一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构

1.本实用新型涉及电解水制氢技术，尤其是涉及一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构。

背景技术：

2.全球气候变暖压力增大，世界各国聚焦清洁能源，氢能凭借其低碳清洁、能量密度高、来源广等特点，是新时代迈向绿发展的关键。碱水电解槽是可再生能源电解水制氢技术的关键装备，随着氢能的快速发展，碱水电解槽也逐步向大型化发展。
3.水电解槽由电解小室串联而成，工业用的碱水电解槽一般由一个碱液入口提供电解槽所需碱液，这种供液结构在中小规模电解槽上是合适的。但是，随着碱水电解槽大型化，所串联的电解小室数量也会大大增加，这会增加碱水电解槽内部的流场长度，单碱液通道会影响电解槽的传质和传热效果，槽内流场的均匀性变差，使电解槽内部产生温度分布不均匀的现象，尤其是电解槽阴极和阳极的温度分布不均，降低电解槽的效率，缩短电解槽的使用寿命。
4.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.本实用新型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非对称多通道进液排气结构。
6.本实用新型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非对称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.所述前端压板的下端设有主电解液进口，所述前端压板的中部设有至少一个氢侧副电解液进口和至少一个氧侧副电解液进口，所述主电解液进口、氢侧副电解液进口和氧侧副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，所述主电解液进口通过主电解液通道与后极板内腔相通，主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；所述氢侧副电解液进口通过氢侧副电解液通道与后极板内腔相同，氢侧副电解液通道与各个电解小室的阴极产氢室相通；所述氧侧副电解液进口通过氧侧副电解液通道与后极板内腔相同，氧侧副电解液通道与各个电解小室的阳极产氧室相通。
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，氢侧副电解液进口的数量为2个。
12.优选的，氧侧副电解液进口的数量为2个。
13.优选的，氢侧副电解液进口设置在前端压板中部的右侧，氧侧副电解液进口设置在前端压板中部的左侧。
14.优选的，多个氢侧副电解液进口均匀分布在前端压板中部的右侧。
15.优选的，多个氧侧副电解液进口均匀分布在前端压板中部的左侧。
16.优选的，所述主电解液进口、氢侧副电解液进口和氧侧副电解液进口处设有流速调节装置。
17.优选的，还包括控制装置，所述控制装置与各个流速调节装置相连接，用于控制各个流速调节装置。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
19.(1)增设氢侧副电解液进口和氧侧副电解液进口，其氢侧副电解液通道内侧仅与阴极室相通，氧侧副电解液通道内侧仅与阳极室相通，因为电解槽阳极和阴极的产热不同，所增设的氢侧副电解液通道和氧侧副电解液通道可以相对独立的控制一侧的温度，使电解小室两极温度分布均匀。
20.(2)增设氢侧副电解液进口和氧侧副电解液进口，四个副电解液进口的增加，实现了电解液的多通道输入，相对于单电解液通道的结构设计，本实用新型增加了电解槽内的电解液循环，增加了电解槽中部位置的换热。
21.(3)当电解槽仅含有一个电解液进口时，单个电解小室内的流场分布不均，在电解小室下端入口处会产生回流区，多通道电解液输入的设计，从单个电解小室中部输入的电解液会一定程度改善电解小室内的流场分布。
22.(4)对于大型的碱性电解槽，多通道电解液输入的设计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各通道的电解液流量，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。
23.(5)所添加的副电解液进口及通道，其通道路径为从副电解液进口连至后极板，在槽内从后极板连至最靠近前极板的电解小室，这种迂回的通道结构，可以增加电解槽深处的电解小室中部位置的换热。
附图说明
24.图1为本实用新型的结构示意图；
25.附图标记：1、槽体，2、前极板，3、后极板，4、端压板，5、主碱液进口，6、氢侧副电解液进口，7、氧侧副电解液进口，8、氢气出口，9、氧气出口，10、主电解液通道，11、氢侧副电解液通道，12、氧侧副电解液通道，13、氢气通道，14、氧气通道。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型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，但本实用新型的保
护范围不限于下述的实施例。
27.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，本实用新型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。
28.实施例1：
29.电解槽阴极侧和阳极侧的产热不同，在大型碱水电解槽中由于流场分布这一现象更为明显，为了改善电解槽阴极和阳极的温度分布不均现象，本实用新型提供了一种新型的多通道电解槽流场结构：
30.一种用于大型碱水电解槽的非对称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；
31.前端压板4的下端设有主电解液进口5，前端压板4的中部设有至少一个氢侧副电解液进口6和至少一个氧侧副电解液进口7，主电解液进口5、氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7与后极板3内腔相通，前端压板4的上端设有氢气出口8和氧气出口9，氢气出口8和氧气出口9与后极板3内腔相通。
32.其中，主电解液进口5通过主电解液通道10与后极板3内腔相通，主电解液通道10与各个电解小室的阴极产氢室和阳极产氧室相通；氢侧副电解液进口6通过氢侧副电解液通道11与后极板3内腔相同，氢侧副电解液通道11与各个电解小室的阴极产氢室相通；氧侧副电解液进口7通过氧侧副电解液通道12与后极板3内腔相同，氧侧副电解液通道12与各个电解小室的阳极产氧室相通；氢气出口8通过氢气通道13与后极板3内腔相通，氧气出口9通过氧气通道14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13和氧气通道14输送到氢气出口8和氧气出口9排出。
33.主电解液进口5、氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7处设有流速调节装置，控制装置与各个流速调节装置相连接，控制各个流速调节装置，从而分别控制由主电解液进口5、氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7流入的电解液流量。
34.每个电解液通道均连通各个电解小室，但是，在传统的单电解液进口设计的基础上，本技术增设了氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7，氢侧副电解液通道11内侧仅与阴极室相通，氧侧副电解液通道12仅与阳极室相通，电解槽阳极和阴极的产热不同，增设的氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7可以相对独立的控制一侧的温度，使电解小室两极温度分布均匀。
35.可以理解的是，氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7的数量可以相同也可以不同，氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7的数量可以为1个或多个，其布置位置也不限制为左侧或右侧。如图1所示，本实施例中，根据实际应用情况，设计氢侧副电解液进口6为2个，氧侧副电解液进口7的数量也为2个，两个氢侧副电解液进口6设置在前端压板4中部的右侧，两个氧侧副电解液进口7设置在前端压板4中部的左侧，氢气出口8和氧气出口9设置在前端压板4的上端。进一步地，为了保证流场均匀，可以令氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7数量相同，氢侧副电解液进口6均匀分布在前端压板4中部的右侧，氧侧副电解液进口7均匀分布在前端压板4中部的左侧，且氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7对
称分布。
36.工作过程中，一部分电解液进入主电解液进口5，通过主电解液通道10进入后极板3内腔，通过后极板3的内腔进入电解槽内各个电解小室，进行电解制氢；一部分电解液进入氢侧副电解液进口6，通过氢侧副电解液通道11进入后极板3内腔，通过后极板3的内腔进入电解槽内各个电解小室的阴极室；一部分电解液进入氧侧副电解液进口7，通过氧侧副电解液通道12进入后极板3内腔，通过后极板3的内腔进入电解槽内各个电解小室的阳极室。电解过程产生的氢气通过氢气通道13排出，产生的氧气通过氧气通道14排出。
37.上述技术方案的改进是：
38.(1)增设氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7，其氢侧副电解液通道11内侧仅与阴极室相通，氧侧副电解液通道12内侧仅与阳极室相通，因为电解槽阳极和阴极的产热不同，所增设的氢侧副电解液通道11和氧侧副电解液通道12可以相对独立的控制一侧的温度，使电解小室两极温度分布均匀。
39.(2)增设氢侧副电解液进口6和氧侧副电解液进口7，四个副电解液进口的增加，实现了电解液的多通道输入，相对于单电解液通道的结构设计，本实用新型增加了电解槽内的电解液循环，增加了电解槽中部位置的换热。
40.(3)当电解槽仅含有一个电解液进口时，单个电解小室内的流场分布不均，在电解小室下端入口处会产生回流区，多通道电解液输入的设计，从单个电解小室中部输入的电解液会一定程度改善电解小室内的流场分布。
41.(4)对于大型的碱性电解槽，多通道电解液输入的设计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各通道的电解液流量，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。
42.(5)所添加的副电解液进口及通道，其通道路径为从副电解液进口连至后极板3，在槽内从后极板3连至最靠近前极板2的电解小室，这种迂回的通道结构，可以增加电解槽深处的电解小室中部位置的换热。
43.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。
44.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。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实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型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。

