一种复合场高性能低温制氢设计方法及电解槽装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及化学品制备技术领域，特别是一种复合场高性能低温制氢设计方法，包括一种复合场高性能低温制氢电解槽装置，其包括，赋赋能机构，其包括电场赋能组件、与所述电场赋能组件一端的控制组件和与所述控制组件一侧连接的微波赋能组件；制氢机构，其包括设置在所述微波赋能组件顶端的反应保温箱、设置在所述反应保温箱内部的磁性催化电极、与所述反应保温箱顶端连接的气液分流器，以及设置在所述磁性催化电极中间的磁能装置；该设备该复合场的系统可极大地降低传统电解制氢过程中电能消耗与传质阻力，可有效促进水电解催化反应，同时降低反应温度、提高反应器性能和电解效率、降低了反应能耗、提高反应产气纯度。提高反应产气纯度。提高反应产气纯度。

【技术实现步骤摘要】
一种复合场高性能低温制氢设计方法及电解槽装置


[0001]本专利技术涉及电解制氢
，特别是一种复合场高性能低温制氢设计方法及电解槽装置。

技术介绍

[0002]电解制氢领域，采用的电解槽(包括碱水制氢槽、纯水制氢槽或其它形式的电解槽)多为板框式结构，这种结构较多的依赖电极催化剂与功能膜材的使用，尤其是稀缺的贵金属催化剂与质子交换膜；由于电极性能及其材料、隔膜材料或膜电极等存在材料局限性与性能上的极限，在此基础上二次提高产氢能力与能效的方法作用有限；因此需要考虑其它可行性方案用以提高电解槽产气性能。
[0003]实现电解槽性能提升的同时，使得其单位产品能耗降低，能源效率提高，则是目前最值得考虑实现的问题。目前传统的电解制氢系统中，碱性电解系统转化效率为70％
‑
80％，PEM电解系统转化效率为80％
‑
90％；因此，传统的电解槽隔膜与催化材料的性能、槽产氢量有待提高；而目前材料性能的提升已到达瓶颈，无法再有突破性提升。
[0004]此外，电源系统的波动性对电解槽具有深刻影响，而可再生能源如光伏、风电等均是波动性电源，而在波动的电源变化下会引起材料劣化与性能衰减。由于输入电源变化时，当输入功率降低时，电流会下降，电解槽产生的热量会衰减较快，此时的换热系统响应会比较慢，这就加剧了电解槽温度下降，产气速率降低，氢氧侧压力变化，极易引起氢氧串气造成安全风险；当电流上升时，电极产生的H2、O2量加大，电极产生的原生态气泡覆盖电极表面活性位点，导致催化反应电阻增加，因此过电位增加导致电解电压升高，电解效率下降；同时由于气泡阻挡，电解液在电解表面给出用于反应的水分子滞后，导致表面反应均匀性差，还会导致局部反应过热点发生，又导致活性位点烧结与团聚，进而降低活性及电极的使用寿命。此外，由于输入电源的波动剧烈，导致控制执行机构频繁启停，又使得辅机系统寿命下降。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述或现有技术中制氢方法效率较为低下，无法充分对其制备材料进行充分利用和循环利用的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术的目的是提供一种复合场高性能低温制氢设计方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种复合场高性能低温制氢电解槽装置设计方法，其方法包括以下步骤，
[0009]初步赋能：
[0010]电解质(碱液或纯水)在电场赋能装置中，经过静电场使电解液获得静电场能，水
及其水分子基团因极化、电离作用改变其存在状态，打破水分子基团的聚集，使其在电场作用下变形、同时水分子以及水分子基团在电场作用下排列规律形式存在，并使之处理能量较高的状态；
[0011]二次赋能：
[0012]赋能后的水，进入微波赋能装置中，经过微波进行高效率加热及二次赋能。
[0013]作为本专利技术制氢设计方法的一种优选方案，其中：经过赋能和微波加热的电解液经过电解槽的流道进入电催化反应系统进行电解制氢氧反应，气液混合物从上部流道流出，经过气液分离器进行气体与液体分离。
[0014]作为本专利技术制氢设计方法的一种优选方案，其中：经过气液分离器进行气体与液体分离后的氢气和氧气被收集，液体经过二次加热重新进入电场赋能装置，循环利用。
[0015]本专利技术的化学品的制备方法有益效果：该复合场的系统可极大地降低传统电解制氢过程中电能消耗与传质阻力，可有效促进水电解催化反应，同时降低反应温度、提高反应器性能和电解效率、降低了反应能耗、提高反应产气纯度。
[0016]鉴于在实际使用过程中，还存在实际的多次赋能，温度控制等步骤实施过程繁琐的问题。
[0017]因此，本专利技术的另一个目的是提供一种复合场高性能低温制氢电解槽装置。
[0018]为解决上述技术问题，本专利技术还提供如下技术方案：一种制氢电解槽装置，包括所述的化学品的制备方法，以及，
[0019]赋能机构，其包括电场赋能组件、与所述电场赋能组件一端的控制组件和与所述控制组件一侧连接的微波赋能组件；
[0020]制氢机构，其包括设置在所述微波赋能组件顶端的反应保温箱、设置在所述反应保温箱内部的磁性催化电极、与所述反应保温箱顶端连接的气液分流器，以及设置在所述磁性催化电极中间的磁能装置。
[0021]作为本专利技术制氢电解槽装置的一种优选方案，其中：所述电场赋能组件包括赋能保温壳、开设在所述赋能保温壳一侧的保温液入口、开设在所述赋能保温壳另一侧的保温液出口、设置在所述电场赋能组件内部的绝缘多孔陶瓷层、设置在所述绝缘多孔陶瓷层内部的导电芯片、与所述导电芯片顶端连接的引电线、设置在所述赋能保温壳顶端的赋能出水管，以及设置在所述赋能保温壳底端的赋能进水管。
