一种电解氢气液分离装置的制作方法

1.本发明涉及液体的脱气、泡沫的分散与防止技术领域，更具体地，涉及一种电解氢气液分离装置。


背景技术：

2.目前，我国已发展成为水电解质新产品生产大国，其产品除满足国内生产需求外，还大量出口到世界各地。国内大规模的电解水制氢技术以碱性电解制氢为主，碱性电解水制氢是以koh溶液或者naoh溶液作为电解质。
3.名称为一种高纯度氢气分离装置，公开号为cn112870770a的中国发明专利，公开了一种高纯度氢气分离装置，包括氢气分离装置的壳体，壳体内设有可容置水的第一容置腔，壳体上端面设有连通第一容置腔的的第一进水口，第一容置腔底部通过第一水输出管连通电解分离装置，电解分离装置通过第二水输出管连通第一容置腔内部，壳体上端外侧壁设有第一凹槽，第一凹槽内滑动连接有第一浮块，第一凹槽底面设有连通第一容置腔的第一通孔，第一凹槽上端开口处设有密封第一凹槽的第一端盖，第一端盖下端面和第一浮块上端面之间留有可容置气体的第二容置腔，电解分离装置通过第三水输出管连通第二容置腔，第一端盖下端面设有可供第二容置腔内的气体排出的第一出气口，第一容置腔内设有控制第一容置腔排水的控制单元，控制单元高于第一凹槽底面。其主要是通过电解分离装置进行气液分离的。
4.正如上述方案，现有的电解氢气液分离装置，普遍都采用一体式的气液分离器，只进行简单的单次或二次分离，这种方式不能将气液充分分离，分离质量低；而且由于碱性电解制氢电解槽产生的氢气与氧气由电解槽排出时，携带了大量的呈雾状的电解液与气体一同进入各系统中，不但造成电解质的损耗，还会因高温碱液的强碱性腐蚀设备，而且还会影响制成氢气的纯度。


技术实现要素：

5.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种电解氢气液分离装置，用于解决现有技术中只进行简单的单次或二次分离，气液不能充分分离，分离质量低的技术问题。
6.本发明采取的技术方案是，一种电解氢气液分离装置，包括主罐体和安装在主罐体顶部、与主罐体内部连通的分离罐；所述主罐体上设置有混合进口和液体出口，所述分离罐顶部设置有出气口；所述主罐体内安装有鼓泡分离机构，所述鼓泡分离机构进口与混合进口连通；所述分离罐内从下至上依次安装有填料分离机构、丝网除沫机构、冷却分离机构和折流机构；气液混合液从混合进口进入通过鼓泡分离机构分为气体和液体，分离后的液体进入主罐体后通过液体出口排出，分离后的气体进入主罐体后通过分离罐底部依次经过填料分离机构、丝网除沫机构、冷却分离机构和折流机构后从出气口排出。
7.主罐体为气液的分离提供足够的气体收集空间和液体容纳空间；填料分离机构、
丝网除沫机构、冷却分离机构和折流机构用于脱除气体之中夹带的雾状液滴、液沫与及微量固体颗粒，从而实现气液的多次分离，分离效果好，这种方式能实现电解液的自动回收，减少电解液和纯水的消耗，确保整体稳定的运行；其中，冷却分离机构在分离气液的时候，还能对气体进行降温，从而能有效避免因气体的高温强碱性造成设备腐蚀，多次分离能减小气体中的碱含量，能有效提高制成氢气的纯度。
8.进一步的，还包括设置在主罐体内、安装在分离罐底部端口的入口挡板。当分离后的气体开始进入分离罐时，入口挡板对气体进行阻流，气体中大量的水分附着到入口挡板上形成液滴，之后通过液滴自重沉降下来，从而将气液分成以气体为主和以液体为主的两个部分，把气体夹带的液雾初步分离下来。
9.进一步的，还包括安装在分离罐内、设置在丝网除沫机构和冷却分离机构之间的补水机构，所述补水机构进水端通过电控阀门与外部水输出管连接。通过电控阀门的通断控制补水机构停止或补水，补入的水能使气体中的碱雾得到彻底的洗涤，碱雾遇水冷凝并从气体中分离，同时这种方式能实现系统的自动补水和维持主体罐内稳定的压差，保证整个制氢系统的安全运行。
