本发明专利技术公开了一种将电解槽分为阳极电解槽和阴极电解槽、且阳极电解槽和阴极电解槽之间在电解槽底部相连互通组成主电解槽组，以保证电解液在阳极电解槽和阴极电解槽之间流动，阳极电解槽和阴极电解槽内分别设置若干可控的阳极电极和阴极电极，阳极电极和阴极电极分别按规律相互串联组成电极组，这些在阳极电解槽和阴极电解槽中相互串联的电极被称为主电极组，根据波动电源最高电压设置主电极总数，在主电极组中，以电源正极接第一个阳极，电源负极作为控制端接阴极。依据风能或太阳能等波动电源的最低切入电压值设置若干组已相互串联的电极作为基本电极组，电压升高将通过再串联接入一定数量的串联电极，以保持每对电极始终维持在2伏左右的基准电压，当波动电源电压、电流持续升高并超过主电极组最大可承载范围时，则自动并联接入一个、甚至于数个和主电解槽组具有相同串联电极数的并联电解槽组；反之，当波动电源的电压、电流持续下降，则自动切出并联电解槽组，即通过电压变化控制主电解槽组中电极数的切入/切出，通过电流变化控制并联电解槽组的切入/切出，达到使用低成本的电解装置用于不仅功率波动非常大、而且电流波动非常大的可再生能源直接进行低成本电解的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种离网式独立电解槽结构和电极控制方法
本专利技术涉及电化学方法的电解技术。
技术介绍
氢气、氧气都是一种重要的工业原料，同时氢气也具有高燃值的特性，是一种完全清洁的能源，氢能的用途也越来越广泛而受到人类的喜爱。现有电解制氢工业中，电解槽中平行、直立地设置若干组电极，每组电极分别设置为阳极和阴极，阳极接电源正极，阴极接电源负极，阴阳极板中间用隔膜隔离，从而组成一个电解室，各电解室相互串联组成一个电解槽，电解槽根据电源的直流电压值设置串联电解室数，根据电源的总功率(电流值)设置电解槽(电极板)尺寸。在上述电解槽中，每个电解室的基准电源电压为2伏的直流电压(允许变化范围为2伏的0.6-1.1倍)，电极的尺寸按每平方厘米需要0.25安培到0.35安培的电流为依据，电解槽总电压为各电解室电压之和，总电流和各电解室相同，因此电解槽需较为稳定的电源为基础，在电解制氢过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气。在上述电解槽结构中，每个电解室都需要一个隔膜，不同类型的电解方式需要不同类型的隔膜，无论采用哪种隔膜都增加了电解槽的成本，尤其采用质子膜的PEM电解槽。虽然本人也申请了不依赖电网的离网式电解控制结构和方式、以及离网式电解槽结构和电极控制方法的专利技术专利用，可以使用离网的风能/太阳能等可再生能源作为制氢的电源，降低了电解制氢的电力成本，但要么电解槽结构上和传统电解方式的电解槽结构相同，每个电解室也都需要一个隔膜，要么电解槽内还需要一个隔膜，而本专利是用二个独立而相互连通的电解槽而不需要隔膜，可简化制造工艺和流程，进一步降低电解设备成本并可利用波动的电源进行电解。
技术实现思路
鉴于上述电解槽需要隔膜和制氢需要稳定电源的问题，本专利技术是将一个电解槽分解为相互连通的阳极电解槽和阴极电解槽，并对二个电解槽中的电极分别集中管理的一种电解槽结构和电极控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：设置二个独立的阳极电解槽1和阴极电解槽1’，二个电解槽在电解槽底部用管道6互通(或开口)组成主电解槽组，以便电解液在二个电解槽中流动，也可以用泵使电解液在二个电解槽中流动，在阳极电解槽和阴极电解槽中分别设置气槽4和气孔5，并分别在阳极和阴极电解槽中设置进水口7，和出水口8，在二个电解槽中分别设置若干组阳极电极3和阴极电极3’，每个阳极电极分别对应一个阴极电极，阳极电极和阴极电极按规律以串联方式相连，相互串联的电极尺寸完全相同，电极底部的位置高于电解槽连接的管道6(或开口)，以保证在阴极和阳极产生的气体不会混合，也可以在该管道的二端各设置一个阀门9，便于快速更换带隔膜的管道；在阳极电解槽和阴极电解槽中，每个电极独立引出接线排，各接线排之间相互绝缘，第一个阳极接电源正极，阴极作为可控触点通过控制器10接通(切入)或断开(切出)不同阴极电极，从而根据电源功率的波动情况产生不同的制氢量。控制器的目的是根据电源的状态或用户需求控制电极的切入或切出，该阳极电解槽和阴极电解槽组成的电解槽称为主电解槽组11。如图1是该主电解槽组和电极排列、控制的结构示意图，也作为摘要附图。为了说明阳极电极和阴极电极在二个电解槽中是如何连接的，下面用图2来说明阳极电解槽中的阳极电极和阴极电解槽中的阴极电极的连接方式，为了便于说明方便，阴、阳电解槽中各用7个电极组成一个电解槽。在图2中，阳极电解槽的第一个阳极电极接电源的正极；阴极电解槽的最后一个电极接电源的负极，从而组成一个类似7个“小电解室”组成的电解槽组，当触点接到7-时，相当于所有电极全部接入，当触点接到6-时，相当于第7组电极对(小电解室7)被切出，只有(1-6)接通，而电解室7的阳极不带电，这是为什么要用负极作为可控触点的原因。