一種燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽的製作方法
2023-10-26 18:22:32 4
本實用新型涉及氫氧混合氣體電解槽設備的技術領域，特別是一種燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽，具有製作成本低、能耗低、壓力低、溫度低、能效高等特點。
背景技術：
目前水電解制氫氣氧氣的水電解裝置，通過水的電解分解出氫氣和氧氣，即把電極板安裝在電解槽內，電極通過直流電流則在兩極分別產生2：1氫氣和氧氣，獨立氫氣氧氣道串聯分別進行分儲利用，跟據需要再進行混合，或者單獨使用。現有的水電解槽通常高壓高溫狀態下運行，且製作複雜，成本高。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺陷，本實用新型提供了一種燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽，具有低能耗、低壓力、低溫度、製作工藝簡單、成本低、高效能等特點，利於大量生產和大量應用，利用清潔的氫氧混合氣體的燃燒熱源來替代燃煤，減少了化石消耗，滿足了工業、農業和民用的需求。
本實用新型所採用的技術方案是：
一種燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽，包括電解槽主體，所述電解槽主體採用化工絕緣體專用工程塑料系列圓管，其直徑為0.2-0.8m；所述電解槽主體內設有與其管徑相等的等距排列的電極板組合，電極板之間設有鹼性電解液作為導電體；所述電極板上還設有電解液孔洞，前後電極板上的電解液孔洞之間處於不同的操縱水平線上。
所述電解槽主體連接循環泵與氫氧氣反應分離罐。
所述化工絕緣體專用工程塑料系列圓管是由絕緣體改性聚氯乙烯工程塑料製得。
所述電解槽主體兩端設有槽體法蘭，其與外平內凹法蘭封頭連接，所述外平內凹法蘭封頭也是採用絕緣體改性聚氯乙烯工程塑料（簡稱CPVC），兩個外平內凹法蘭封頭的中心位分別設有直流電極導線正和負連接樁，其上部分別設有電解液輸入口和電解液輸出口，所述電解液輸出口的下端設有排汙口，所述外平內凹法蘭封頭與電解槽主體之間設有法蘭螺栓孔通過法蘭螺栓加以固定。
採用絕緣體改性聚氯乙烯工程塑料（簡稱CPVC）製得的設備管道耐壓強、耐腐蝕、耐高溫，阻燃性、絕緣性等各項指標符合水電解氫氧混合氣體的電解槽製作要求，且成本低。
所述電極板採用1-1.5毫米厚的316L不鏽鋼板材通過圓形衝壓或洗割製得，所述電極板的形狀為設有平口的圓形，所述平口設在所述圓形的十字四角邊處並通過平切2mm形成。
316L不鏽鋼板材製作的電極板，衝壓或洗割製作不影響材料的性質，不會因為切割產生的高溫改變材料性質，而造成電極板實用面積減少以及造成產氣量減少。
所述電極板上設有3-8個定位孔洞，連接杆穿過每個電極板上的對應孔洞固定連接所述電極板；優選地，所述定位孔洞設有5個，一個為中心定位孔，設在所述電極板的中心，中心定位孔向外圓周等距三分之二處另設有四處定位孔洞，優選地，從中心定位孔沿半徑向水平和垂直方向向外的三分之二處設有四處定位孔洞，形成圓環等距定位五孔；所述連接杆為CPVC棒，所述CPVC棒通過所述圓環等距定位五孔等距固定連接所述電極板；或者所述定位孔洞為4個，不包括中心定位孔。
進一步地，所述電極板之間設有1.5-2.5毫米厚的四氟墊片，用於間隔定位電極板，墊片直徑大於定位孔洞直徑2毫米，依次排列。
所述電極板上還設有電解液孔洞，主要位於電極板的斜交叉四邊上，是電解液的流經通道，根據電極板的單數和雙數排列，所述電解液孔洞的排列方式分為單數排列孔距位和雙數排列孔距位兩種，具體地，所述單數排列孔距位是指所述電解液孔洞位於斜交叉四邊的四分之三處，為上位，所述雙數排列孔距位是指所述電解液孔洞位於斜交叉四邊的五分之三處，為下位。所述電極板的電解液的流經通道由於前後電解液孔洞之間處於不同的操縱水平線上，使得電解液經由上下波浪山字形流動和迂迴曲折之字形流動，增加了電解液在電解槽主體內電極板之間的接觸面積和滯留時間，產生了更好的極性反應增加了產氣量。
進一步地，所述電極板上開設的所述電解液孔洞的總面積大於所述電解液輸出口的口徑面積的1.2-2.0倍，有閥門控制可以調整流量，此時，電極反應的效果正常，以電極產生的氣泡流經通通暢為準。
