一种用于大型碱水电解槽的多通道进液排气结构

1.本发明涉及电解水制氢技术领域，尤其是涉及一种用于大型碱水电解槽的多通道进液排气结构。


背景技术：

2.可再生能源电解水制氢作为一种绿色制氢的方法，随着氢能的快速发展，其规模也在逐渐增加。碱性电解槽作为可再生能源电解水制氢的关键设备，随着可再生能源制氢规模的增加，碱水电解槽也逐步向大型化发展。
3.工业用的碱性电解槽一般由多个电解小室堆叠而成，由一个碱液入口提供所需碱液，这种供液结构在中小规模电解槽上是合适的，然而随着碱水电解槽大型化，碱性电解槽的端面直径也在增加，必然大幅增加电解小室数量。单个的碱液入口虽然能提供用于制氢的碱液量，但是无法保证碱液在循环中的传热和传质分布均匀。电解小室的增加引起电解槽内流场的均匀性变差，各电解小室的温度差异增大，电解液流动的阻力增大，电解槽的运行状态变差，故随着槽体的体积增加，电解槽的内部温度不均和传质不均匀的现象更为显著。
4.电解槽的内部温度分布不均，不仅会缩短电解槽使用寿命，还会极大的浪费输入的电能。中国专利cn212669809u公开了一种新型流道流场结构水电解槽，通过设置中间极板，将槽体分离，并使前半槽和后半槽形成两个独立的循环，互不干扰，其本质是将大型的碱水电解槽分割为两个中小规模的电解槽，并未对进液排气通道进行实质性改进。因此，为了节约能源并保证电解槽的正常工作，需要设计新型的流道流场结构。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于大型碱水电解槽的多通道进液排气结构。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种用于大型碱水电解槽的多通道进液排气结构，所述电解槽包括槽体、设置在槽体两端的前极板和后极板、设置在槽体两端的前端压板和后端压板，所述槽体、前极板和后极板均设有内腔，前极板和后极板设有径向孔，槽体内腔中设有多个电解小室；
8.所述前端压板的右侧设有多个电解液进口，所述前端压板的左侧设有多个电解液进口，所述电解液进口与后极板内腔相通，所述前端压板的上端设有氢气出口和氧气出口，所述氢气出口和氧气出口与后极板内腔相通。
9.优选的，所述电解液进口通过电解液通道与后极板内腔相通，电解液通道与各个电解小室的阴极产氢室和阳极产氧室相通。
10.优选的，所述氢气出口通过氢气通道与后极板内腔相通，所述氧气出口通过氧气通道与后极板内腔相通，电解小室产生的氢气和氧气通过氢气通道和氧气通道输送到氢气出口和氧气出口排出。
11.优选的，前端压板的右侧设有2～10个电解液进口。
12.优选的，前端压板的右侧设有3～6个电解液进口。
13.优选的，前端压板的左侧设有2～10个电解液进口；
14.优选的，前端压板的左侧设有3～6个电解液进口。
15.优选的，前端压板右侧的电解液进口均匀分布在前端压板的右侧。
16.优选的，前端压板左侧的电解液进口均匀分布在前端压板的左侧。
17.优选的，各个电解液进口处设有流速调节装置。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.(1)对于大型的碱性电解槽，增设多个电解液进口和电解液通道，设计了多通道碱性电解槽的结构，增加了电解槽内的电解液循环，增加了电解槽的内部换热，保证流场分布均匀、温度分布均匀，从而节约能源并保证电解槽的正常工作。
20.(2)对于大型的碱性电解槽，多个电解液进口的提供，为不同工况下的电解液循环策略提供了可行性，可以通过改变不同电解液进口的电解液流量，实现内部循环换热策略，增加了面对不同工况时使用不同电解液循环策略的可能性。
21.(3)中小型电解槽一般设计为一个电解液进口、一个电解液通道的结构，由一个电解液进口为槽内所有电解小室提高电解液，当电解槽尺寸规模变大时，这种结构会使单个电解小室内的流场分布不均，并在电解小室下端入口处产生回流区，本技术添加了多通道电解液循环结构，能够有效改善这种流场分布不均的现象。
22.(4)增设的多个电解液进口，分别布置于前端压板左右两侧，在电解液循环的过程中，可以增加这两侧的电解液换热，使电解槽端压板两侧沿槽体深度方向的温度分布均匀。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图；
