CN218232597U - 一种碱性水电解制氢气液分离系统及制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于制氢设备技术领域，公开了一种碱性水电解制氢气液分离系统及制氢系统。该碱性水电解制氢气液分离系统，包括管道预分离器、第一旋流式气液分离器、主分离器和第二旋流式气液分离器，通过管道预分离器对待分离的气液混合物进行初步的气液分离，然后通过第一旋流式气液分离器通过离心力作用对预分离后的气液混合物再次进行气液分离，两次分离出的气体均进入到主分离器的气相空间中，通过重力的沉降，脱出大部分大粒径液滴，然后从主分离器中将气体输出，提高了气液分离的效率。

Description

一种碱性水电解制氢气液分离系统及制氢系统

技术领域

本实用新型涉及制氢设备技术领域，尤其涉及一种碱性水电解制氢气液分离系统及制氢系统。

背景技术

氢气作为一种热值高、清洁无污染的能源，在新能源行业占有一席之地。生产氢气的方法很多，其中电解水制氢是制取高纯氢气最主要的技术。水电解制氢技术中，在充满氢氧化钾的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，电解液、氢气和氧气需经气液分离器利用气液比重不同的原理将气体和液体分开，从而获得氢气。

目前制氢行业气液分离均采用传统重力沉降原理进行气液分离，虽然重力式气液分离器结构简单、应用范围广泛，但设备庞大、分离效率低。

因此，亟需一种碱性水电解制氢气液分离系统来解决现有技术中的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碱性水电解制氢气液分离系统，减小了设备的体积，提高了气液分离的效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种碱性水电解制氢气液分离系统，包括：

主分离器，所述主分离器上设置有第一进气管和第一进液管；

管道预分离器，包括第一出气口和第一出液口，所述第一出气口与所述第一进气管连通，所述第一出液口与所述第一进液管连通；

第一旋流式气液分离器，设置于所述主分离器内，所述第一旋流式气液分离器与所述第一进液管连通，所述第一旋流式气液分离器被配置为将预分离后的气液混合物进行气液分离，分离出的气体进入到所述主分离器的气相空间内，分离出的液体进入到所述主分离器的液相空间内。

可选地，所述碱性水电解制氢气液分离系统还包括第二旋流式气液分离器，所述第二旋流式气液分离器与所述气相空间连通，所述第二旋流式气液分离器被配置为对所述气相空间内的气体进行气液分离，将分离出的气体输出，分离出的液体回流到所述液相空间内。

可选地，所述管道预分离器包括第一出液管、连通管和第一出气管，所述第一出液管的一端与第一进液管连通，所述第一出液管的侧壁上设置有出气孔，所述第一出气管一端设置有转向弯管，另一端与所述第一进气管连通，所述连通管一端与所述出气孔连通，另一端通过所述转向弯管与所述第一出气管连通。

可选地，所述第一旋流式气液分离器为第一旋流筒或旋流管。

可选地，所述第一旋流筒包括：

第一筒体；

第二进液管，一端与所述第一进液管连通，另一端与所述第一筒体连通；

第二出液管，设置于所述第一筒体的侧壁上，所述第二出液管一端与所述第一筒体连通，另一端与所述液相空间连通；

第二出气管，设置于所述第一筒体的轴线上，所述第二出气管一端与所述第一筒体连通，另一端与所述气相空间连通。

可选地，所述第二旋流式气液分离器为第二旋流筒，所述第二旋流筒包括：

第二筒体；

第二进气管，一端与所述气相空间连通，另一端与所述第二筒体连通；

第三出液管，一端与所述第二筒体连通，另一端与所述液相空间连通；

第三出气管，设置于所述第二筒体的轴线上，所述第三出气管被配置为将所述第二筒体分离出的气体输出。

可选地，所述第二旋流式气液分离器还包括丝网捕滴器，所述丝网捕滴器被配置为对所述第二筒体内气体中的液滴进行捕捉。

可选地，所述第二筒体的底部设置有导流斜面，所述导流斜面被配置为将所述第二筒体内的液体导流到所述第三出液管中。

可选地，所述管道预分离器通过法兰组件与所述主分离器连接。

可选地，所述主分离器还包括总出液管，所述总出液管设置于所述主分离器的底部。

一种制氢系统，包括碱性水电解制氢装置及上述的碱性水电解制氢气液分离系统。

有益效果：

本实用新型提供的碱性水电解制氢气液分离系统，通过管道预分离器对待分离的气液混合物进行初步的气液分离，然后通过第一旋流式气液分离器通过离心力作用对预分离后的气液混合物再次进行气液分离，两次分离出的气体均进入到主分离器的气相空间中，通过重力的沉降，脱出大部分大粒径液滴后在输出主分离器，通过设置管道预分离器对气液混合物进行预分离，能够使主分离器的体积设计的更小，从而使该碱性水电解制氢气液分离系统体积变小，并且气液的分离效率更高。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的碱性水电解制氢气液分离系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的碱性水电解制氢气液分离系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的碱性水电解制氢气液分离系统的结构示意图。