10.进一步的，所述主罐体上安装有双室平衡容器，所述双室平衡容器连接有压差变送器，所述压差变送器连接有控制器；所述控制器根据压差变送器输出压力大或小的信号相应控制电控阀门进水端的切断或接通。双室平衡容器主要是将主罐体内的压力和液位高度信息传输至压差变送器，压差变送器再将压力和液位高度信息转化为电信号并传输至控制器，控制器根据内部预设数值控制电控阀门的切断或接通，当主罐体内的液位较低、压力较小时，电控阀门接通使补水机构工作补入一定的水量，反之电控阀门切断，补水机构不工作，通过这种方式能进行自动补水及压差的自动调平，自动化程度高，能实现自动补水和维持主罐体内稳定的压差，保证整个制氢系统的安全运行，确保整体较高的分离效率。控制器可采用现有技术中的单片机，双室平衡容器、压差变送器、控制器和电控阀门的连接、安装属于本领域技术人员公知的技术手段，此处不再进行详细描述。
11.进一步的，所述补水机构包括固定在分离罐内的十字形叉管和固定在分离罐内、设置在十字形叉管与丝网除沫机构之间的分水盘；所述十字形叉管的其中一个支管端头通过电控阀门与外部水输出管连接，另外三个支管端头为盲端，所述十字形叉管上分布有出水孔，分水盘为带有通孔的网板，属于本领域技术人员公知的技术手段。十字形叉管能将输入分离罐内的水沿四个方向分散开，分水盘能将十字形叉管输出的水进一步分散，使其更均匀的分撒到气体中，从而能提高气体的降温速度，能使气体中的碱雾得到充分的洗涤，能有效提高制得氢气的纯度。
12.进一步的，所述鼓泡分离机构包括固定在主罐体内壁、与混合进口连通的接入主管，通过支杆固定在接入主管上的环形管；所述环形管中间设置有连通管，所述连通管与接入主管连通，所述环形管上分布有通孔。气液混合液通过混合进口进入到接入主管，之后通过接入主管进入到连通管，再通过连通管进入到环形管，最后通过环形管壁上的通孔排出，此过程能起到消能，均布流体和鼓泡的功能，使气液均匀的分布在主罐体的液体内，大液滴首先被除去，以减少气体紊流和液滴夹带，为下级分离做好准备。
13.进一步的，所述填料分离机构包括固定在分离罐内的两个孔板和填充在两个孔板之间的填料。填料分离机构能提供气液两相足够的接触表面，缓冲气体，让气体重新分布的
作用，此外还可以均匀分配汽液相，使液体在填料表面形成较小液滴，再通过其自身重力分离，能滤除稍低的不规则液沫，填料可采用现有技术中的铁环、小铁块等。
14.进一步的，所述丝网除沫机构包括固定在分离罐内的两个压板和逐层铺设在两个压板之间的丝网，所述压板与丝网之间设置有方眼网。方眼网为孔径大于丝网的网，气体中的液滴、雾沫随气体流动时冲击到丝网的表面，鉴于雾沫上升的惯性作用，使得雾沫和细丝碰撞因此粘附在丝网的细丝的表面之上，随着粘附量的增加雾沫形成较大的液滴沿着细丝流至它们的交织处，随着不断聚集液滴变大，直至因其本身的重力超过气体上升的浮力与液体表面张力的合力时，然后靠重力实现气液的分离。
15.进一步的，所述丝网除沫机构还包括贯穿丝网、方眼网和压板的通气管，所述通气管中设置有阻液管。通气管主要是提供一个贯穿的通道，在气压较大时，其能起到很好的泄压作用，不会影响分离罐内气体的正常流动，同时阻液管在泄压的时候也能实现气液的分离。