24.附图标记：1、槽体，2、前极板，3、后极板，4、前端压板，5、前端压板右侧的电解液进口，6、前端压板左侧的电解液进口，7、氢气出口，8、氧气出口，9、前端压板右侧电解液进口的电解液通道，10、前端压板左侧电解液进口的电解液通道，11、氢气通道，12、氧气通道。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
26.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
27.实施例1：
28.对于碱性电解槽，使用碱液电解产氢，为了改善槽内传质，并使电解槽温度分布趋向均匀，本发明提供了一种新型的多通道电解槽流场结构：
29.一种用于大型碱水电解槽的多通道进液排气结构，电解槽包括槽体1、设置在槽体1两端的前极板2和后极板3、设置在槽体1两端的前端压板4和后端压板，槽体1、前极板2和
后极板3均设有内腔，前极板2和后极板3设有径向孔，槽体1内腔中设有多个电解小室；
30.前端压板4的右侧设有多个电解液进口(即图1中电解液进口5)，前端压板4的左侧设有多个电解液进口(即图1中电解液进口6)，电解液进口与后极板3内腔相通，前端压板4的上端设有氢气出口7和氧气出口8，氢气出口7和氧气出口8与后极板3内腔相通。
31.其中，电解液进口通过电解液通道与后极板3内腔相通，电解液通道与各个电解小室的阴极产氢室和阳极产氧室相通，各个电解液进口处设有流速调节装置。如图1所示，右侧电解液进口5通过右侧的电解液通道9连通后极板3内腔，左侧电解液进口6通过左侧的电解液通道10连通后极板3内腔，每一个电解液通道均与各个电解小室的阴极产氢室和阳极产氧室相通；氢气出口7通过氢气通道11与后极板3内腔相通，氧气出口8通过氧气通道12与后极板3内腔相通，电解小室产生的氢气和氧气通过氢气通道11和氧气通道12输送到氢气出口7和氧气出口8排出。
32.经过理论分析和实验验证，前端压板4的右侧设有2～10个电解液进口5，尤其的，电解液进口5的数量为3～6个效果最好。前端压板4的左侧设有2～10个电解液进口6，尤其的，电解液进口6的数量为3～6个效果最好。
33.如图1所示，本实施例中，前端压板4的右侧设有三个电解液进口5，前端压板4的左侧设有三个电解液进口6，前端压板4的上端设有两个出口：氢气出口7和氧气出口8。电解液从前端压板4左右两侧的电解液进口5和6进入，通过电解液通道9和10进入后极板3内腔，通过后极板3内腔进入槽内电解小室，进行电解制氢；电解过程产生的氢气通过氢气通道11输送到氢气出口7排出，产生的氧气通过氧气通道12输送到氧气出口8排出。
34.上述技术方案的改进是：
35.(1)对于大型的碱性电解槽，增设多个电解液进口和电解液通道，设计了多通道碱性电解槽的结构，增加了电解槽内的电解液循环，增加了电解槽的内部换热，从而节约能源并保证电解槽的正常工作。
36.(2)对于大型的碱性电解槽，多个电解液进口的提供，为不同工况下的电解液循环策略提供了可行性，通过流速调节装置可以通过改变不同电解液进口的电解液流量，实现内部循环换热策略，增加了面对不同工况时使用不同电解液循环策略的可能性。
37.(3)中小型电解槽一般设计为一个电解液进口、一个电解液通道的结构，由一个电解液进口为槽内所有电解小室提高电解液，当电解槽尺寸规模变大时，这种结构会使单个电解小室内的流场分布不均，并在电解小室下端入口处产生回流区，本技术添加了多通道电解液循环结构，能够有效改善这种流场分布不均的现象。
38.(4)增设的多个电解液进口，分别布置于前端压板4左右两侧，在电解液循环的过程中，可以增加这两侧的电解液换热，使电解槽端压板两侧沿槽体1深度方向的温度分布均匀。
39.进一步地，可以令前端压板4右侧的电解液进口5均匀分布在前端压板4的右侧，前端压板4左侧的电解液进口6均匀分布在前端压板4的左侧，还可以令前端压板4右侧的电解液进口5和前端压板4左侧的电解液进口6数量相同，且位置对称分布。上述设计能够更加准确的实现不同工况下的电解液循环策略，能够保证流场分布均匀，能够保证温度分布均匀。
40.关于电解槽的基本结构、电解液通道与各个电解小室的相通、氢气通道和氧气通道的排气等，均为本领域公知常识，本领域技术人员可以理解，在此不再赘述。
41.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。