進一步地，所述燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽為臥式電解槽。
進一步地，所述電解液輸出口的管道上設有溫度傳感器，為了保證電解液的運行溫度小於50℃，當超過50℃的上限時，電解槽主體內電極板斷電保護，熱交換循環照常。
進一步地，所述燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽與循環泵連接，通過電極鹼性電解液反應，產生的氫氧氣泡被循環泵全部吸出，由下道工序的「氫氧氣反應分離罐」進行氣液分離，在氣液重量比關係下自然分離，電解液水分下降，進入再循環，氫氧氣體上升進入下道工序，電解槽及「氫氧氣反應分離罐」的二者間運行平衡壓力＜0.09MPa-0.125MPa，分離罐頂端設有壓力傳感器，超壓上限時切斷電解槽電極電源，停機進一步地保護。
進一步地，所述燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽設有反衝洗裝置，電解槽定期保養，維護，電解槽進出口體外設反衝洗功能旁路管路，應用同一臺循環泵進行閥門切換，檸檬酸液作清洗循環，清潔極板上鹼性附著物及沉降電解槽底的鹼性顆粒物質，恢復電解槽功效和延長電解槽使用壽命。
燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽是氫氧氣體生產和使用成本的核心部件，經多年的實踐，本申請發明人發現選用絕緣體改性聚氯乙烯工程塑料做成電解槽主體，圓形電極板等距串聯設於電解槽主體內，鹼性電解液作為導電體，電解氣液由反應分離罐進行氣液分離是有利的。綜合電解槽材質、電極板排布方式、電解液流道大小、流道走向等相關因素的匹配合理性，電解槽整體運行效果穩定，產氣量達到設計要求。進一步地，本實用新型產氣電能耗＜1.8KW/立方氫氧混合氣體，運行壓力＜0.12MPa，溫度＜50℃，產氣立方耗水＜300m L，具有突出的效果。
通過採用單數排列孔距位和雙數排列孔距位，電解液流經通道形成山字形流經方式，電極板通電後的陰極產生氫氣，陽極產生氧氣，電解液經山字形態的流道曲經過程後產生的2：1的氫氧氣體直接由循環泵吸出電解槽主體，混合狀態下的氫氧氣由下道工藝的「氫氧氣反應分離罐」進行氣液分離。
附圖說明
圖1為本實用新型所述的燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽的一個實施例的結構示意圖；
圖2為本實用新型中單數排列的所述電極板的一個實施例的結構示意圖；
圖3為本實用新型中雙數排列的所述電極板的一個實施例的結構示意圖；
圖4為含有反衝洗裝置的燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽的一個應用實施例的連接結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1-4，本實用新型的技術方案為：
本實用新型提供了一種燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽1，包括電解槽主體1-1，所述電解槽主體1-1採用化工絕緣體專用工程塑料系列圓管，其直徑為0.2-0.8m；所述電解槽主體1-1內設有與其管徑相等的等距排列的電極板組合，電極板2-1之間設有鹼性電解液作為導電體；所述電極板2-1上還設有電解液孔洞2-3和2-5，前後電極板2-1上的電解液孔洞2-3和2-5之間處於不同的操縱水平線上。
所述電解槽主體1-1連接循環泵6-1與氫氧氣反應分離罐6-4。
所述化工絕緣體專用工程塑料系列圓管是由絕緣體改性聚氯乙烯工程塑料製得。
所述電解槽主體1-1兩端設有槽體法蘭1-2，其與外平內凹法蘭封頭1-3連接，所述外平內凹法蘭封頭1-3也是採用絕緣體改性聚氯乙烯工程塑料（簡稱CPVC），兩個外平內凹法蘭封頭1-3的中心位分別設有直流電極導線正連接樁4-2和負連接樁4-1，其上部分別設有電解液輸入口1-5和電解液輸出口1-6，所述電解液輸出口1-6的下端設有排汙口5-1，所述外平內凹法蘭封頭1-3與電解槽主體1-1之間設有法蘭螺栓孔通過法蘭螺栓1-4加以固定。
