本發(fā)明涉及電解制氫，更具體地說(shuō)，涉及一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、氫能與清潔一次能源構(gòu)成的能源系統(tǒng)被認(rèn)為是最有希望替代化石燃料的能源體系。當(dāng)今工業(yè)上大規(guī)模制氫方法主要有甲烷蒸汽重整(smr)和電解水制氫。甲烷蒸汽重整是目前最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模制氫方法，但其消耗大量化石燃料，產(chǎn)生大量二氧化碳。目前常規(guī)堿性電解水制氫技術(shù)成本較高、總制氫效率較低而且大部分發(fā)電過程也消耗化石燃料排放co2。

2、但電解水制氫技術(shù)工藝過程簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度高，若結(jié)合高效清潔一次能源構(gòu)成電解水制氫系統(tǒng)將有潛力滿足未來(lái)氫經(jīng)濟(jì)需求。目前電解水制氫方法主要有3種：常規(guī)堿性、固體聚合物電解(spe)及固體氧化物電解池(soec)電解制氫，固態(tài)氧化物電解是一種高效的水電解技術(shù)，用于在高溫下將水分解成氫氣和氧氣。

3、現(xiàn)有的基于固體氧化物的電解水的通常處于常溫狀態(tài)，分子間的活躍程度較低，而且電解池的電機(jī)損耗量較高，因此導(dǎo)致電解水的效率較低，析氫效率低，并且在電解之后現(xiàn)有的制氫設(shè)備不方便對(duì)氧氣和氫氣進(jìn)行分離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備及方法，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)通過固體氧化物電解的基礎(chǔ)上，還可以提高固態(tài)氧化物在電解過程中的穩(wěn)定，且可以在電解之后對(duì)氧氣和氫氣進(jìn)行分離。

2、為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，包括：用于對(duì)水資源進(jìn)行過濾和沉淀凈水機(jī)構(gòu)，所述凈水機(jī)構(gòu)的一側(cè)安裝有增壓水泵，所述增壓水泵的一側(cè)安裝有用于對(duì)水進(jìn)行電解的電解機(jī)構(gòu)，所述電解機(jī)構(gòu)的一側(cè)安裝有與增壓水泵出水管連通的加熱箱，所述電解機(jī)構(gòu)的一側(cè)安裝有用于對(duì)氣體進(jìn)行處理的冷卻分離機(jī)構(gòu)，所述冷卻分離機(jī)構(gòu)的表面安裝有兩個(gè)集氣瓶。

4、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述凈水機(jī)構(gòu)包括蓄水箱，所述蓄水箱的表面安裝有多個(gè)超聲波發(fā)生器，所述蓄水箱的內(nèi)壁安裝有第一安裝座，所述第一安裝座的表面滑動(dòng)連接有過濾板，所述蓄水箱內(nèi)壁的表面且位于第一安裝座的外側(cè)安裝有阻擋板，所述蓄水箱的內(nèi)壁且位于第一安裝座的內(nèi)側(cè)安裝有過濾頭，且過濾頭與增壓水泵的進(jìn)水端連通。

5、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電解機(jī)構(gòu)包括安裝于增壓水泵一側(cè)的電解槽，所述加熱箱與電解槽的一側(cè)連通，所述電解槽的表面安裝有加熱座，所述電解槽的內(nèi)側(cè)安裝有多個(gè)電極座，所述電極座的內(nèi)側(cè)安裝有多個(gè)釔穩(wěn)定氧化鋯。

6、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電解槽的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有上蓋板，所述電解槽的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有電動(dòng)伸縮桿，且電動(dòng)伸縮桿的活塞桿與上蓋板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述電極座的表面設(shè)置有多個(gè)用于對(duì)釔穩(wěn)定氧化鋯進(jìn)行限位的加固桿，所述加固桿兩端的表面均螺紋連接有螺紋套。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電極座內(nèi)側(cè)的表面安裝有第二安裝座，所述第二安裝座的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有往復(fù)絲桿，所述往復(fù)絲桿的表面螺紋連接有內(nèi)螺紋板，所述內(nèi)螺紋板的表面安裝有與釔穩(wěn)定氧化鋯相適應(yīng)的清潔刮板，一側(cè)所述第二安裝座的表面安裝有伺服電機(jī)，且伺服電機(jī)的輸出軸與往復(fù)絲桿的一端固定連接。