图中：

100、主分离器；110、第一进气管；120、第一进液管；130、总出液管；

200、管道预分离器；210、第一出气管；220、第一出液管；230、连通管；240、转向弯管；

300、第一旋流式气液分离器；310、第一旋流筒；311、第一筒体；312、第二进液管；313、第二出液管；314、第二出气管；320、旋流管；

400、第二旋流式气液分离器；410、第二旋流筒；411、第二筒体；4111、导向斜面；412、第三出液管；413、第三出气管；420、丝网捕滴器；

500、法兰组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施一

本实施例提供了一种卧式碱性水电解制氢气液分离系统，如图1所示，该卧式碱性水电解制氢气液分离系统包括管道预分离器200、主分离器100、第一旋流式气液分离器300和第二旋流式气液分离器400，管道预分离器200的一端设置有管道输入口，管道输入口用于与电解槽连通，管道预分离器200的另一端设置有第一出气口和第一出液口，主分离器100靠近管道预分离器200的一侧设置有第一进气管110和第一进液管120，第一出气口与第一进气管110连通，第一出液口与第一进液管120连通，第一旋流式气液分离器300，设置于主分离器100内，第一旋流式气液分离器300与第一进液管120连通，在电解槽出来的气液混合物以段塞流或分层流或两者组合的方式从管道预分离器200的管道输入口进入到水平管道中，沿着水平的管道流向主分离器100，在流动的过程中，游离的气体向上流动，通过第一进气管110进入到主分离器100的气相空间，其余的气液混合物通过第一进液管120进入到第一旋流式气液分离器300中，在第一旋流式气液分离器300离心力的作用下，在第一旋流式气液分离器300通过离心力将预分离后的气液混合物再次进行气液分离，管道预分离器200和第一旋流式气液分离器300分离出的气体均进入到主分离器100的气相空间内，分离出的液体进入到主分离器100的液相空间内，在经过重力沉降后，脱出大部分大粒径液滴，便可直接从主分离器100输出。通过设置管道预分离器200对气液混合物进行预分离，能够使主分离器100的体积设计的更小，从而使该碱性水电解制氢气液分离系统体积变小，并且气液的分离效率更高。

优选地，该碱性水电解制氢气液分离系统还包括第二旋流式气液分离器400，第二旋流式气液分离器400设置在主分离器的顶部，使主分离器100气相空间内的气体通过第二旋流式气液分离器400进行气液分离，分离出的液体回流到主分离器100中，分离出的气体从主分离器中100输出，通过第二旋流式气液分离器400离心力的作用，进一步地对气体中悬浮的液滴进行分离，进一步提高了该碱性水电解制氢气液分离系统气液的分离效率。

优选地，管道预分离器200包括第一出液管220、连通管230和第一出气管210，第一出液管220的一端与第一进液管120连通，另一端与电解槽连通，第一出液管220的侧壁上设置有出气孔，第一出气管210的最左端设置有转向弯管240，最右端与第一进气管110连通，连通管230一端与出气孔连通，另一端通过转向弯管240与第一出气管210连通。

进一步地，如图1所示，第一出液管220上间隔设置有多个出气孔，第一出气管210上间隔设置有多个进气孔，出气孔与进气孔一一对应，管道预分离器200包括多根连通管230，除了最左端的连通管通过转接弯管与第一出气管连通外，其余每根连通管230一端与一个出气孔连通，另一端与一个进气孔连通，通过设置多个连通管230，保证在气液混合物流动的过程中，初步实现气体在上，液体在下的气液分离，然后上面的气体通过连通管230、第一出气管210，经第一进气管110进入到主分离器100中的气相空间中，对气液混合物实现初步的气液分离。