16.进一步的，所述折流机构包括固定在分离罐顶部、与出气口连通的方管，阵列在方管内的弯折板，所述弯折板之间形成有蛇形通道。气体通过蛇形通道，使液滴之间或液滴与弯折板相互碰撞形成较大液滴依靠重力而分离，既能实现气液分离，又能抑制气液瞬时流量的间歇性急剧变化。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过填料分离机构、丝网除沫机构、冷却分离机构和折流机构脱除气体之中夹带的雾状液滴、液沫与及微量固体颗粒，实现气液的多次分离，能使气液充分分离，分离质量高；且电解液能进行自动回收，能有效减少电解液和纯水的消耗，确保整体稳定的运行，分离效率高。
附图说明
18.图1为本发明的整体结构示意图。
19.图2为本发明冷却分离机构的结构示意图。
20.图3为本发明十字形叉管的结构示意图。
21.图4为本发明鼓泡分离机构的结构示意图。
22.图5为本发明环形管的结构示意图。
23.图6为本发明填料分离机构的结构示意图。
24.图7为本发明丝网除沫机构的结构示意图。
25.图8为本发明折流机构的结构示意图。
26.图中：1、主罐体，2、分离罐，3、混合进口，4、液体出口，5、出气口，6、鼓泡分离机构，7、填料分离机构，8、丝网除沫机构，9、冷却分离机构，10、折流机构，11、圆柱形筒体，12、椭圆封头，13、支撑鞍座，14、连接管，15、显示液位计，16、手孔，17、导管，18、散热片，19、入口挡板，20、补水机构，21、电控阀门，22、双室平衡容器，23、压差变送器，24、控制器，25、十字形叉管，26、分水盘，27、接入主管，28、环形管，29、连通管，30、孔板，31、填料，32、压板，33、丝网，34、方眼网，35、通气管，36、阻液管，37、方管，38、弯折板。
具体实施方式
27.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下
实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
28.如图1所示，本方案公开了一种电解氢气液分离装置，包括主罐体1和安装在主罐体1顶部、与主罐体1内部连通的分离罐2；主罐体1上设置有混合进口3和液体出口4，分离罐2顶部设置有出气口5；主罐体1内安装有鼓泡分离机构6，鼓泡分离机构6进口与混合进口3连通；分离罐2内从下至上依次安装有填料分离机构7、丝网除沫机构8、冷却分离机构9和折流机构10；气液混合液从混合进口3进入通过鼓泡分离机构6分为气体和液体，分离后的液体进入主罐体1后通过液体出口4排出，分离后的气体进入主罐体1后通过分离罐2底部依次经过填料分离机构7、丝网除沫机构8、冷却分离机构9和折流机构10后从出气口5排出。
29.主罐体1为气液的分离提供足够的气体收集空间和液体容纳空间；填料分离机构7、丝网除沫机构8、冷却分离机构9和折流机构10用于脱除气体之中夹带的雾状液滴、液沫与及微量固体颗粒，从而实现气液的多次分离，分离效果好，这种方式能实现电解液的自动回收，减少电解液和纯水的消耗，确保整体稳定的运行；其中，冷却分离机构9在分离气液的时候，还能对气体进行降温，从而能有效避免因气体的高温强碱性造成设备腐蚀，多次分离能减小气体中的碱含量，能有效提高制成氢气的纯度。
30.具体的，主罐体1包括圆柱形筒体11、椭圆封头12和支撑鞍座13，其三者焊接在一起；在左右椭圆封头12上下位置分别设置有连接管14，两侧连接管14通过法兰连接有显示液位计15，其中一侧连接管14连接有双室平衡容器22，显示液位计15与连接管14连接，起到显示主罐体1内液位的作用，从而能观测到主罐体1内的液位高度，通过与压差变送器23的数据对比，可防止假象液位的产生。手孔16与圆柱形筒体11焊接，起到检修时观测主罐体1内部部件是否有脱落、内部是否被腐蚀的作用；分离罐2与圆柱形筒体11上部端口通过法兰盘、螺栓螺母连接，如此更便于后续分离罐2内部件的安装和维修。