8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二安裝座的表面且位于往復(fù)絲桿的兩側(cè)均安裝有滑動(dòng)軌，所述內(nèi)螺紋板的表面安裝有兩個(gè)滑動(dòng)座，且滑動(dòng)座滑動(dòng)連接于滑動(dòng)軌的表面。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述冷卻分離機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于電解槽一側(cè)的冷卻箱，所述冷卻箱的內(nèi)部安裝有冷凝管，所述冷凝管的一端延伸至冷卻箱的外側(cè)并與電解槽連通，所述冷卻箱的內(nèi)部安裝有多根冷卻管，所述冷卻箱的頂部安裝有降溫風(fēng)扇。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述冷卻箱的底部安裝有單向氣閥，且單向氣閥的另一端與冷凝管連通，所述單向氣閥的底部安裝有三通閥，所述三通閥的內(nèi)部安裝有聚苯并咪唑膜，所述三通閥的一端安裝有壓縮機(jī)，且一個(gè)集氣瓶與壓縮機(jī)的一端連通，另一個(gè)所述集氣瓶與三通閥底部的一端連通。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述冷卻箱的表面安裝有排氣管，且排氣管與冷凝管連通，所述冷卻箱的表面且位于排氣管下方的排液管，且排液管與冷凝管連通，所述冷卻箱的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有活動(dòng)門，所述活動(dòng)門的表面安裝有移動(dòng)把手。

12、第一方面，本發(fā)明還提供了一種固態(tài)氧化物電解制氫方法，應(yīng)用于上述的固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，該固態(tài)氧化物電解制氫方法包括以下步驟：

13、a.原料準(zhǔn)備：首先將水加入蓄水箱的內(nèi)部，隨后對(duì)水中添加凈水的藥劑，此時(shí)超聲波發(fā)生器啟動(dòng)帶動(dòng)蓄水箱內(nèi)部的水進(jìn)行振動(dòng)；

14、b.對(duì)水輸送和蒸餾：增壓水泵啟動(dòng)并通過過濾頭將蓄水箱內(nèi)部的水吸入，此時(shí)在第一安裝座表面過濾板的作用下對(duì)水資源進(jìn)行過濾，隨后通過增壓水泵將水資源輸送給加熱箱，再通過加熱箱對(duì)水資源進(jìn)行加熱；

15、c.通電進(jìn)行電解反應(yīng)：通過電極座對(duì)釔穩(wěn)定氧化鋯進(jìn)行通電，當(dāng)直流電施加到電解池兩端時(shí)，在陽(yáng)極上會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氧氣，同時(shí)釋放出電子，電子通過外電路流向陰極，此時(shí)電子通過從水中獲得的質(zhì)子結(jié)合生成氫氣，同時(shí)通過電解槽對(duì)其內(nèi)部的環(huán)境進(jìn)行加熱，并加熱至700℃-1000℃；

16、d.氣體分離與收集：通過冷凝管將電解后的氣體進(jìn)行輸送，此時(shí)降溫風(fēng)扇對(duì)冷卻箱的內(nèi)部進(jìn)行降溫，同時(shí)冷卻管也會(huì)對(duì)冷卻箱的內(nèi)部進(jìn)行降溫，從而對(duì)氣體進(jìn)行降溫，隨后氣體通過單向氣閥進(jìn)入三通閥的內(nèi)部，此時(shí)通過聚苯并咪唑膜將電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣進(jìn)行分離，此時(shí)穿過聚苯并咪唑膜的氫氣進(jìn)入壓縮機(jī)并通過壓縮機(jī)對(duì)氫氣進(jìn)行壓縮，隨后將壓縮完成的氫氣輸送至一個(gè)集氣瓶的內(nèi)部，此時(shí)通過三通閥底部將氧氣輸送至另一個(gè)集氣瓶的內(nèi)部；

