一种同步制氢制氧分离系统的制作方法

1.本发明涉及制氢设备技术领域，特别涉及一种同步制氢制氧分离系统。


背景技术：

2.目前水电解制氢技术，电场作用下从水中分解出氢气和氧气；通常采用极片之间为对等电压，极片间距为相对电流的用电设计；同时电解极片在碱性膜的隔离下使电流射程速度和距离受阻，在低电压下，部分能耗用于分离水分子之间共价键，使之其单位能耗约在3.5～4.5kwh/nm3之间。在电场作用下电解槽压力增大，液体会产生汽化下分别使氢氧键断裂形成独立的hho氢氧成份，在电极作用下分别在分别从正负极输出端输出收集氢气和氧气；在大功率断裂氢氧键的情况下，部分氧气在压力作用下从氢气收集口溢出，同样地，部分氢气在压力作用下从氧气收集进口溢出，存在氢气和氧气、水体蒸汽混合的问题。此外，水电解制氢工艺中一般采用碱性水溶液作为电解液，使得电解到的气体存在杂质。


技术实现要素：

3.本技术目的在于提供一种同步制氢制氧分离系统。解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
4.为解决上述技术问题所采用的技术方案：
5.本发明提供了一种同步制氢制氧分离系统，包括电解槽结构、氢气收集装置、氧气收集装置。
6.电解槽结构负极侧和正极侧分别设有氢气输出口和氧气输出口；氢气收集装置包括第一气液收集罐、第一气液分离器、第一氢氧分离器、氢气收集罐，第一气液收集罐具有第一液气进口、第一氢气出口，第一气液分离器设置有第一分离进口和第一分离出口，第一氢氧分离器设置有第一气体进口、第一氢气收集口、第一氧气收集口，氢气收集罐设置有氢气收集进口，氢气输出口和第一液气进口相连，第一氢气出口和第一分离进口相连，第一分离出口与第一气体进口相连；
7.氧气收集装置包括第二气液收集罐、第二气液分离器、第二氢氧分离器、氧气收集罐，第二气液收集罐具有第二液气进口、第二氧气出口，第二气液分离器设置有第二分离进口和第二分离出口，第二氢氧分离器设置有第二气体进口、第二氢气收集口、第二氧气收集口，氧气收集罐设置有氧气收集进口，氧气输出口和第二液气进口相连，第二氧气出口和第二分离进口相连，第二分离出口与第二气体进口相连；
8.第一氢气收集口和第二氢气收集口均与氢气收集进口相连，第一氧气收集口和第二氧气收集口均与氧气收集进口相连。
9.本发明的有益效果是：
10.电解槽结构在电解运行时，将氢气输出口收集到的以氢气为主的气液混合气体在第一气液收集罐进行初步气液分离，分离得到的气体进入第一气液分离器进行进一步分离，除掉水蒸气，然后第一氢氧分离器中，将含有的少量氧气除掉，分离出较纯的氢气进入
氢气收集罐；同样地，氧气安装相同的路径被收集到氧气收集罐。并且第一氢氧分离器还将混合在氢气中部分的氧气收集到氧气收集罐，第二氢氧分离器还将混合在氧气中的氢气收集到氢气收集罐中，提高分离提纯收集效率。
11.作为上述技术方案的进一步改进，同步制氢制氧分离系统还包括备用电解液存储器和循环水泵，备用电解液存储器设置有电解液出口和电解液进口；电解液出口与第一气液收集罐相连，循环水泵的第一循环端与第一气液收集罐相连，循环水泵的第二循环端与电解槽结构相连；或者电解液出口与第二气液收集罐相连，循环水泵的第一循环端与第二气液收集罐相连，循环水泵的第二循环端与电解槽结构相连。
12.循环水泵把第一气液收集罐的液体连接至电解槽结构形成电解液体循环回路，并且设置备用电解液存储器对循环水路中的电解液进行补充，保证电解槽内的液体充裕，保证电解的速度，从而提高气体的生效率。
13.作为上述技术方案的进一步改进，第一气液分离器还设置有第一液体出口，第一液体出口与第一气液收集罐相连。
14.将分离出来的液体回流到第一气液收集罐，参与电解液循环，合理利用水，减少水资源的浪费。
15.作为上述技术方案的进一步改进，氢气收集装置还包括第一干燥分离器，第一干燥分离器连接于第一气液分离器与第一氢氧分离器之间，第一干燥分离器设置有第一回流口，第一回流口与第一气液收集罐相连；氧气收集装置还包括第二干燥分离器，第二干燥分离器连接于第二气液分离器与第二氢氧分离器之间，第二干燥分离器设置有第二回流口，第二回流口与第二气液收集罐相连。
16.对获得气体进行进一步地干燥，并将分离出的液体回流到电解液循环回路中，参与电解液循环，合理利用水，减少水资源的浪费。