如图2所示，冷却分离机构9包括设置在分离罐2内部的导管17，导管17的上设置有散热片18，导管17内具有流动换热的水流，通过水流流动带走散热片18上吸收的热量，从而使气体中的水分凝聚在散热片18上形成水滴降落，导管17还可以设置成如图2所示的环形导管，其中间还可设置导通的支管，散热片18可设置在支管上，冷却分离机构9属于本领域技术人员公知的技术手段，不再进行详细说明。填料分离机构7、丝网除沫机构8、冷却分离机构9、补水机构20分别通过支撑板支撑、固定在分离罐2内部。
31.还包括设置在主罐体1内、安装在分离罐2底部端口的入口挡板19。当分离后的气体开始进入分离罐2时，入口挡板19对气体进行阻流，气体中大量的水分附着到入口挡板19上形成液滴，之后通过液滴自重沉降下来，从而将气液分成以气体为主和以液体为主的两个部分，把气体夹带的液雾初步分离下来。具体的，入口挡板19焊接在圆柱形筒体11的上部靠近分离罐2入口下部。
32.还包括安装在分离罐2内、设置在丝网除沫机构8和冷却分离机构9之间的补水机构20，补水机构20进水端通过电控阀门21与外部水输出管连接。通过电控阀门21的通断控制补水机构20停止或补水，补入的水能使气体中的碱雾得到彻底的洗涤，碱雾遇水冷凝并从气体中分离，同时这种方式能实现系统的自动补水和维持主体罐内稳定的压差，保证整个制氢系统的安全运行。
33.主罐体1上安装有双室平衡容器22，双室平衡容器22连接有压差变送器23，压差变
送器23连接有控制器24；控制器24根据压差变送器23输出压力大或小的信号相应控制电控阀门21进水端的切断或接通。双室平衡容器22主要是将主罐体1内的压力和液位高度信息传输至压差变送器23，压差变送器23再将压力和液位高度信息转化为电信号并传输至控制器24，控制器24根据内部预设数值控制电控阀门21的切断或接通，当主罐体1内的液位较低、压力较小时，电控阀门21接通使补水机构20工作补入一定的水量，反之电控阀门21切断，补水机构20不工作，通过这种方式能进行自动补水及压差的自动调平，自动化程度高，能实现自动补水和维持主罐体1内稳定的压差，保证整个制氢系统的安全运行，确保整体较高的分离效率。控制器24可采用现有技术中的单片机，双室平衡容器22、压差变送器23、控制器24和电控阀门21的连接、安装属于本领域技术人员公知的技术手段，此处不再进行详细描述。
34.如图3所示，补水机构20包括固定在分离罐2内的十字形叉管25和固定在分离罐2内、设置在十字形叉管25与丝网除沫机构8之间的分水盘26；十字形叉管25的其中一个支管端头通过电控阀门21与外部水输出管连接，另外三个支管端头为盲端，十字形叉管25上分布有出水孔，分水盘26为带有通孔的网板，属于本领域技术人员公知的技术手段。十字形叉管25能将输入分离罐2内的水沿四个方向分散开，分水盘26能将十字形叉管25输出的水进一步分散，使其更均匀的分撒到气体中，从而能提高气体的降温速度，能使气体中的碱雾得到充分的洗涤，能有效提高制得氢气的纯度。分水盘26起到均布进水的作用，与分离罐2通过支撑板焊接。
35.如图4和5所示，鼓泡分离机构6包括固定在主罐体1内壁、与混合进口3连通的接入主管27，通过支杆固定在接入主管27上的环形管28；环形管28中间设置有连通管29，连通管29与接入主管27连通，环形管28上分布有通孔。气液混合液通过混合进口3进入到接入主管27，之后通过接入主管27进入到连通管29，再通过连通管29进入到环形管28，最后通过环形管28壁上的通孔排出，此过程能起到消能，均布流体和鼓泡的功能，使气液均匀的分布在主罐体1的液体内，大液滴首先被除去，以减少气体紊流和液滴夹带，为下级分离做好准备。
