【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及工業制氫，尤其涉及一種提升堿性電解水制氫結構及制氫方法。
技術介紹
1、工業制氫是以非氫化物能源，通過物理、化學或生物反應，在工業上制取出氫氣以供使用的一種技術。包括優化石燃料制氫、工業副產物制氫、電解水制氫以及甲醇等其他制氫方法。電解水制氫具有無污染排放、高能源轉化率、靈活性好且適用性廣，在工業制氫領域中被廣泛應用。
2、目前電解水工廠的制氫效率提效有潛力但是難度大，如1mol氫原子體積11.2l，含電荷量96500c/mol；1nm3氫氣含電荷量＝96500/11.2*1000＝8616071c＝2393a·h。理論消耗最低電能：
3、w＝qu＝2393*1.23＝2943.4w·h＝2.94kwh；
4、熱中性消耗電能：
5、w＝qu＝2393*1.48＝2943.4w·h＝3.54kwh。
6、目前隆基(隆基綠能科技股份有限公司)產品資料電解水制氫1立方氫氣消耗4.0kwh，4.0kwh對比理論3.54kwh仍然有提高的余地，這一過程需要解決的主要問題有：
7、1)電極上產生的氫氣和氧氣的氣泡阻礙的電極與水的接觸
8、如說明書附圖1所示，電極極板上有催化劑的涂層，電極通過催化劑降低活化，能實現電解制氫和制取氧氣。具體反應過程中極板表面堿液在催化劑、電流作用下產生小氣泡，逐步擴展為大氣泡，直至氣泡的浮力增加脫離極板并克服水的壓力上升，實現氣液分離。這一過程中電極接觸堿液是產氫，但是氣泡接觸電極并多個氣泡互相接觸時，會影響電極接
9、目前一方面可以通過氣泡逐漸增大脫離，另外一方面通過震蕩或者超聲波形式加速氣泡脫離，而這些方法均需要增加能耗，而且超聲波在電解槽外部施加效果也不高。
10、2)平面型電極基板表面積難以進一步提高與水接觸面積有限
11、如圖1所示，平面型電極基板是常見的電解裝置，由于平面特性限制了與堿液的接觸面積，同時平板電極與同樣平板的隔膜間堿液的流動速率需要精準調節，當為層流時，堿液與基板難以充分接觸，只有靠近基板的堿液參與反應，反應時在基板也產生氣體進一步限制了參與反應的極板面積與接觸堿液的面積。當為紊流時，流體能與極板接觸，同時紊流能促進產生的氣體盡快排出，便于在極板與堿液生成新的氣體。但是平板的極板與平板的隔板間調節流態需要調節流速，不能直接生產形成紊流。
12、3)電解水制氫反應速率受加熱啟動影響大
13、堿性電解水制氫要求反應溫度的90-95℃左右，電解水啟動過程中需要將常溫的堿水通過電加熱方式加熱到反應溫度后才能開始反應，導致產氫慢、效率低，過程中如果是新能源發電波動會導致加熱不穩定，同時伴隨供電不穩定，進而影響產氫效率和速率。
14、4)堿水整體提高溫度技術空間不足
15、阿倫尼烏斯方程揭示了反應速率常數與溫度之間的定量關系。當溫度升高時，反應速率常數增大；而當溫度降低時，反應速率常數減小。表明溫度對活化能大的反應的速率常數影響大，而對活化能小的反應的速率常數影響小。在低溫范圍內，溫度對反應速率系數的影響大；而在高溫范圍內，溫度對反應速率系數影響小。
技術實現思路
1、針對上述存在的問題，本專利技術旨在提供一種提升堿性電解水制氫結構及制氫方法，通過該制氫結構可提高電極板與堿液的接觸面積；促進堿液流動、促進產生的氣泡快速脫離的功能，提高產氫和產氧氣量。
2、為了實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案如下：一種提升堿性電解水制氫結構，包括電解槽及電極板，其特征在于，所述電極板上設置有表面增大結構，在該電極板上還設置有自加熱結構，所述加熱機構加快所述電極板表面產生氣泡排出。
3、優選的，所述表面增大機構為將所述電極板設置為截面呈橢圓結構。
4、優選的，所述加熱機構為在所述電極板內部且沿其通長方向均布設置的電加熱構件。
5、優選的，所述電加熱構件對電極板的加熱溫度從下至上逐步增大。
6、優選的，在位于所述電極板底部的所述電解槽內底面還設置有驅使電解液呈紊流狀態的驅動機構。
