[发明专利]一种用于电解水制气的电解单元、电解水制气装置及其应用与电解水制气工艺

说明书

本发明公开了一种用于电解水制气的电解单元、电解水制气装置及其应用与电解水制气工艺，属于电解技术领域。电解单元包括依次设置的第一阴极、共用阳极和第二阴极。共用阳极与两个阴极间均设有隔膜以将各电极隔离成不同的电解小室。各电极的电极板均分别设有三个进孔和三个出孔，各电极板的各进出孔分别一一对应连通。第一阴极的第一进孔和第一出孔与电解小室连通，第二阴极的第三进孔和第三出孔与电解小室连通，共用阳极的第二进孔和第二出孔与电解小室连通。上述电解单元及含该电解单元的装置均可使电解水制气时电解小室间压力始终处于平衡状态，将其用于制气，可不采用压力平衡泵即可维持压力平衡，大大降低了电解水制气系统的复杂度和成本。

技术领域

本发明涉及电解技术领域，具体而言，涉及一种用于电解水制气的电解单元、电解水制气装置及其应用与电解水制气工艺。

背景技术

电解水制气主要指电解水制氢，是一种仅消耗电能和水的制氢制氧工艺。当前有多种水电解工艺，如质子交换膜电解水、碱式电解水、高温电解水、光催化电解水等。采用以上工艺水电解时，由于电子数量守恒，一个水分子必然被电解为2个氢离子和1个氧离子。按摩尔量算，每产生1 摩尔氢气必然产生0.5摩尔氧气，因此随着电解的进行阴极电解小室压力始终会大于阳极电解小室压力，在阴极阳极间存在压差。压差的存在必然导致阴极气体向阳极电解小室扩散，从而降低电解产气纯度，甚至导致电解系统损坏，使氢气和氧气混合而产生危险带来爆炸危险。

为解决这一问题，工业上普遍采用外置压力泵，根据阴阳两极压差水平在阳极进行压力调整，从而使两极间压差维持在较低水平。

但外置压力泵的使用必然提高电解系统技术难度，同时也会带来明显的成本上升，不利于电解技术推广和使用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一包括提供一种用于电解水制气的电解单元，可不采用压力平衡泵维持压力平衡，大大降低了电解水制气系统的复杂度和成本。

本发明的目的之二包括提供一种含有上述电解单元的电解水制气装置，其具有上述电解单元所具备的所有技术效果。

本发明的目的之三包括提供一种上述电解单元或电解水制气装置的应用，即可用于电解水制氢。

本发明的目的之四包括提供一种电解水制气工艺，该制气工艺采用了上述电解单元或电解水制气装置。

本申请是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种用于电解水制气的电解单元，电解单元包括第一阴极、共用阳极和第二阴极，第一阴极和第二阴极相对设置，共用阳极设置于第一阴极和所第二阴极之间且共用阳极的侧面分别与第一阴极和第二阴极相对；

第一阴极、共用阳极以及第二阴极分别均具有电极板和电极片，每个电极板均设有用于容纳电极片的腔室，共用阳极与两个阴极之间均设有隔膜以将阴极和阳极隔离形成多个用于电解电解液的电解小室；

各电极的电极板均分别设有第一进孔、第二进孔、第三进孔、第一出孔、第二出孔和第三出孔，且各电极板的各进孔分别一一对应连通，各出孔也分别一一对应连通，第一进孔、第二进孔和第三进孔均用于将待电解的电解液流进电解小室，第一出孔、第二出孔和第三出孔均用于将电解后生成的气体和/或电解后多余的液体流出电解小室；

其中，第一阴极的电极板上的第一进孔和第一出孔均与第一阴极对应的电解小室连通，共用阳极的电极板上的第二进孔和第二出孔均与共用阳极对应的电解小室连通，第二阴极的电极板上的第三进孔和第三出孔均与第二阴极对应的电解小室连通。

在可选的实施方式中，第一阴极的电极板、第二阴极的电极板以及共用阳极的电极板均为对称结构，每个电极板均具有相互对称的第一部和第二部，第一进孔、第二进孔和第三进孔沿逆时针方向开设于第一部，第一出孔、第二出孔和第三出孔沿逆时针方向开设于第二部。