在风能、太阳能等可再生能源领域，电功率是随外界的因素变化忽大忽小，通常称最小可利用功率时的电压称为切入电压，切入电压对应的电流则称为切入电流(Ii)。为了应对外界因素的变化造成的电源波动影响，在阳极电解槽和阴极电解槽中，根据波动电源的最高电压值设置主电解槽组中总的电极数，根据风能或太阳能最低的切入电压值设置一定数量的已固定串联的电极组成基本电极组，根据风能或太阳能最低切入电压值所对应的最小切入电流值和基准电流值的比值设置电极的尺寸，基本电极组和可控的串联电极组之间相互串联组成。当风能或太阳能的功率增加时，电源的电压升高，电源的电流也按规律的增大，电压升高将在电解槽组中通过同时再接入一定数量的电极数，以保持电极之间的电压维持在较佳的范围内；反之，电源电压降低时在主电解槽组中切出一定数量的电极数；而当电流持续增加，达到并超过已接入的主电解槽组中电极的最大基准电流时，将在主电解槽组中以并联方式切入一个和主电解槽组11具有相同电极数的并联电解槽组22、或33、或44等，并联电解槽也分别由阳极电解槽和阴极电解槽组成，且电解槽结构和主电解槽组相同，并联电解槽中的电极由全部由串联电极组成。由于在并联电解槽并联切入时的电流比波动电源刚切入时的电流要大，并联电解槽中电极的面积可以比主电解槽中电极的尺寸大、也可以采用相同尺寸，从而在一个电解槽系统中形成二个或二个以上相互并联的电解槽组所组成一个组合型电解系统，达到不仅可采用功率波动非常大，而且采用独立电解槽组成的电解系统进行制氢、制氧目的，以达到大幅降低制氢成本的目的。图2是电解槽组中电极相互连接组成串联电极的示意图，图3是表示主电解槽组11和各并联电解槽组22、33在电解槽系统中的相互关系，图4是主电解槽组11和并联电解槽组(22、33、..)的接线和控制示意图。具体实施方式由于新能源的不稳定性特点，而且发电规模可根据需求组合，下面将结合具体实施例，对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明，具体说明主电解槽组中基本电极组电极数量的设置、电极尺寸的设置，以及电极的切入、切出方法。但不应以此限制本专利技术的保护范围，应当理解，本领域技术人员可以在不背离权利要求书限定范围的前提下，根据本专利的方法对这些实施例中主电解槽组中的电极数重新进行合理的细分变化和组合，尤其是重新设定新的基准电流、基准电压值，或重新设定最低切入电压、切入电流，或重新设定最小切入电流和基准电流的比值，从而获得新的具体实施方法，这些通过改变基准电流、基准电压、最低切入电压和最低切入电流、最低切入电流和基准电流比值设置，电极数或电极组数的变化、组合所获得的新的具体实施方式，也都包括在本专利技术的保护范围之内。实施例1选取一台额定功率100千瓦的风力发电机，发电机为三相永磁同步发电机，发电机额定电压110伏，额定风速12米/秒，发电机输出通过整流后并联到直流母排上作为电解的电源。下表一为某款风力发电机在不同风速下的功率输出特性：实施例一设定电极的基准电流为0.25安培/平方厘米，最大基准电流为0.3安培/平方厘米。接上表电极切入、切出的具体步骤如下：根据表一，风机最大输出直流电压146伏，设置主电极74对；当风速4米/秒时，100千瓦永磁发电机功率3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电解槽结构和电极的控制方式，其特征在于，电解所需的电源为功率波动的电源，且电源波动的可用最小功率到最大功率的波动范围大于3。/n
【技术特征摘要】
1.一种电解槽结构和电极的控制方式，其特征在于，电解所需的电源为功率波动的电源，且电源波动的可用最小功率到最大功率的波动范围大于3。
2.一种电解槽结构和电极的控制方式，其特征在于，主电解槽组由一个阳极电解槽和一个阴极电解槽组成，阳极电解槽和阴极电解槽之间在电解槽的底部位置相互连通，在电解槽中，直立、平行安装的电极底部位置高于阳极电解槽和阴极电解槽相互连通的位置(如多个管道)，在阳极和阴极电解槽中设置有气槽和出气孔，并分别在阳极和阴极电解槽中设置入水和出水孔，若干数量和尺寸相同的阳极电极和阴极电极被分别设置在阳极电解槽和阴极电解槽内，并在阳极和阴极电解槽内分别设置若干组已相互串联的电极组成基本电极组、和若干组可控的串联电极组，基本电极组和可控的串联电极组之间相互串联组成主电解槽组中的主电极组，并通过控制器控制串联电极组中电极的切入或切出。
3.根据权利要求2所述的内容，其特征在于，阳极电解槽和阴极电解槽中，按波动电源的最低切入电压所对应的切入电流(最低切入电流Ii)和设定的基准电流Ib的比值(Ii/Ib)设置电级尺寸，且电级尺寸相同，Ii/Ib的比值范围从0.0001到1...
【专利技术属性】
技术研发人员：严强，
申请(专利权)人：严强，
类型：发明
国别省市：上海;31
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