7、一種提升堿性電解水制氫方法，包括以下步驟：
8、s1、對電解槽內的電解液加熱的同時，通過電極板內的電加熱構件同步對電極板進行預熱及加熱；
9、s2、待電解液和電極板加熱至電解溫度后，同步通過電加熱構件加熱電極板，使得電極板的溫度從下至上呈逐步增大狀態；
10、s3、在電解開始后，通過驅動機構驅使電解槽內的電解液從底部向上形成紊流狀態。
11、優選的，在步驟s2中，當電解液和電極板上端同步加熱至50℃后，通過電加熱構件加熱電極板上部表面溫度達到150℃，下部溫度達到100℃。
12、本專利技術的有益效果是：采用橢圓(雙弧面)結構電極板，提高電極及電極表面催化劑與堿水的接觸面積，在實現了提高面積、有助于充分與液體接觸，有助于氣泡脫離。
13、在電極內置細電加熱絲，電加熱絲加熱溫度高于堿水溫度，提高電極表面催化劑催化效果，加快電極表面電解水效率，且電加熱絲在豎直方向密度由上到下遞減，其效果是通電加熱后呈現電極表面溫度由上至下溫度遞減，實現了在電極表面催化劑層形成相對高溫促進電解效率的效果，便于堿液與電極表面產生的氣泡快速排出。
14、采用(低轉速)螺旋槳葉結構促進堿液形成紊流流態，實現了提高換熱、促進堿液流動、促進產生的氣泡快速脫離，增加了電極與液體接觸時間。
15、反應熱方面，優化了電解槽內部溫度電加熱的方法，同時采用電極內部加熱使得電極表面保證達到反應熱，即不依賴于整體電解液溫度達到設計工況，僅需要電極表面達到設計溫度就可以產生氫氣和氧氣，有助于系統啟動時和臨近停機時多產生氫氣和氧氣。同時在當電解槽對電解液升溫的過程中，通過對電極板優先加熱，即可在電解液加熱至電解溫度等待過程中，即可通過電極板的自加熱優先進行電解作業，以延長電解制氫時長及制氫量，同時降低制氫能耗。
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1.一種提升堿性電解水制氫結構，包括電解槽及電極板，其特征在于，所述電極板上設置有表面增大結構，在該電極板上還設置有自加熱結構，所述加熱機構加快所述電極板表面產生氣泡排出。
2.根據權利要求1所述的制氫結構，其特征在于：所述表面增大機構為將所述電極板設置為截面呈橢圓結構。
3.根據權利要求2所述的制氫結構，其特征在于：所述加熱機構為在所述電極板內部且沿其通長方向均布設置的電加熱構件。
4.根據權利要求3所述的制氫結構，其特征在于：所述電加熱構件對電極板的加熱溫度從下至上逐步增大。
5.根據權利要求4所述的制氫結構，其特征在于：在位于所述電極板底部的所述電解槽內底面還設置有驅使電解液呈紊流狀態的驅動機構。
6.一種提升堿性電解水制氫方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的制氫方法，其特征在于：在步驟S2中，當電解液和電極板上端同步加熱至50℃后，通過電加熱構件加熱電極板上部表面溫度達到150℃，下部溫度達到100℃。
【技術特征摘要】
1.一種提升堿性電解水制氫結構，包括電解槽及電極板，其特征在于，所述電極板上設置有表面增大結構，在該電極板上還設置有自加熱結構，所述加熱機構加快所述電極板表面產生氣泡排出。
2.根據權利要求1所述的制氫結構，其特征在于：所述表面增大機構為將所述電極板設置為截面呈橢圓結構。
3.根據權利要求2所述的制氫結構，其特征在于：所述加熱機構為在所述電極板內部且沿其通長方向均布設置的電加熱構件。
4.根據權利要求3所述的制氫結構，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮璐，蔡威威，郭峰祥，胡春林，劉鵬飛，李小峰，楊濤，張正東，路松林，
申請(專利權)人：陜西建工安裝集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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