一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置及其应用制造方法及图纸

本申请公开了一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置及其应用，该装置至少包括：单电解槽、电源、第一三通阀、氢气

A two-step hydrogen production device based on three electrode system and its application

【技术实现步骤摘要】
一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置及其应用


[0001]本申请涉及电解制氢
，具体涉及一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置及其应用。

技术介绍

[0002]电解水制备氢气操作相对简单，技术相对成熟，而且制氢过程没有污染，是实现大规模生产氢气的重要手段。在当前的制氢工业生产中，碱性水电解技术工业化早、技术成熟、设备成本低，因此碱性水电解在水电解行业中占主导地位。但因为其能耗较高，限制了它的广泛应用。更为重要的是，常规的电解水技术在电极过程中阴阳极同时电极生成氢气和氧气，这将很容易导致氢气和氧气的混合，容易发生安全事故，且致使所制备的气体不纯，后续的提纯则将大大增大制备成本。采用离子选择性膜隔开在析氢催化电极产生的氢气和析氧催化电极产生的氧气是一种有效的解决方案，但是离子选择性膜的使用也大大增加了成本，不适用于大规模生产。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提出一种详细的基于三电极体系的两步法电解水制氢装置的设计方案，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为达到上述目的，本申请提出一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置，所述装置至少包括：单电解槽、电源、第一三通阀、氢气
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电解液分离器、氧气
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电解液分离器、第二三通阀、电解液冷却机构以及电解液循环机构；
[0005]所述单电解槽具有进液口、排液口、析氧阳极、析氢阴极、NiOOH/Ni(OH)2复合电极，所述析氧阳极与所述析氢阴极之间不设置隔膜，其中，所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第一电路，所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第二电路；
[0006]当所述单电解槽处于析氢工作状态时，所述第一电路闭合且所述第二电路断开；
[0007]当所述单电解槽处于析氧工作状态时，所述第二电路闭合且所述第一电路断开；
[0008]所述第一三通阀的公共端a1连接所述单电解槽的排液口，所述第一三通阀的出口端a2连接所述氢气
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电解液分离器，所述第一三通阀的出口端a3连接所述氧气
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电解液分离器，所述氢气
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电解液分离器的下出口端连接所述第二三通阀的入口端b2，所述氧气
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电解液分离器的下出口端连接所述第二三通阀的入口端b3，所述第二三通阀的公共端b1连接所述电解液冷却机构，所述电解液冷却机构的出口端连接所述电解液循环机构的进口端，所述电解液循环机构的出口端连接所述电解槽的进液口；
[0009]所述氢气
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电解液分离器用于接收自所述出液口排出的氢气和电解液的混合物，并对其中的氢气和电解液进行气液分离，分离后的电解液被输送到所述电解液冷却机构中；
[0010]所述氧气
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电解液分离器用于接收自所述出液口排出的氧气和电解液的混合物，
并对其中的氧气和电解液进行气液分离，分离后的电解液被输送到所述电解液冷却机构中；
[0011]所述电解液冷却机构用于对分离后的电解液进行温度调控；
[0012]所述电解液循环机构用于将温度调控后的电解液循环到所述电解槽中。
[0013]进一步地，所述电源包括：电源本体以及电源接点c1、c2、c3，所述析氧阳极与电源接点c1连接，所述析氢阴极与电源接点c3连接，所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极与电源接点c2连接；
[0014]其中，当所述单电解槽处于析氢工作状态时，电源接点c2连接所述电源本体的正极，电源接点c3连接所述电源本体的负极，所述第一电路闭合；
[0015]其中，当所述单电解槽处于析氧工作状态时，电源接点c1连接所述电源本体的正极，电源接点c3连接所述电源本体的负极，所述第二电路闭合。
[0016]进一步地，所述装置还包括：氧气冷凝干燥器、氧气流量计、氢气冷凝干燥器、氢气流量计；
[0017]所述氧气
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电解液分离器的上出口端连接所述氧气冷凝干燥器，所述氧气冷凝干燥器的上出口端连接所述氧气流量计，所述氧气冷凝干燥器的下出口端与所述氧气
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电解液分离器连接；
[0018]所述氢气
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电解液分离器的上出口端连接所述氢气冷凝干燥器，所述氢气冷凝干燥器的上出口端连接所述氢气流量计，所述氢气冷凝干燥器的下出口端与所述氢气
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电解液分离器连接；
[0019]其中，所述氧气
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电解液分离器分离后的氧气被排到所述氧气冷凝干燥器中，所述氧气冷凝干燥器用于对分离后的氧气进行冷却干燥处理，氧气中夹杂的水分冷凝析出，析出的水分回流到所述氧气
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电解液分离器中，而冷却干燥后的氧气被排到外部，所述氧气流量计用于计量对应的冷却干燥后的氧气的体积流量；
[0020]所述氢气
