【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電解水制氫，具體涉及電解液循環氣泡處理裝置、氣液分離設備及應用。
技術介紹
1、水電解制氫的典型技術包括堿水電解制氫、質子交換膜電解制氫、陰離子交換膜電解制氫、高溫固體氧化物制氫等，其中堿水制氫是目前最成熟、使用最普遍的綠色制氫方法。在電解過程中，陰陽極產生的氣體受到膜的阻礙作用無法混合，從而隨電解液流動從不同的出口流出，進入不同的氣液分離裝置。一般在氣液分離器中都以微細氣泡的形式存在，微細氣泡的直徑大約50-200微米，由于電解液黏度比較大，導致微氣泡上升速度緩慢，分離效果差，效率低，因此傳統氣液分離設備體積大，造價高。
2、同時當微細氣泡分離不干凈時，回流到電解槽會導致電解質中含氣量過高，電阻增大，電解效率降低，并且氫氣分離器和氧氣分離器分離的電解液在電解槽中混合，氫氣、氧氣混合，會對電解槽造成安全隱患尤其是針對電解水制氫領域，電解水制氫運行穩定，氣體含濕量大，尤其大功率制氫系統，產氫量大。當前電解水氣體分離除濕主要采用臥式分離器與換熱器結合的方式，整體系統尺寸大，動態性能低，啟停、變載慢，難以風、光等新能源耦合。
3、然而，電解液中微氣泡處理往往面臨幾個技術挑戰：
4、由于電解水產生氣體是以微細氣泡的形式從電極上脫離存在，微細氣泡的直徑大約50-130微米，當氣泡隨電解液進入分離器后，由于氣泡直徑過小。導致微氣泡上升速度緩慢，分離效果差，效率低，因此傳統氣液分離設備體積大，造價高。
5、由于電解液中氣泡直徑非常小，電解液黏度大，氣泡容易隨電解液流動，傳統的擋板、
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于：如何解決電解液中氣泡隨電解槽流動分離和處理不徹底的問題。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種電解液循環氣泡處理裝置，包括分離除濕罐體，在所述分離除濕罐體的底部設置氣體出口，底部設置液體出口，罐體壁上設置進口，還包括有安裝在分離除濕罐體內部下方的氣泡處理裝置，所述氣泡處理裝置包括有用于阻擋氣泡的濾芯，使氣泡在濾芯外流動并合并成大氣泡上浮，所述濾芯前后兩側存在壓差并驅使電解液穿過。
4、本申請在分離除濕罐體中安裝氣泡處理裝置，將微小氣泡阻隔于濾芯外部，進行合理的氣泡過濾器過濾粒徑及結構設計，利用濾芯前后兩側存在壓差并驅使電解液穿過，一方面濾芯可進行氣泡的有效阻隔，另一方面濾芯外部電解槽流動產生的擾流，使阻隔在濾芯外部的氣泡在濾芯外部隨機流動，相互撞擊合并，形成大氣泡，并上浮至氣腔，完成電解液中氣泡分離及處理。
5、作為本專利技術進一步的方案：所述濾芯的孔隙直徑選取范圍為0.1μm-1000μm，濾芯流阻設計低于200kpa。
6、作為本專利技術進一步的方案：所述濾芯的孔隙直徑小于電解液氣泡的直徑。
7、作為本專利技術進一步的方案：所述氣泡壓差不平衡力fg＝pa＝pπd^2/4(1)；
8、所述氣泡外表液體張力fl＝scosθl＝scosθπd(2)；
9、由矢量方程可表示為：
10、pπd^2/4＝scosθπd
11、則濾芯孔隙直徑d＝4scosθ/p(3)；
12、其中p—濾芯兩側壓差；a—濾芯孔面積；d—濾芯孔隙直徑；θ—液體相對于孔壁前的接觸角；s—與氣體接觸的液體表面張力；fg—濾芯兩側的氣泡壓差不平衡力；fl—氣泡外表液體張力。
13、作為本專利技術進一步的方案：所述濾芯頂部連通有至少一根排氣管，所述排氣管的頂部位于電解液的液位之上。
14、本專利技術還公開了氣液分離設備，包括上述的電解液循環氣泡處理裝置，還包括有設在分離除濕罐體內用于氣體降溫除濕的氣液鼓泡除濕組件，所述氣液鼓泡除濕組件至少設置有兩級且相互獨立，兩級所述氣液鼓泡除濕組件均位于氣泡處理裝置上方；
15、從所述進口進入氣液混合物，氣體上升進入氣液鼓泡除濕組件，液體下降進入氣泡處理裝置。
16、作為本專利技術進一步的方案：兩級所述氣液鼓泡除濕組件均包括冷卻換熱組件以及從底部進氣的進氣管路，所述氣液鼓泡除濕組件內部填充有除濕液體，通過冷卻換熱組件對除濕液體內部的氣體進行降溫除濕。
17、作為本專利技術進一步的方案：在所述氣液鼓泡除濕組件內設置有溢流管，所述溢流管的頂部水平面低于進氣管路的頂部水平面；
18、位于最上方所述的氣液鼓泡除濕組件內的溢流管底部伸入到下一個氣液鼓泡除濕組件內；位于最下方所述的氣液鼓泡除濕組件內的溢流管底部伸入到氣泡處理裝置內。
19、作為本專利技術進一步的方案：所述冷卻換熱組件包括有冷卻換熱盤管，所述冷卻換熱盤管呈螺旋式設置，且冷卻換熱盤管一端連接到位于分離除濕罐體上的冷卻液進口，冷卻換熱盤管另一端連接到位于分離除濕罐體上的冷卻液出口。
20、本專利技術還公開了一種電解液循環氣泡處理裝置在電解水制氫過程中的應用。
21、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
22、1.本申請通過濾芯過濾方式進行電解液中氣泡的過濾，利用氣泡表面液體張力，在合適的工況范圍內，可以保存氣泡的完整，進行氣泡的阻隔，避免被電解液攜帶穿過濾芯，同時利用濾芯外部電解液流動形成擾流作用，讓阻隔的氣泡隨機撞擊合并成大氣泡，并上浮分離；
23、2.本申請具備更高的分離效率，由于電解液中氣泡直徑非常小，電解液黏度大，氣泡容易隨電解液流動，此專利技術通過合適的濾芯設計匹配，通過對電解液循環路徑約束，可以對所有循環電解液進行強制氣泡分離處理，氣泡處理分離效果更佳；