具体地，本实施例中的第一旋流式气液分离器300为第一旋流筒310，第一旋流筒310通过离心力作用使经过气液混合物中的气体析出进入到主分离器100的气相空间内。

优选地，如图1所示，第一旋流筒310包括第一筒体311、第二进液管312、第二出液管313、第二出气管314，第二进液管312一端与第一进液管120连通，另一端与第一筒体311连通，第二出液管313设置在筒体的侧壁上，并且第二出液管313设置在第二进液管312的上端，第二出液管313一端与第一筒体311连通，另一端与液相空间连通，第二出气管314设置于第一筒体311的轴线上，第二出气管314一端与第一筒体311连通，另一端与气相空间连通，通过第一筒体311的旋转，在旋流离心力的作用下，气液混合物由于密度差异大，而使得液体被甩向第一筒体311的筒壁，气体聚集在第一筒体311的中心，然后通过中间的第二出气孔溢出进入到主分离器100的气相空间内，液体则通过第一筒体311侧壁上的第二出液管313进入到主分离器100的液相空间。

优选地，如图1所示，本实施例第二旋流式气液分离器400为第二旋流筒410，第二旋流筒410设置在主分离器100的上端，第二旋流筒410包括第二筒体411、第二进气管、第三出液管412和第三出气管413，第二进气管设置在第二筒体411的下端，第二进气管一端与气相空间连通，另一端与第二筒体411连通，第三出液管412设置在第二筒体411的侧壁上，第三出液管412一端与第二筒体411连通，另一端暴露在主分离器100的气相空间中，第三出气管413设置于第二筒体411的轴线上。主分离器100中气相空间内的气体经过重力的沉降，脱出大部分大粒径的液滴，然后通过第二进气管进入到第二筒体411中，通过第二筒体411的离心力作用，使气体中的大粒径液滴进一步脱出，脱出的液滴从第三出液管412流出，经过主分离器100的气相空间流入到液相空间内，而气体则通过第三出气管413输出。

优选地，如图1所示，第二旋流式气液分离器400还包括丝网捕滴器420，丝网捕滴器420设置在第二筒体411内，第二筒体411内的气体向上流动经过丝网捕滴器420在进入到第三出气管413输出到收集容器中，在丝网捕滴器420的作用下气体中的5μm-10μm以上的液滴被去除，气体中只剩下粒径5μm-10μm以下的液滴，分离效率可达99％以上，这极大减少后续洗涤、纯化系统负荷，提高效率从而有效减少相应设备尺寸。

可选地，第二筒体411的底部设置有导流斜面，并且第三出液管412同样朝向主分离器100倾斜，导流斜面用于将第二筒体411内的液体导流到第三出液管412中，第三出液管412将液体导流到主分离器100中。

可选地，管道预分离器200通过法兰组件500与主分离器100连接，具体地，管道预分离器200的第一出液管220靠近主分离器100的一端设置有第一法兰，第一进液管120远离主分离器100的一端设置有第二法兰，第一法兰和第二法兰相对设置，第一法兰和第二法兰通过螺栓紧固。第一出气管210靠近主分离器100的一端设置有第三法兰，第一进气管110远离主分离器100的一端设置有第四法兰，第三法兰与第四法兰相对设置，第三法兰通过第四法兰紧固。

优选地，主分离器100还包括总出液管130，总出液管130设置于主分离器100的底部，总出液管130一端与主分离器100内连通，另一端与电解槽连通，将经过气液分离器的液体回流到电解槽中进行循环，提高资源的利用率。

本实施提供的卧式碱性水电解制氢气液分离系统工作原理为：

电解槽中的气液混合物通过分层流或者段塞流的形式通过管道预分离器200的管道输入口流入到第一出液管220，气液混合物沿着第一出液管220流动，当经过竖直的连通管230时，游离气体从竖直的连通管230向上流动并在第一出气管210汇集，随后流入到主分离器100的气相空间，而第一出液管220中的液体通过第二旋流通离心力的作用下，气液混合物由于密度差异大，而使得液体被甩向筒壁，从第一筒体311上部侧壁的第二出液管313流出，气体聚集在第一旋流筒310的中心，然后从中间的第二出气管314溢出进入主分离器100的气相空间。经过管道预分离器200以及第一旋流式气液分离器300分离后的气体在主分离器100中经重力沉降，脱除大部分大粒径液滴，然后从第二旋流筒410的入口进入第二旋流筒410中，同样，在旋流离心力作用下，气体中液滴被甩向壁面而流下，然后汇聚在第二筒体411的底部，沿着第二筒体411底部具有坡度的导向斜面4111，经过第三出液管412流出经过主分离器100的气相空间进入到主分离器100的液相空间内，气体向上通过丝网捕滴器420，在出口旋流器以及丝网捕滴器420作用下，5μm-10μm以上液滴被除去。

实施例二

本实施提供了一种立式碱性水电解制氢气液分离系统，与实施例一的结构基本相同，与实施例一不同在于，本实施例中的主分离器100竖直放置，如图2所示，第一旋流式气液分离器300的第二出液管313设置在第一筒体311的底部，第二进液管312设置在第二出液管313的上端，使流体在驱动力和重力作用下进入第一筒体311内，增加旋流程度，促使气液混合物更好分离，从而提高第一旋流式气液分离器300的分离效率。