技术特征：

1.一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，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；所述前端压板的下端设有主电解液进口，所述前端压板的中部设有至少一个氢侧副电解液进口和至少一个氧侧副电解液进口，所述主电解液进口、氢侧副电解液进口和氧侧副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。2.根据权利要求1所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，所述主电解液进口通过主电解液通道与后极板内腔相通，主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；所述氢侧副电解液进口通过氢侧副电解液通道与后极板内腔相同，氢侧副电解液通道与各个电解小室的阴极产氢室相通；所述氧侧副电解液进口通过氧侧副电解液通道与后极板内腔相同，氧侧副电解液通道与各个电解小室的阳极产氧室相通。3.根据权利要求1所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，氢侧副电解液进口的数量为2个。5.根据权利要求1所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，氧侧副电解液进口的数量为2个。6.根据权利要求1所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，氢侧副电解液进口设置在前端压板中部的右侧，氧侧副电解液进口设置在前端压板中部的左侧。7.根据权利要求6所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，多个氢侧副电解液进口均匀分布在前端压板中部的右侧。8.根据权利要求6所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，多个氧侧副电解液进口均匀分布在前端压板中部的左侧。9.根据权利要求1所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，所述主电解液进口、氢侧副电解液进口和氧侧副电解液进口处设有流速调节装置。10.根据权利要求9所述的一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置与各个流速调节装置相连接，用于控制各个流速调节装置。

技术总结

本实用新型涉及一种用于大型碱水电解槽的非对称多通道进液排气结构，电解槽包括槽体、前极板、后极板、前端压板和后端压板，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；前端压板的下端设有主电解液进口，前端压板的中部设有多个氢侧副电解液进口和氧侧副电解液进口，主电解液进口、氢侧副电解液进口和氧侧副电解液进口与后极板内腔相通，前端压板的上端设有后极板内腔相通的氢气出口和氧气出口。与现有技术相比，本实用新型增设氢侧副电解液进口和氧侧副电解液进口，氢侧副电解液通道与阴极室相通，氧侧副电解液通道与阳极室相通，可以相对独立的控制一侧的温度，使电解小室两极温度分布均匀。温度分布均匀。温度分布均匀。