24、3.本申請對于電解水制氫尤其是電解質制氫電堆的研發和性能驗證具有重大意義，該裝置需克服傳統分離器尺寸大、動態響應慢等問題，同時解決當電解液中氣泡隨電解槽流動分離和處理不徹底問題；
25、4.本申請解決了現有技術中分離單元容積大，動態性能低，適應工況范圍窄等不足，通過過濾式氣泡分離裝置實現了全面的技術提升，為電解水制氫系統開發與測試帶來了顯著的效益；
26、5.本申請將氣液鼓泡除濕組件以及氣泡處理裝置集成在分離除濕罐體內，同時實現氣體中液體的分離以及液體中氣體的分離，使分離處的液體落入氣泡處理裝置內，使分離的氣體進入氣液鼓泡除濕組件中，一體化設計，集氣液分離、除濕分離與氣泡分離于一體，減少設備體積，提高集成度；
27、6.本申請通過采用多級氣液鼓泡除濕組件，能夠將待處理氣體與除濕液體混合，并利用冷卻換熱組件降低氣體溫度至與除濕液體溫度接近一致，通過各級除濕換熱的溫差設計，具備更好的除濕效率，其中第一級利用大溫差完成較大負荷除濕，第二級利用大換熱面積，實現更低的除濕溫度，從而達到更好的氣體除濕效率和除濕效果；該裝置通過多級鼓泡除濕原理，能夠在高溫段和低溫段分別進行高效除濕，適本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電解液循環氣泡處理裝置，包括分離除濕罐體(4)，在所述分離除濕罐體(4)的底部設置氣體出口(2)，底部設置液體出口(3)，罐體壁上設置進口(1)，其特征在于，還包括有安裝在分離除濕罐體(4)內部下方的氣泡處理裝置(900)，所述氣泡處理裝置(900)包括有用于阻擋氣泡的濾芯(902)，使氣泡在濾芯(902)外流動并合并成大氣泡上浮，所述濾芯(902)前后兩側存在壓差并驅使電解液穿過。
2.根據權利要求1所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：所述濾芯(902)的孔隙直徑選取范圍為0.1μm-1000μm，濾芯流阻設計低于200Kpa。
3.根據權利要求1所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：所述濾芯(902)的孔隙直徑小于電解液氣泡的直徑。
4.根據權利要求2所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：所述濾芯(902)頂部連通有至少一根排氣管(901)，所述排氣管(901)的頂部位于電解液的液位之上。
6.一種氣液分離設備，其特征
7.根據權利要求6所述的一種氣液分離設備，其特征在于：兩級所述氣液鼓泡除濕組件(200)均包括冷卻換熱組件以及從底部進氣的進氣管路，所述氣液鼓泡除濕組件(200)內部填充有除濕液體，通過冷卻換熱組件對除濕液體內部的氣體進行降溫除濕。
8.根據權利要求7所述的一種氣液分離設備，其特征在于：在所述氣液鼓泡除濕組件(200)內設置有溢流管(208)，所述溢流管(208)的頂部水平面低于進氣管路的頂部水平面；
9.根據權利要求7所述的一種氣液分離設備，其特征在于：所述冷卻換熱組件包括有冷卻換熱盤管(205)，所述冷卻換熱盤管(205)呈螺旋式設置，且冷卻換熱盤管(205)一端連接到位于分離除濕罐體(4)上的冷卻液進口(206)，冷卻換熱盤管(205)另一端連接到位于分離除濕罐體(4)上的冷卻液出口(207)。
10.一種如權利要求1-5任意一項所述的電解液循環氣泡處理裝置在電解水制氫過程中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種電解液循環氣泡處理裝置，包括分離除濕罐體(4)，在所述分離除濕罐體(4)的底部設置氣體出口(2)，底部設置液體出口(3)，罐體壁上設置進口(1)，其特征在于，還包括有安裝在分離除濕罐體(4)內部下方的氣泡處理裝置(900)，所述氣泡處理裝置(900)包括有用于阻擋氣泡的濾芯(902)，使氣泡在濾芯(902)外流動并合并成大氣泡上浮，所述濾芯(902)前后兩側存在壓差并驅使電解液穿過。
2.根據權利要求1所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：所述濾芯(902)的孔隙直徑選取范圍為0.1μm-1000μm，濾芯流阻設計低于200kpa。
3.根據權利要求1所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：所述濾芯(902)的孔隙直徑小于電解液氣泡的直徑。
4.根據權利要求2所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的一種電解液循環氣泡處理裝置，其特征在于：所述濾芯(902)頂部連通有至少一根排氣管(901)，所述排氣管(901)的頂部位于電解液的液位之上。
6.一種氣液分離設備，其特征在于，包括如權利要求1-5任意一項所述的電解液循環氣泡處理裝置...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊頌，闞宏偉，張新建，江義時，董春林，許濤，
申請(專利權)人：科威爾技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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