17、e.定時(shí)維護(hù)和清理：通過伺服電機(jī)啟動(dòng)其輸出軸帶動(dòng)往復(fù)絲桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，往復(fù)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)螺紋板進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)螺紋板移動(dòng)帶動(dòng)清潔刮板進(jìn)行移動(dòng)，從而對(duì)釔穩(wěn)定氧化鋯的表面進(jìn)行清理。

18、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備及方法具有以下有益效果：

19、1、本發(fā)明通過凈水機(jī)構(gòu)可以對(duì)水資源進(jìn)行凈化和過濾，隨后通過增壓水泵將凈水機(jī)構(gòu)內(nèi)部的水資源吸出，此時(shí)通過加熱箱對(duì)水資源進(jìn)行加熱，并形成水汽，隨后通過電解機(jī)構(gòu)對(duì)水資源進(jìn)行電解，并使加熱時(shí)的溫度增加，電解完成后的氣體會(huì)進(jìn)入冷卻分離機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，此時(shí)通過冷卻分離機(jī)構(gòu)對(duì)氣體進(jìn)行降溫，并在降溫之后對(duì)氧氣和氫氣進(jìn)行分離，隨后通過集氣瓶對(duì)氫氣和氧氣進(jìn)行存儲(chǔ)。

20、2、本發(fā)明通過電解機(jī)構(gòu)內(nèi)部高溫的操作，可以提高固態(tài)氧化物的電解效果和效率，并且提高了電解的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)通過加熱箱可以提高了資源的利用率，降低了制造成本，高效制氫技術(shù)有助于減少化石燃料的使用，推動(dòng)清潔能源的發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，包括：用于對(duì)水資源進(jìn)行過濾和沉淀凈水機(jī)構(gòu)(1)，所述凈水機(jī)構(gòu)(1)的一側(cè)安裝有增壓水泵(2)，所述增壓水泵(2)的一側(cè)安裝有用于對(duì)水進(jìn)行電解的電解機(jī)構(gòu)(3)，所述電解機(jī)構(gòu)(3)的一側(cè)安裝有與增壓水泵(2)出水管連通的加熱箱(4)，所述電解機(jī)構(gòu)(3)的一側(cè)安裝有用于對(duì)氣體進(jìn)行處理的冷卻分離機(jī)構(gòu)(5)，所述冷卻分離機(jī)構(gòu)(5)的表面安裝有兩個(gè)集氣瓶(6)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述凈水機(jī)構(gòu)(1)包括蓄水箱(101)，所述蓄水箱(101)的表面安裝有多個(gè)超聲波發(fā)生器(102)，所述蓄水箱(101)的內(nèi)壁安裝有第一安裝座(103)，所述第一安裝座(103)的表面滑動(dòng)連接有過濾板(104)，所述蓄水箱(101)內(nèi)壁的表面且位于第一安裝座(103)的外側(cè)安裝有阻擋板(105)，所述蓄水箱(101)的內(nèi)壁且位于第一安裝座(103)的內(nèi)側(cè)安裝有過濾頭，且過濾頭與增壓水泵(2)的進(jìn)水端連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述電解機(jī)構(gòu)(3)包括安裝于增壓水泵(2)一側(cè)的電解槽(301)，所述加熱箱(4)與電解槽(301)的一側(cè)連通，所述電解槽(301)的表面安裝有加熱座(302)，所述電解槽(301)的內(nèi)側(cè)安裝有多個(gè)電極座(305)，所述電極座(305)的內(nèi)側(cè)安裝有多個(gè)釔穩(wěn)定氧化鋯(306)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述電解槽(301)的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有上蓋板(303)，所述電解槽(301)的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有電動(dòng)伸縮桿(304)，且電動(dòng)伸縮桿(304)的活塞桿與上蓋板(303)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述電極座(305)的表面設(shè)置有多個(gè)用于對(duì)釔穩(wěn)定氧化鋯(306)進(jìn)行限位的加固桿(307)，所述加固桿(307)兩端的表面均螺紋連接有螺紋套。