实施例三

如图3所示，本实施例提供了另一种卧式碱性水电解制氢气液分离系统，与实施例一的结构基本相同，与实施一的结构不同在于，本实施中第一旋流式气液分离器300为旋流管320，旋流管320内设置有旋流导液片，气液混合物经过旋流导液片的导流在管道中形成旋流，液体被甩向管道内壁，气体聚集在管道中间，形成气心然后从设置在管道中心的管道流出进入主分离器100的气相空间，该旋流管320的结构简单，成本更低，维护方便。

实施例四

本实施例提供了一种制氢系统，该制氢系统包括碱性水电解制氢装置及上述任一实施例中的碱性水电解制氢气液分离系统，碱性水电解制氢气液分离系统与碱性水电解制氢装置连接，碱性水电解制氢气液分离系统能够将碱性水电解制氢装置中输出的气液混合物进行气液分离，得到纯度较高的氢气，从而提高了该制氢系统制氢的效率。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，包括：

主分离器(100)，所述主分离器(100)上设置有第一进气管(110)和第一进液管(120)；

管道预分离器(200)，包括第一出气口和第一出液口，所述第一出气口与所述第一进气管(110)连通，所述第一出液口与所述第一进液管(120)连通；

第一旋流式气液分离器(300)，设置于所述主分离器(100)内，所述第一旋流式气液分离器(300)与所述第一进液管(120)连通，所述第一旋流式气液分离器(300)被配置为将预分离后的气液混合物通过离心力的作用再次进行气液分离，分离出的气体进入到所述主分离器(100)的气相空间内，分离出的液体进入到所述主分离器(100)的液相空间内。

2.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述碱性水电解制氢气液分离系统还包括第二旋流式气液分离器(400)，所述第二旋流式气液分离器(400)与所述气相空间连通，所述第二旋流式气液分离器(400)被配置为对所述气相空间内的气体进行气液分离，将分离出的气体输出，分离出的液体回流到所述液相空间内。

3.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述管道预分离器(200)包括第一出液管(220)、连通管(230)和第一出气管(210)，所述第一出液管(220)的一端与第一进液管(120)连通，所述第一出液管(220)的侧壁上设置有出气孔，所述第一出气管(210)一端设置有转向弯管(240)，另一端与所述第一进气管(110)连通，所述连通管(230)一端与所述出气孔连通，另一端通过所述转向弯管(240)与所述第一出气管(210)连通。

4.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述第一旋流式气液分离器(300)为第一旋流筒(310)或旋流管(320)。

5.根据权利要求4所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述第一旋流筒(310)包括：

第一筒体(311)；

第二进液管(312)，一端与所述第一进液管(120)连通，另一端与所述第一筒体(311)连通；

第二出液管(313)，设置于所述第一筒体(311)的侧壁上，所述第二出液管(313)一端与所述第一筒体(311)连通，另一端与所述液相空间连通；

第二出气管(314)，设置于所述第一筒体(311)的轴线上，所述第二出气管(314)一端与所述第一筒体(311)连通，另一端与所述气相空间连通。

6.根据权利要求2所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述第二旋流式气液分离器(400)为第二旋流筒(410)，所述第二旋流筒(410)包括：

第二筒体(411)；

第二进气管，一端与所述气相空间连通，另一端与所述第二筒体(411)连通；

第三出液管(412)，一端与所述第二筒体(411)连通，另一端与所述液相空间连通；

第三出气管(413)，设置于所述第二筒体(411)的轴线上，所述第三出气管(413)被配置为将所述第二筒体(411)分离出的气体输出。

7.根据权利要求6所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述第二旋流式气液分离器(400)还包括丝网捕滴器(420)，所述丝网捕滴器(420)被配置为对所述第二筒体(411)内气体中的液滴进行捕捉。

8.根据权利要求6所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述第二筒体(411)的底部设置有导流斜面，所述导流斜面被配置为将所述第二筒体(411)内的液体导流到所述第三出液管(412)中。

9.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述管道预分离器(200)通过法兰组件(500)与所述主分离器(100)连接。

10.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢气液分离系统，其特征在于，所述主分离器(100)还包括总出液管(130)，所述总出液管(130)设置于所述主分离器(100)的底部。

11.一种制氢系统，其特征在于，包括碱性水电解制氢装置及权利要求1-10任一项所述的碱性水电解制氢气液分离系统。

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