解槽设置有1
‑
5组电解液进出通道。电解液进出通道的组数通常根据电解槽的规模来确定，规模越大，开设的组数尽量越多，一是能够避免局部堵塞造成的影响，二是使得整个电解槽的电解液分配更加高效顺畅。
[0015]本专利技术还提供了一种电解液分配方法，其特征在于，采用上文所述的电解槽对其流经各个电解室的电解液进行优化分配，包括以下步骤：
[0016](1)电解液进液：当每组电解液进出通道中的进液管数量为一条时，电解液流经进液通道所连通的进液连通口从而进入电解室；当每组电解液进出通道中的进液管数量为两条时，电解液主要从进液输送通道进入并经回转通道流经进液分配通道，并且主要从与所述进液分配通道连通的进液连通口进入电解室；
[0017](2)电解液在电解室内发生电解制氢；
[0018](3)电解液出液：当每组电解液进出通道中的出液管数量为一条时，电解室内的电解液经出液连通口进入出液通道流出出液管；当每组电解液进出通道中的出液管数量为两条时，电解室内的电解液主要从与出液分配通道连通的出液连通口进入出液分配通道，再流经回转通道，最后主要从出液输送通道流出出液管。
[0019]本专利技术所具有的有益效果是：
[0020]与进液输送通道连通的进液连通口和与出液输送通道连通的出液连通口其直径微小，尽可能少的参与电解液分配，主要用于实现和电解室离子导电，完成高压到低压端的电势降低。在高压端(即右侧的端板)做一个回转通道，实现输送和分配的连通。进液分配通道和出液分配通道在低压端(即左侧的端板)开一个微小口，尽可能少的参与电解液循环流
动，主要实现电解槽和电解液外管路的离子导电。而进液输送通道和出液输送通道在低压端为正常直径的通道，主要用于承担电解液外管路与电解槽之间的电解液循环流动；与进液分配通道连通的进液连通口和与出液分配通道连通的出液连通口为正常直径的通道，主要用于实现电解液向电解室的分配。
[0021]通过以上改进，实现了电解液从低压端流到高压端，再通过回转通道流到低压端的实际流动，再进一步分配到电解室内，出液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可优化电解液分配的制氢电解槽，该电解槽包括位于两侧的端板、以及两侧的端板之间设置的若干个电极板，相邻的两个电极板之间设置有交换膜，每个电极板的侧面与相邻的交换膜之间具有封闭的电解室；其特征在于：该电解槽设置有若干组电解液进出通道，每组电解液进出通道包括位于左侧的端板下端设置的1
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2条进液管和上端设置的1
‑
2条出液管、每条进液管连通有一贯穿电极板和交换膜的进液通道、以及每条出液管连通有一贯穿电极板和交换膜的出液通道，其中，所述进液管和出液管至少一者的数量为两条；所述进液通道由若干个分别开设在电极板和交换膜上的进液口组成，所述出液通道由若干个分别开设在电极板和交换膜上的出液口组成；位于每个电极板上的电解室和进液口之间开设有进液连通口，位于每个电极板上的电解室和出液口之间开设有出液连通口；每组电解液进出通道还包括位于右侧的端板下端设置的1
‑
2个回转通道，每个所述回转通道于右侧的端板位置处连通两条进液通道或两条出液通道；所述进液通道为两条时，其中一条为进液输送通道，另一条为进液分配通道，所述进液输送通道的起始端电解液进液流量大于进液分配通道的起始端电解液进液流量，与所述进液分配通道连通的进液连通口的电解液流量大于与所述进液输送通道连通的进液连通口的电解液流量；所述出液通道为两条时，其中一条为出液输送通道，另一条为出液分配通道，所述出液输送通道的末端电解液出液流量大于出液分配通道的末端电解液出液流量，与所述出液分配通道连通的出液连通口的电解液流量大于与所述出液输送通道连通的出液连通口的电解液流量。2.根据权利要求1所述的一种可优化电解液分配的制氢电解槽，其特征在于：所述进液输送通道与进液管连通位置处的左侧端板开孔直径大于等于进液口直径，所述进液分配通道与进液管连通位置处的左侧端板开孔直径为进液口直径的0.01
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20％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳，
申请(专利权)人：扬州乐道能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：