17.作为上述技术方案的进一步改进，同步制氢制氧分离系统还包括储水罐和抽水泵，抽水泵分别与储水罐和备用电解液存储器相连。
18.补充液体自动进入备用电解液存储器中，操作更加方便。
19.作为上述技术方案的进一步改进，第一氧气收集口和氧气收集进口相连的通道上连接有第一纯氧过滤器，第二氧气收集口均与氧气收集进口相连的通道上连接有第二纯氧过滤器。
20.第一纯氧过滤器和第二纯氧过滤器只允许氧气通过，分别对收集到的气体进行一步提纯，以能得到更纯的氧气。而分别设置第一纯氧过滤器和第二纯氧过滤器，是因为进入两者前的气体中氢氧比例各不相同，第一氧气收集口出来的气体含量少，第二氧气收集口出来的气体含量较多，其中大量为氧气，因此，先分别进行进一步提纯氧气，再进入到氧气收集罐中，收集到的氧气更纯。
21.作为上述技术方案的进一步改进，第一分离出口与第一气体进口之间设置有第一单向阀，第二分离出口与第二气体进口之间设置有第二单向阀。
22.第一单向阀中，第二单向阀防止外部气体从第一分离出口进入到或者回流至第二气液分离器中。
23.作为上述技术方案的进一步改进，第一气液收集罐设置有储氢室，第一氢气出口与储氢室连通，储氢室设置有第一压力检测仪；第二气液收集罐设置有储氧室，第二氧气出
口与储氧室连通，储氧室设置有第二压力检测仪。
24.观察系统运行过程中的压力，以便生产收集顺利进行。
25.作为上述技术方案的进一步改进，电解槽结构的数量设置多个，当需要生产更多的氧气和氢气量，同步制氢制氧分离系统可同时设置多个电解槽结构，提高氧气和氢气的生产效率。
26.作为上述技术方案的进一步改进，电解槽结构包括两块承压板、设置于两块承压板之间的多个极片、电极中轴，多个极片呈间隔排列设置，电极中轴贯穿承压板、多个极片，承压板设置有液气出口，两个液气出口为氢气输出口和氧气输出口，承压板还设置有扩展导电条，扩展导电条连接于液气出口和电极中轴之间。
27.为加强正负极电磁场对氢、氧的吸附强度，设置扩展导电条，加强对液气出口的电流强度，提高电解槽液气输出口平行圆体积内氢、氧吸附分离能力，充分使氢气、氧气从液气出口分别流入氢气收集装置、氧气收集装置中。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
29.图1是本发明所提供的一种同步制氢制氧分离系统，其一实施例的结构示意图；
30.图2是本发明所提供的一种同步制氢制氧分离系统，其一实施例的产品结构示意图；
31.图3是本发明所提供的一种同步制氢制氧分离系统，其一实施例的输出面的示意图；
32.图4是本发明所提供的一种同步制氢制氧分离系统，其一实施例的电解槽结构的示意图；
33.图5是本发明所提供的一种同步制氢制氧分离系统，其一实施例的电解槽结构的侧视图。
具体实施方式
34.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
37.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
38.参照图1至图5，本发明的一种同步制氢制氧分离系统作出如下实施例：
39.在本实施例中，一种同步制氢制氧分离系统包括电解槽结构100、氢气收集装置200、氧气收集装置300。
40.电解槽结构100用于制备氢气和氧气。电解槽结构100负极侧和正极侧分别设有氢气输出口110和氧气输出口120。电解槽结构100有多种，例如可以采用碱性制氢的原理以及布朗气制氢原理的电解槽结构100。布朗气制氢原理的电解槽结构100可以参看发明人之前所做的专利申请cn205710941u，产生的氢气和氧气的效率更高，使得同步制氢制氧分离系统制氢氧效率更高。
41.本实施例中为了进一步提高同步制氢制氧分离系统的氢氧分离效率，在电解槽结构100的两端增设了扩展导电条160，加强对液气出口的电流强度，提高电解槽液气出口平行圆体积内氢、氧吸附分离能力，充分使氢气、氧气从液气出口分别流入氢气收集装置200、氧气收集装置300中。
