CN221117632U - 一种无隔膜微流道电解水*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电解水技术领域，具体涉及一种无隔膜微流道电解水***，解决了现有技术中电解液在电解时分布不均匀，且应用成本较高的问题，包括原水池和微流道电解槽入口，所述原水池的一侧安装有循环泵，所述循环泵的上方安装有碱液池，所述循环泵的一侧安装有无隔膜微流道电解槽，通过无隔膜微流道电解槽等结构的设置，通过对电解水***中电解槽的结构优化设计，成功省去了在电解水制氢***中占有极大成本的电解隔膜，简单方便，造价便宜，电解槽的入口被设计为树枝状分布，电解液入口到每一个树枝状流道的出口阻力基本相同，保证了电解液在电解时的分布均匀性、保证电解液在电解槽阴极和阳极之间的流动状态为层流。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解水技术领域，具体为一种无隔膜微流道电解水***。
背景技术
氢能是一种热值高、燃烧产物仅为水对环境无污染的清洁能源，其大规模应用对解决能源危机及环境问题具有重大意义，电解水制氢具备产品纯度高、地域适应性广等优势，然而受限于电力成本居高不下及电解隔膜价格昂贵、寿命短以及对人体有害等缺点，电解水制氢并未大规模应用，当前小规模商业化的电解水制氢设备通常采用双极性压滤式电解槽，使用高温碱性电解液降低过电势进而降低能量消耗，使用隔膜将电解中产生的氢气和氧气分开，然而电解槽除要求隔膜具备将电解过程中产生的气体分开的功能外，还要求具有保证电解液中离子通过的功能，隔开气体以及保证离子通过这两项矛盾的功能需求使隔膜的研发进展缓慢，当前较为主流的隔膜为石棉隔膜，然而石棉的稳定性较差且具有致癌风险，作为替代的有机聚合物隔膜具有气密性良好的优势，然而其欧姆电位降较大，导致能量消耗增加，无机隔膜的欧姆电位降较小，然后其气密较差，要实现与有机聚合物隔膜相同的气密性需要复杂的结构设计，成本高，稳定性差，随着以风电、光伏为代表的新能源的大力发展，电解水制氢的电力成本居高不下的缺陷正慢慢地被解决，同时，伴随着风电、光伏这样输出功率随天气、时间变化波动的不稳定能源大规模装机，将风电、光伏产生的电能用于电解水制备氢能储存也拓展了电解水制氢的大规模应用前景，然而电解隔膜价格昂贵、寿命短等缺陷在短时间内未看到解决的希望，基于此，本技术方案提出了一种无隔膜微流道电解水***及方法。
现有技术中授权公告号为：CN115821283B的一种海水制氢电极及其制备方法和应用，该海水制氢电极包括电极基体、催化层、导电分子层和富磺酸基保护层；所述催化层成分为具有催化电解产氢和/或产氧功能的金属及其氧化物中的一种或多种；所述催化层在电极基体一个表面连续分布；所述导电分子层位于催化层与富磺酸基保护层之间，形成三维界面，所述的电极可以在反应过程中排斥氯离子，防止氯离子与电极本体金属的直接接触，能够提高电极寿命和制氢催化表现，将所述电极应用于以海水为原料进行制氢的电解制氢单元，能够在海水直接制氢过程中提高材料寿命和性能稳定性，降低电解制氢成本，然而该专利电解液在电解时分布不均匀，且应用成本较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种无隔膜微流道电解水***，解决了现有技术中电解液在电解时分布不均匀，且应用成本较高的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种无隔膜微流道电解水***，包括原水池和微流道电解槽入口，所述原水池的一侧安装有循环泵，所述循环泵的上方安装有碱液池；
所述循环泵的一侧安装有无隔膜微流道电解槽，所述无隔膜微流道电解槽的上方安装有整流器，所述无隔膜微流道电解槽的一侧安装有氧气闪蒸罐，所述氧气闪蒸罐的上方安装有氢气闪蒸罐。
优选的，所述氢气闪蒸罐的上方安装有氢气综合罐。
优选的，所述氧气闪蒸罐的上方安装有氧气综合罐。
优选的，所述微流道电解槽入口的一侧安装有阴极。
优选的，所述阴极的下方安装有阳极。
优选的，所述阴极和阳极内部设置有电解液。
优选的，所述阴极的一侧安装有富氢通道。
优选的，所所述阳极的一侧安装有富氧通道。
优选的，所述富氢通道的内部设置有氢气气泡。
优选的，所述富氧通道的内部设置有氧气气泡。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型通过无隔膜微流道电解槽等结构的设置，通过对电解水***中电解槽的结构优化设计，成功省去了在电解水制氢***中占有极大成本的电解隔膜，简单方便，造价便宜，电解槽的入口被设计为树枝状分布，电解液入口到每一个树枝状流道的出口阻力基本相同，保证了电解液在电解时的分布均匀性、保证电解液在电解槽阴极和阳极之间的流动状态为层流。
2、本实用新型通过阴极、阳极等结构的设置，以往的电解槽受电解隔膜的限制，通常仅能在特定小范围pH下工作，本处无电解隔膜后可使电解槽在各种pH下工作，实现电解槽在广泛pH下的应用，降低电解槽阳极和阴极之间的欧姆电位降，提高了溶液间离子迁移率，对降低电解水应用成本，推广氢能的广泛应用具有重要意义。
附图说明
图1为本实用新型的无隔膜微通道电解槽示意图；
图2为本实用新型的无隔膜微通道电解槽侧视示意图；
图3为本实用新型的无隔膜微通道电解槽中电解液速度场及气体平衡图；
图4为本实用新型的无隔膜微通道电解水***图。