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电解液分离器分离后的氢气被排到所述氢气冷凝干燥器中，所述氢气冷凝干燥器用于对分离后的氢气进行冷却干燥处理，氢气中夹杂的水分冷凝析出，析出的水分回流到所述氢气
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电解液分离器中，而冷却干燥后的氢气被排到外部，所述氢气流量计用于计量对应的冷却干燥后的氢气的体积流量。
[0021]进一步地，所述装置还包括控制器，所述控制器与所述氧气流量计、所述氢气流量计和所述电源通讯连接；
[0022]所述控制器用于获取所述氧气流量计测得的氧气体积流量和所述氢气流量计测得的氢气体积流量，并根据所述氢气体积流量和所述氧气体积流量调控所述电源状态；
[0023]其中，当本阶段析氢工作状态时测得的所述氢气体积流量为上一阶段析氧工作状态时测得的所述氧气体积流量的2
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3倍时，所述控制器还用于调控所述电源状态，以使所述第二电路闭合且所述第一电路断开，以使所述单电解槽从析氢工作状态切换成析氧工作状态；
[0024]当本阶段析氧工作状态时测得的所述氧气体积流量为上一阶段析氢工作状态时测得的所述氢气体积流量的1/3
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1/2倍时，所述控制器还用于调控所述电源状态，以使所述第一电路闭合且所述第二电路断开，以使所述单电解槽从析氧工作状态切换成析氢工作状态。
[0025]进一步地，所述装置还包括测温仪，所述测温仪设置在所述出液口上，所述测温仪用于检测自所述出液口流出的电解液的温度，所述控制器还与所述测温仪、所述电解液冷却机构通讯连接；
[0026]在析氧工作状态时，所述控制器还用于获取所述测温仪检测到的电解液温度，并根据检测到的电解液温度调控所述电解液冷却机构的功率，以使所述测温仪测得的电解液温度小于或等于110℃；
[0027]在析氢工作状态时，所述控制器还用于获取所述测温仪检测到的电解液温度，并根据检测到的电解液温度调控所述电解液冷却机构的功率，以使所述测温仪测得的电解液温度小于或等于60℃。
[0028]进一步地，所述控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三电极体系的两步法电解水制氢装置，其特征在于，所述装置至少包括：单电解槽、电源、第一三通阀、氢气
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电解液分离器、氧气
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电解液分离器、第二三通阀、电解液冷却机构以及电解液循环机构；所述单电解槽具有进液口、排液口、析氧阳极、析氢阴极、NiOOH/Ni(OH)2复合电极，所述析氧阳极与所述析氢阴极之间不设置隔膜，其中，所述析氢阴极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第一电路，所述析氧阳极、所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极以及所述电源组成第二电路；当所述单电解槽处于析氢工作状态时，所述第一电路闭合且所述第二电路断开；当所述单电解槽处于析氧工作状态时，所述第二电路闭合且所述第一电路断开；所述第一三通阀的公共端a1连接所述单电解槽的排液口，所述第一三通阀的出口端a2连接所述氢气
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电解液分离器，所述第一三通阀的出口端a3连接所述氧气
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电解液分离器，所述氢气
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电解液分离器的下出口端连接所述第二三通阀的入口端b2，所述氧气
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电解液分离器的下出口端连接所述第二三通阀的入口端b3，所述第二三通阀的公共端b1连接所述电解液冷却机构，所述电解液冷却机构的出口端连接所述电解液循环机构的进口端，所述电解液循环机构的出口端连接所述电解槽的进液口；所述氢气
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电解液分离器用于接收自所述出液口排出的氢气和电解液的混合物，并对其中的氢气和电解液进行气液分离，分离后的电解液被输送到所述电解液冷却机构中；所述氧气
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电解液分离器用于接收自所述出液口排出的氧气和电解液的混合物，并对其中的氧气和电解液进行气液分离，分离后的电解液被输送到所述电解液冷却机构中；所述电解液冷却机构用于对分离后的电解液进行温度调控；所述电解液循环机构用于将温度调控后的电解液循环到所述电解槽中。2.根据权利要求1所述的基于三电极体系的两步法电解水制氢装置，其特征在于，所述电源包括：电源本体以及电源接点c1、c2、c3，所述析氧阳极与电源接点c1连接，所述析氢阴极与电源接点c3连接，所述NiOOH/Ni(OH)2复合电极与电源接点c2连接；其中，当所述单电解槽处于析氢工作状态时，电源接点c2连接所述电源本体的正极，电源接点c3连接所述电源本体的负极，所述第一电路闭合；其中，当所述单电解槽处于析氧工作状态时，电源接点c1连接所述电源本体的正极，电源接点c3连接所述电源本体的负极，所述第二电路闭合。3.根据权利要求2所述的基于三电极体系的两步法电解水制氢装置，其特征在于，所述装置还包括：氧气冷凝干燥器、氧气流量计、氢气冷凝干燥器、氢气流量计；所述氧气
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电解液分离器的上出口端连接所述氧气冷凝干燥器，所述氧气冷凝干燥器的上出口端连接所述氧气流量计，所述氧气冷凝干燥器的下出口端与所述氧气
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电解液分离器连接；所述氢气
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电解液分离器的上出口端连接所述氢气冷凝干燥器，所述氢气冷凝干燥器的上出口端连接所述氢气流量计，所述氢气冷凝干燥器的下出口端与所述氢气
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电解液分离器连接；其中，所述氧气
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电解液分离器分离后的氧气...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭育菁，张蕾，魏高泰，王泽宇，
申请(专利权)人：上海嘉氢源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：