42.具体地，电解槽结构100包括两块承压板130、设置于两块承压板130之间的多个极片140、电极中轴150，多个极片140呈间隔排列设置，电极中轴150贯穿承压板130、多个极片140，多块极片140外边缘周向设有氯丁橡胶粘合固定并使其两两相互间隔开，两承压板130外边缘设有多根拉杆螺栓与紧固螺母配合将其夹紧固定，两承压板130下侧分别设有安装座。承压板130设置有液气出口，两个液气出口为氢气输出口110和氧气输出口120，承压板130还设置有扩展导电条160，扩展导电条160连接于液气出口和电极中轴150之间。进一步地，当电解槽结构100还在每个极片140外边缘冲压有多道凹凸不平的环形波浪槽，氯丁橡胶为环形结构，氯丁橡胶两侧面与波浪槽的凹凸面对应配合进一步提高电解槽的承受压力，从而提高电解效率。即配合专利申请cn205710941u中的电解槽结构100，实现分离生产效率更高，能耗更低、成本更低。
43.本实施例中，电解槽结构100的数量设置两个，当需要生产更多的氧气和氢气量，同步制氢制氧分离系统可同时设置多个电解槽结构100，提高氧气和氢气的生产效率。
44.而电解槽结构100与市政电源等电源设备相连，电解槽结构100通电后开始电解。电解槽结构100在电解运行时，将氢气输出口110收集到的是以氢气为主的气液混合气体，为了进一步得到纯度更高的氢气，本实施例还设置了氢气收集装置200。
45.氢气收集装置200包括第一气液收集罐210、第一气液分离器220、第一氢氧分离器230、氢气收集罐240，第一气液收集罐210具有第一液气进口、第一氢气出口，第一气液分离器220设置有第一分离进口和第一分离出口，第一氢氧分离器230设置有第一气体进口、第一氢气收集口、第一氧气收集口，氢气收集罐240设置有氢气收集进口，氢气输出口110和第一液气进口相连，第一氢气出口和第一分离进口相连，第一分离出口与第一气体进口相连。
46.以氢气为主的气液混合气体在第一气液收集罐210进行初步气液分离，分离得到的气体进入第一气液分离器220进行进一步分离，除掉水蒸气，然后第一氢氧分离器230中，将含有的少量氧气除掉，分离出较纯的氢气进入氢气收集罐240。
47.同样地，电解槽结构100在电解运行时，将氧气输出口120收集到的以氧气为主的气液混合气体，其中混合少量氢气。为了进一步得到纯度更高的氧气，本实施例还设置了氧气收集装置300。
48.氧气收集装置300包括第二气液收集罐310、第二气液分离器320、第二氢氧分离器
330、氧气收集罐340，第二气液收集罐310具有第二液气进口、第二氧气出口，第二气液分离器320设置有第二分离进口和第二分离出口，第二氢氧分离器330设置有第二气体进口、第二氢气收集口、第二氧气收集口，氧气收集罐340设置有氧气收集进口，氧气输出口120和第二液气进口相连，第二氧气出口和第二分离进口相连，第二分离出口与第二气体进口相连。
49.同样地，氧气安装相同的路径被收集到氧气收集罐340。
50.并且为了减少分离出来氢气和氧气浪费，使得第一氢气收集口和第二氢气收集口均与氢气收集罐240相连，第一氧气收集口和第二氧气收集口均与氧气收集进口相连。第一氢氧分离器230还将混合在氢气中部分的氧气收集到氧气收集罐340，第二氢氧分离器330还将混合在氧气中的氢气收集到氢气收集罐240中，提高分离提纯收集效率。需要说明的是，第一氢氧分离器230和第二氢氧分离器330为利用氢气和氧气的比重以及化学物质将氢气和氧气分离出来。
51.进一步地，第一氧气收集口和氧气收集进口相连的通道上连接有第一纯氧过滤器280，第二氧气收集口均与氧气收集进口相连的通道上连接有第二纯氧过滤器360。第一纯氧过滤器280和第二纯氧过滤器360只允许氧气通过，分别对收集到的气体进行一步提纯，以能得到更纯的氧气。而分别设置第一纯氧过滤器280和第二纯氧过滤器360，是因为进入两者前的气体中氢氧比例各不相同，第一氧气收集口出来的气体量少且有可能混杂着氢气量多，第二氧气收集口出来的气体含量较多，其中大量为氧气，因此，先分别进行进一步提纯氧气，再进入到氧气收集罐340中，收集到的氧气更纯。参照图1所示，如果只设置一个纯氧过滤器，则会将在氢气收集装置中的少量氢气与氧气收集装置收集到的氧气混合后再提纯，提纯效果减弱。故设置第一纯氧过滤器280和第二纯氧过滤器360，提纯效果更好。
52.电解液在电解中是不断消耗，因此，同步制氢制氧分离系统还包括备用电解液存储器400和循环水泵500，备用电解液存储器400设置有电解液出口和电解液进口；电解液出口与第一气液收集罐210相连，并且还设置有缓冲执行开关和手动阀开关，循环水泵500的第一循环端与第一气液收集罐210相连，循环水泵500的第二循环端与电解槽结构100相连。备用电解液存储器400可采用自动补液设备。