图中：1、原水池；2、碱液池；3、循环泵；4、无隔膜微流道电解槽；5、整流器；6、氢气闪蒸罐；7、氧气闪蒸罐；8、氢气综合罐；9、氧气综合罐；10、微流道电解槽入口；11、阴极；12、阳极；13、电解液；14、富氢通道；15、富氧通道；16、氢气气泡；17、氧气气泡。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，一种无隔膜微流道电解水***，包括原水池1和微流道电解槽入口10，原水池1的一侧安装有循环泵3，循环泵3的上方安装有碱液池2，循环泵3的一侧安装有无隔膜微流道电解槽4，无隔膜微流道电解槽4的上方安装有整流器5，无隔膜微流道电解槽4的一侧安装有氧气闪蒸罐7，氧气闪蒸罐7的上方安装有氢气闪蒸罐6。
请参阅图1-3，氢气闪蒸罐6的上方安装有氢气综合罐8，氧气闪蒸罐7的上方安装有氧气综合罐9，微流道电解槽入口10的一侧安装有阴极11，阴极11的下方安装有阳极12，阴极11和阳极12内部设置有电解液13。
请参阅图1-3，阴极11的一侧安装有富氢通道14，阳极12的一侧安装有富氧通道15，富氢通道14的内部设置有氢气气泡16，富氧通道15的内部设置有氧气气泡17。
本实用新型具体实施过程如下：无隔膜微流道电解槽4的入口被设计为多重枝杈的树枝状分布，电解液13从入口到每一个树枝状流道的出口阻力基本相同，以此保证电解液13在电解槽入口的分布均匀性，电解液13在循环泵3的控制下以一定速度进入无隔膜微流道电解4后发生电解反应，无隔膜微流道电解槽4的原理为，阴极11(涂覆有产氢催化剂)和阳极12(涂覆有产氧催化剂)为平行布置，两者之间间距为500-800微米(下文以d表示电解槽阴极11同阳极12之间距离)，电解液13在电解槽中的速度呈现越靠近电极表面越小的分布趋势，由于环箍效应，在电极表面产生的氢气气泡16及氧气气泡17向电解槽中心迁移，而电解槽中心的电解质向电极表面移动，最终会在距电极表面约0.3d的位置形成迁移平衡，在环箍效应下，产生于阴极11的氢气及产生于阳极12的氧气会在电解槽的中间线两侧形成动态平衡，基于环箍效应下，氢气和氧气气泡17不会发生混合，可保证最终氢气产物的纯度；
进一步的，无隔膜微流道电解槽4后部设置为Y型流道，一侧为富氢通道14，一侧为富氧通道15，通过Y型流道的设计，完成氢气和氧气的进一步分离，原水池1及碱液池2向循环泵3补充原水及电解质，循环泵3向由整流器5供给直流电的无隔膜微流道电解槽4供给电解液13，经过无隔膜微流道电解槽4电解后的电解液13一部分通过富氢通道14流向氢气闪蒸罐6，一部分通过富氧通道15流向氧气闪蒸罐7，利用高压液体突然进入低压容器后的闪蒸效应将电解液13中含有的氢气及氧气分离，分离后的氢气和氧气分别进入氢气综合罐8及氧气综合罐9作进一步处理利用，分离后的电解液13返回至循环泵3，在补充原水和碱液后实现循环利用。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种无隔膜微流道电解水***，包括原水池(1)和微流道电解槽入口(10)，其特征在于：所述原水池(1)的一侧安装有循环泵(3)，所述循环泵(3)的上方安装有碱液池(2)；
所述循环泵(3)的一侧安装有无隔膜微流道电解槽(4)，所述无隔膜微流道电解槽(4)的上方安装有整流器(5)，所述无隔膜微流道电解槽(4)的一侧安装有氧气闪蒸罐(7)，所述氧气闪蒸罐(7)的上方安装有氢气闪蒸罐(6)。
2.根据权利要求1所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述氢气闪蒸罐(6)的上方安装有氢气综合罐(8)。
3.根据权利要求2所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述氧气闪蒸罐(7)的上方安装有氧气综合罐(9)。
4.根据权利要求3所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述微流道电解槽入口(10)的一侧安装有阴极(11)。
5.根据权利要求4所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述阴极(11)的下方安装有阳极(12)。
6.根据权利要求5所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述阴极(11)和阳极(12)内部设置有电解液(13)。
7.根据权利要求6所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述阴极(11)的一侧安装有富氢通道(14)。
8.根据权利要求7所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述阳极(12)的一侧安装有富氧通道(15)。
9.根据权利要求8所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述富氢通道(14)的内部设置有氢气气泡(16)。
10.根据权利要求9所述的一种无隔膜微流道电解水***，其特征在于：所述富氧通道(15)的内部设置有氧气气泡(17)。
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