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述電極座(305)內(nèi)側(cè)的表面安裝有第二安裝座(308)，所述第二安裝座(308)的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有往復(fù)絲桿(309)，所述往復(fù)絲桿(309)的表面螺紋連接有內(nèi)螺紋板(310)，所述內(nèi)螺紋板(310)的表面安裝有與釔穩(wěn)定氧化鋯(306)相適應(yīng)的清潔刮板(311)，一側(cè)所述第二安裝座(308)的表面安裝有伺服電機(jī)(312)，且伺服電機(jī)(312)的輸出軸與往復(fù)絲桿(309)的一端固定連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述第二安裝座(308)的表面且位于往復(fù)絲桿(309)的兩側(cè)均安裝有滑動(dòng)軌(313)，所述內(nèi)螺紋板(310)的表面安裝有兩個(gè)滑動(dòng)座(314)，且滑動(dòng)座(314)滑動(dòng)連接于滑動(dòng)軌(313)的表面。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述冷卻分離機(jī)構(gòu)(5)包括設(shè)置于電解槽(301)一側(cè)的冷卻箱(501)，所述冷卻箱(501)的內(nèi)部安裝有冷凝管(502)，所述冷凝管(502)的一端延伸至冷卻箱(501)的外側(cè)并與電解槽(301)連通，所述冷卻箱(501)的內(nèi)部安裝有多根冷卻管(503)，所述冷卻箱(501)的頂部安裝有降溫風(fēng)扇(504)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述冷卻箱(501)的底部安裝有單向氣閥(505)，且單向氣閥(505)的另一端與冷凝管(502)連通，所述單向氣閥(505)的底部安裝有三通閥(508)，所述三通閥(508)的內(nèi)部安裝有聚苯并咪唑膜(509)，所述三通閥(508)的一端安裝有壓縮機(jī)(510)，且一個(gè)集氣瓶(6)與壓縮機(jī)(510)的一端連通，另一個(gè)所述集氣瓶(6)與三通閥(508)底部的一端連通。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，所述冷卻箱(501)的表面安裝有排氣管(506)，且排氣管(506)與冷凝管(502)連通，所述冷卻箱(501)的表面且位于排氣管(506)下方的排液管(507)，且排液管(507)與冷凝管(502)連通，所述冷卻箱(501)的表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有活動(dòng)門(511)，所述活動(dòng)門(511)的表面安裝有移動(dòng)把手(512)。

10.一種固態(tài)氧化物電解制氫方法，應(yīng)用于權(quán)利要求9所述的一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備，其特征在于，該固態(tài)氧化物電解制氫方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種固態(tài)氧化物電解制氫設(shè)備及方法，屬于電解制氫技術(shù)領(lǐng)域，該設(shè)備包括：用于對(duì)水資源進(jìn)行過濾和沉淀凈水機(jī)構(gòu)，所述凈水機(jī)構(gòu)的一側(cè)安裝有增壓水泵，所述增壓水泵的一側(cè)安裝有用于對(duì)水進(jìn)行電解的電解機(jī)構(gòu)，所述電解機(jī)構(gòu)的一側(cè)安裝有與增壓水泵出水管連通的加熱箱，所述電解機(jī)構(gòu)的一側(cè)安裝有用于對(duì)氣體進(jìn)行處理的冷卻分離機(jī)構(gòu)，所述冷卻分離機(jī)構(gòu)的表面安裝有兩個(gè)集氣瓶。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)通過固體氧化物電解的基礎(chǔ)上，還可以提高固態(tài)氧化物在電解過程中的穩(wěn)定，且可以在電解之后對(duì)氧氣和氫氣進(jìn)行分離。

技術(shù)研發(fā)人員：陳亮,姜國(guó)寶,施紅旗,沈旭東,魏征
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一九研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23