[0022]作为本专利技术制氢电解槽装置的一种优选方案，其中：所述控制组件包括设置在所述反应保温箱底端的水车、与所述水车一端连接的多级传动齿轮组、与所述多级传动齿轮组一端转动连接的齿轮泵、设置在所述多级传动齿轮组一侧的感控件，以及与所述感控件一端连接的显温件，其中所述多级传动齿轮组与所述感控件相互配合。
[0023]作为本专利技术制氢电解槽装置的一种优选方案，其中：所述感控件包括与所述多级传动齿轮组啮合的配合齿轮、与所述配合齿轮啮合的传动齿轮、贯穿连接所述传动齿轮的滑槽杆、设置在所述传动齿轮一侧的固定板、与所述传动齿轮另一端连接的伸缩空心杆，以及与所述固定板一端连接的连杆。
[0024]作为本专利技术制氢电解槽装置的一种优选方案，其中：所述显温件包括设置在所述齿轮泵一侧的蒸汽管、与所述蒸汽管顶端连接的气压筒、设置在所述气压筒内部的活塞杆、与所述活塞杆一端连接的第二活塞杆，以及与所述第二活塞杆一端连接的弹簧阀，其中所
述连杆与所述活塞杆连接，所述弹簧阀与所述活塞泵相互配合。
[0025]作为本专利技术制氢电解槽装置的一种优选方案，其中：所述微波赋能组件包括接线柱、与所述接线柱顶端连接的微波发射阵列、开设在所述微波发射阵列一侧的微波发射真空腔、设置在所述微波发射真空腔一侧的电解质流道、与所述微波发射阵列另一端连接的微波屏蔽层、设置在所述微波发射真空腔和所述电解质流道中间的保温层、设置在所述保温层外表面的透波层、设置在所述保温层内表面的防腐层，以及设置在所述微波屏蔽层和所述微波发射阵列中间的反射层。
[0026]作为本专利技术制氢电解槽装置的一种优选方案，其中：所述磁能装置包括设置在所述反应保温箱内部的端压板、设置在所述端压板表面的电解槽接线柱、开设在所述端压板一侧的电解液入口、开设在所述端压板另一侧的排污口、设置在所述端压板中间的磁场发射块、开设在所述磁场发射块一端的磁场汇集与发射腔体、开设在所述磁场汇集与发射腔体一侧的磁场发射狭缝、设置在所述磁场发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合场高性能低温制氢设计方法，其特征在于：其方法包括以下步骤，初步赋能：电解质(碱液或纯水)在电场赋能装置中，经过静电场使电解液获得静电场能，水及其水分子基团因极化、电离作用改变其存在状态，打破水分子基团的聚集，使其在电场作用下变形、同时水分子以及水分子基团在电场作用下排列规律形式存在，并使之处理能量较高的状态；二次赋能：赋能后的水，进入微波赋能装置中，经过微波进行高效率加热及二次赋能。2.如权利要求1所述的制氢设计方法，其特征在于：经过赋能和微波加热的电解液经过电解槽的流道进入电催化反应系统进行电解制氢氧反应，气液混合物从上部流道流出，经过气液分离器进行气体与液体分离。3.如权利要求2所述的制氢设计方法，其特征在于：经过气液分离器进行气体与液体分离后的氢气和氧气被收集，液体经过二次加热重新进入电场赋能装置，循环利用。4.一种复合场高性能低温制氢电解槽装置，其特征在于：应用于权利要求1～3任一所述的设计方法，以及，赋能机构(100)，其包括电场赋能组件(101)、与所述电场赋能组件(101)一端的控制组件(102)和与所述控制组件(102)一侧连接的微波赋能组件(103)；制氢机构(200)，其包括设置在所述微波赋能组件(103)顶端的反应保温箱(201)、设置在所述反应保温箱(201)内部的磁性催化电极(202)、与所述反应保温箱(201)顶端连接的气液分流器(203)、设置在所述(204)磁性催化电极(202)中间的磁能装置(204)，以及设置在所述反应保温箱(201)外侧的加热器(205)。5.如权利要求4所述的制氢电解槽装置，其特征在于：所述电场赋能组件(101)包括赋能保温壳(101a)、开设在所述赋能保温壳(101a)一侧的保温液入口(101b)、开设在所述赋能保温壳(101a)另一侧的保温液出口(101c)、设置在所述电场赋能组件(101)内部的绝缘多孔陶瓷层(101d)、设置在所述绝缘多孔陶瓷层(101d)内部的导电芯片(101e)、与所述导电芯片(101e)顶端连接的引电线(101f)、设置在所述赋能保温壳(101a)顶端的赋能出水管(101g)，以及设置在所述赋能保温壳(101a)底端的赋能进水管(101h)。6.如权利要求5所述的制氢电解槽装置，其特征在于：所述控制组件(102)包括设置在所述反应保温箱(201)底端的水车(102a)、与所述水车(102a)一端连接的多级传动齿轮组(102b)、与所述多级传动齿轮组(102b)一端转动连接的齿轮泵(102c)、设置在所述多级传动齿轮组(102b)一侧的感控件(102d)，以及与所述感控件(102d)一端连接的显温件(102e)，其中所述多级传动齿轮组(102b)与所述感控件(102d)相互配合。7.如权利要求6所述的制氢电解槽装置，其特征在于：所述感控件(102d)包括与所述多级传动齿轮组(102b)啮合的配合齿轮(102d
‑
1)、与所述配合齿轮(102d
‑
1)啮合的传动齿轮(102d
‑
2)、贯穿连接所述传动齿轮(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭旭，刘建春，刘家诚，王洪福，王爱传，
申请(专利权)人：长江三星能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：