36.如图6所示，填料分离机构7包括固定在分离罐2内的两个孔板30和填充在两个孔板30之间的填料31。填料分离机构7能提供气液两相足够的接触表面，缓冲气体，让气体重新分布的作用，此外还可以均匀分配汽液相，使液体在填料31表面形成较小液滴，再通过其自身重力分离，能滤除稍低的不规则液沫，填料31可采用现有技术中的铁环、小铁块等。
37.如图7所示，丝网除沫机构8包括固定在分离罐2内的两个压板32和逐层铺设在两个压板32之间的丝网33，压板32与丝网33之间设置有方眼网34。方眼网34为孔径大于丝网的网，气体中的液滴、雾沫随气体流动时冲击到丝网33的表面，鉴于雾沫上升的惯性作用，使得雾沫和细丝碰撞因此粘附在丝网33的细丝的表面之上，随着粘附量的增加雾沫形成较大的液滴沿着细丝流至它们的交织处，随着不断聚集液滴变大，直至因其本身的重力超过气体上升的浮力与液体表面张力的合力时，然后靠重力实现气液的分离。
38.丝网除沫机构8还包括贯穿丝网33、方眼网34和压板32的通气管35，通气管35中设置有阻液管36。通气管35主要是提供一个贯穿的通道，在气压较大时，其能起到很好的泄压作用，不会影响分离罐2内气体的正常流动，同时阻液管36在泄压的时候也能实现气液的分离。
39.如图8所示，折流机构10包括固定在分离罐2顶部、与出气口5连通的方管37，阵列
在方管37内的弯折板38，弯折板38之间形成有蛇形通道。气体通过蛇形通道，使液滴之间或液滴与弯折板38相互碰撞形成较大液滴依靠重力而分离，既能实现气液分离，又能抑制气液瞬时流量的间歇性急剧变化。
40.在使用时，本专利的气液分离捕滴分为五个阶段：1、第一阶段为气液初级分离、杂质处理阶段，利用混合进口3将气液混合液输入到鼓泡分离机构6，在主罐体1中的鼓泡分离机构6使电解液中含有的大机械杂质滞留在主罐体1内的液体中，并在初步冷却气体的同时除去混合进口3处气液混合液中的大部分液体。在这一阶段液流及大液滴首先被除去，以减少气体紊流和液滴夹带，为下级分离做好准备。
41.2、第二个阶段为预分离，即利用气体中所夹带液体的动量使大的液滴与入口挡板19碰撞，然后利用液滴自重沉降下来，从而将气液分成以气体为主和以液体为主的两个部分，把气体夹带的液沫初步分离下来。
42.3、第三个阶段为二次分离除杂阶段，进一步清除气体中的固体杂质和一些液沫，气体依次穿过底部的孔板30、填料31和顶部的孔板30，填料31提供气液两相足够的接触表面，缓冲气体，让气体重新分布，此外还可以均匀分配汽液相，使液体在填料31中形成较小液滴，再通过其自身重力分离，从而滤除一些固定杂质和稍低的不规则液沫。
43.4、第四个阶段为除雾沫，气体中的液滴、雾沫随气体流动时冲击到丝网33的表面，鉴于雾沫上升的惯性作用，使得雾沫和丝网33的细丝碰撞因此粘附在细丝的表面之上，使雾沫形成较大的液滴沿着细丝流至细丝的交织处，随着聚集、使得液滴愈发大，直至因其本身的重力超过气体上升的浮力与液体表面张力的合力时，然后靠重力实现气液的分离。
44.5、第五个阶段为气体冷却及微量水分分离阶段，经过除沫后的气体受补水机构20的喷淋，其洁净程度大幅提高，碱性大幅下降，但其会在上升的气体中夹带一些水汽，通过气体冷却装置进行冷却，能去除其中的一些水汽，气体在经过折流机构10时，气体通过蛇形通道，使液滴之间或液滴与弯折板38间相互碰撞形成较大液滴依靠重力而分离，弯折板38的设置既能实现气液分离又能抑制气液瞬时流量间歇性的急剧变化。
45.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。