53.循环水泵500把第一气液收集罐210的液体连接至电解槽结构100形成电解液体循环回路，并且设置备用电解液存储器400对循环水路中的电解液进行补充，保证电解槽内的液体充裕，保证电解的速度，从而提高气体的生效率。
54.又或者电解液出口与第二气液收集罐310相连，循环水泵500的第一循环端与第二气液收集罐310相连，循环水泵500的第二循环端与电解槽结构100相连。也能对循环水路中的电解液进行补充，保证电解槽内的液体充裕，保证电解的速度，从而提高气体的生效率。
55.进一步地，同步制氢制氧分离系统还包括储水罐600和抽水泵700，抽水泵700连接于储水罐600和备用电解液存储器400之间。补充液体自动进入备用电解液存储器400中，操作更加方便。其中，储水罐600还设置的入水口还设置有过滤器，净化水质，过滤器连接市政水源入口，储水罐600内还设置有第三水位检测仪，用于检测水量，实时检测。
56.进一步地，第一气液分离器220还设置有第一液体出口，第一液体出口与第一气液收集罐210相连。将分离出来的液体回流到第一气液收集罐210，参与电解液循环，合理利用水，减少水资源的浪费。
57.此外，为分离提纯效果更好，氢气收集装置200还包括第一干燥分离器250，第一干
燥分离器250连接于第一气液分离器220与第一氢氧分离器230之间，第一干燥分离器250设置有第一回流口，第一回流口与第一气液收集罐210相连；氧气收集装置300还包括第二干燥分离器350，第二干燥分离器350连接于第二气液分离器320与第二氢氧分离器330之间，第二干燥分离器350设置有第二回流口，第二回流口与第二气液收集罐310相连。
58.对获得气体进行进一步地干燥，并将分离出的液体回流到电解液循环回路中，参与电解液循环，合理利用水，减少水资源的浪费。需要说明的是，第一干燥分离器250的数量可设置多个，多个第一干燥分离器250相互串联，使得气体依次被多个第一干燥分离器250干燥，多个第一干燥分离器250之间可设置多个第一单向阀260；第二干燥分离器350也可同理设置第二单向阀270。需要说明的是，为了起到更好地回流效果，电解槽结构100设置在第一干燥分离器250、第二气液分离器320等其他装置的下方，分流效果更好。
59.进一步地，第一气液收集罐210设有第一水位检测仪211，第二气液收集罐310设置有第二水位检测仪311，方便检测第一气液收集罐210和第二气液收集罐310内的水量。
60.且第一气液收集罐210设置有储氢室212，第一氢气出口与储氢室212连通，储氢室212设置有第一压力检测仪以及结构内部压力检测表；第二气液收集罐310设置有储氧室312，第二氧气出口与储氧室312连通，储氧室312设置有第二压力检测仪。观察系统运行过程中的压力，以便生产收集顺利进行。
61.此外，同步制氢制氧分离系统还可按照图2和图3设置，系统设置在移动设备内，排风及相关重要指标实时仪表及控制阀门，参照图3，压力、水位、液位、流量等均能显示在输出面中。自主制定更高品质产气量，解决制氢成本、品质及运输过程问题，适用于加氢站现场安全制氢、制氧移动设备。
62.本实施例的运行原理为：从电解槽底部输入充满电解液后，正电极输入电流在通过承压板130的面积形成电场，电解产生氢、氧气体使电解槽内压力加大，将氢气输出口110收集到的以氢气为主的气液混合气体在第一气液收集罐210进行初步气液分离，分离得到的气体进入第一气液分离器220进行进一步分离，除掉水蒸气，然后第一氢氧分离器230中，将含有的少量氧气除掉，然后进一步在第一干燥分离器250中分离，最后氢气进入氢气收集罐240；同样地，氧气安装相同的路径被收集到氧气收集罐340。并且第一氢氧分离器230还将混合在氢气中部分的氧气收集到氧气收集罐340，第二氢氧分离器330还将混合在氧气中的氢气收集到氢气收集罐240中，提高分离提纯收集效率。本实施例提高产气量和电流，解除水分子之间共价健能耗和进一步降低单位能耗为2.5kwh/nm3，并通过氢氧分别采用选择性滤氢、滤氧装置使纯度达到99.99％，实现绿氢产气量和低能耗，为加氢站现场制氢、储氢、加氢、用氢的一站式方案提供基础
63.以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。