採用絕緣體改性聚氯乙烯工程塑料（簡稱CPVC）製得的設備管道耐壓強、耐腐蝕、耐高溫，阻燃性、絕緣性等各項指標符合水電解氫氧混合氣體的電解槽製作要求，且成本低。
所述電極板2-1採用1-1.5毫米厚的316L不鏽鋼板材通過圓形衝壓或洗割製得，所述電極板2-1的形狀為設有平口2-4的圓形，所述平口2-4設在所述圓形的十字四角邊處並通過平切2mm形成。
316L不鏽鋼板材製作的電極板，衝壓或洗割製作不影響材料的性質，不會因為切割產生的高溫改變材料性質，而造成電極板實用面積減少以及造成產氣量減少。
所述電極板2-1上設有3-8個定位孔洞2-2，連接杆穿過每個電極板2-1上的對應孔洞固定連接所述電極板2-1；優選地，所述定位孔洞2-2設有5個，一個為中心定位孔，設在所述電極板2-1的中心，中心定位孔向外圓周等距三分之二處另設有四處定位孔洞2-2，優選地，從中心定位孔沿半徑向水平和垂直方向向外的三分之二處設有四處定位孔洞2-2，形成圓環等距定位五孔；所述連接杆為CPVC棒，所述CPVC棒通過所述圓環等距定位五孔等距固定連接所述電極板；或者所述定位孔洞2-2為4個，不包括中心定位孔。
進一步地，所述電極板2-1之間設有1.5-2.5毫米厚的四氟墊片，用於間隔定位電極板，墊片直徑大於定位孔洞直徑2毫米，依次排列。
所述電極板2-1上還設有電解液孔洞2-3和2-5，主要位於電極板的斜交叉四邊上，是電解液的流經通道，根據電極板2-1的單數和雙數排列，所述電解液孔洞的排列方式分為單數排列孔距位和雙數排列孔距位兩種，具體地，所述單數排列孔距位是指所述電解液孔洞2-3位於斜交叉四邊的四分之三處，為上位，所述雙數排列孔距位是指所述電解液孔洞2-5位於斜交叉四邊的五分之三處，為下位。所述電極板的電解液的流經通道由於前後電解液孔洞之間處於不同的操縱水平線上，使得電解液經由上下波浪山字形流動和迂迴曲折之字形流動，增加了電解液在電解槽主體內電極板之間的接觸面積和滯留時間，產生了更好的極性反應增加了產氣量。
進一步地，所述電極板上開設的所述電解液孔洞的總面積大於所述電解液輸出口的口徑面積的1.2-2.0倍，有閥門控制可以調整流量，此時，電極反應的效果正常，以電極產生的氣泡流經通暢為準。
進一步地，所述燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽為臥式電解槽。
進一步地，所述電解液輸出口的管道上設有溫度傳感器，為了保證電解液的運行溫度小於50℃，當超過50℃的上限時，電解槽主體內電極板斷電保護，熱交換循環照常。
進一步地，所述燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽與循環泵連接，通過電極鹼性電解液反應，產生的氫氧氣泡被循環泵全部吸出，由下道工序的「氫氧氣反應分離罐」進行氣液分離，在氣液重量比關係下自然分離，電解液水分下降，進入再循環，氫氧氣體上升進入下道工序，電解槽及「氫氧氣反應分離罐」的二者間運行平衡壓力＜0.09MPa-0.125MPa，分離罐頂端設有壓力傳感器，超壓上限時切斷電解槽電極電源，停機保護進一步地。
進一步地，所述燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽設有反衝洗裝置，電解槽定期保養，維護，電解槽進出口體外設反衝洗功能旁路管路，應用同一臺循環泵和閥門切換，檸檬酸液作清洗循環，清潔極板上鹼性附著物及沉降電解槽底的鹼性顆粒物質，恢復電解槽功效和延長電解槽使用壽命。
所述燃氣用水電解氫氧混合氣體的電解槽設有反衝洗裝置，包括旁路管路，利用同一臺循環泵和開關閥門，達到反衝洗清潔效果。
電解槽的反衝洗裝置，是設備維護的必要應用，關閉閥門5-1、5-2、5-3、5-4、5-7、5-10，打開閥門5-5、5-6、1、5-9、6-3、5-8、6-2，兌存好酸性液，啟動6-1，循環30分鐘，再更換清水循環10分鐘，其中，閥門5-11可關可不關。
以上對本實用新型的具體實施例進行了詳細描述，但其只作為範例，本實用新型並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對該實用進行的等同修改和替代也都在本實用新型的範疇之中。因此，在不脫離本實用新型的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本實用新型的範圍內。