一种基于磁致能级跃迁的碱性水电解制氢系统的制作方法

1.本发明涉及碱性水电解制氢领域，具体涉及一种基于磁致能级跃迁的碱性水电解制氢系统。


背景技术：

2.氢能作为二次能源，拥有资源丰富、方便存储和运输、应用广泛等优势。目前电解水制氢主要分为碱水电解(awe)、pem(质子交换膜)水电解，固体聚合物阴离子交换膜(aem)水电解、固体氧化物(soe)水电解。其中，awe是最早工业化的水电解技术，工业应用最为成熟，也是目前应用最为广泛的电解水制氢方法。碱性水电解制氢系统主要由纯水装置、电解电源、电解槽、气液分离装置、脱氧器、干燥器、补水泵、仪表和阀门等构成。在电解电压和电流作用下，电解槽阴极和阳极分别产生氢气和氧气，电解产生的气体通过分离、冷却、气液分离后输出，氢气通过脱氧、冷却、气液分离、缓冲后输出为稳定供应产品用于后端的压缩、储存以及加氢等工序。目前的碱性电解水制氢设备存在能耗大、效率低的不足。
3.已有制氢研究关于磁体作用的方法主要是磁流体动力学，通过将磁体放在电解液周围，产生的洛伦兹力影响电解槽中电解液的自然对流和质量传输，但是该方法目前仅仅停留在小型电解制氢实验阶段，由于小型电解实验并未全面考虑工业制氢中存在的复杂工况以及实际电解设备的结构及材料导磁率，导致了该方法不适用在工业电解制氢中应用。


技术实现要素：

4.为了降低碱性水电解制氢能耗和提高制氢效率，本发明提出了一种基于磁致能级跃迁的碱性水电解制氢系统。在电解液进入电解槽电解之前，通过磁致能级跃迁装置对电解液进行处理，使氢质子发生塞曼分裂，一部分氢质子跃迁至较高磁能级，氢质子活跃程度增加，电解液活性增强，降低电解反应能量输入。
5.具体技术方案如下：
6.一种基于磁致能级跃迁的碱性水电解制氢系统，其特征在于：包括磁致能级跃迁装置，该磁致能级跃迁装置的出液口与电解槽连通，该磁致能级跃迁装置的进液口与循环装置的出液口连通，从循环装置流出的碱液经磁致能级跃迁装置处理后进入到电解槽内，具体为，磁致能级跃迁装置通过施加强磁场使电解液中氢质子发生磁致能级跃迁，提高电解液活性；
7.所述磁致能级跃迁装置包括导磁部、第一永磁体、第二永磁体和输送管，该导磁部为环形结构，所述第一永磁体和所述第二永磁体相对设置在所述导磁部内部，所述第一永磁体和所述第二永磁体的磁场方向一致，所述第一永磁体和所述第二永磁体之间形成磁致能级跃迁通道，所述输送管从所述磁致能级跃迁通道中穿过，所述输送管的进液口与所述循环装置的出液口连通，所述输送管的出液口与所述电解槽连通。
8.为更好的实现本发明，进一步地：所述导磁部采用铁轭。
9.进一步地：所述磁致能级跃迁装置与所述电解槽采用串联结构，在该电解槽的一
端开设有进液口，所述磁致能级跃迁装置与所述电解槽的进液口连通。
10.进一步地：所述磁致能级跃迁装置与所述电解槽采用并联结构，每个电解室对应与一个磁致能级跃迁装置连通，所有磁致能级跃迁装置的进液口均与循环装置的出液口连通。
11.进一步地：在所述第一永磁体和所述第二永磁体的外表面均设置有极靴。
12.本发明的有益效果为：本发明采用的磁致能级跃迁装置，能够使电解液中的氢质子发生磁致能级跃迁，从而产生宏观磁化矢量，提高电解反应活性，进而降低小室电解电压，提高制氢能效。
附图说明
13.图1为磁致能级跃迁装置结构图；
14.图2为磁通密度模拟图；
15.图3为并联式磁致能级跃迁电解水制氢示意图；
16.图4为串联式磁致能级跃迁电解水制氢示意图；
17.图5为处理前电解液中粒子分布；
18.图6为处理后电解液中粒子分布；
19.图7为经过磁致能级跃迁装置处理前电解示意图；
20.图8为经过磁致能级跃迁装置处理后电解示意图；
21.图9为在串联结构和并联结构中电解液进入电解槽的能量变化图；
22.图中附图说明为，电解槽1、磁致能级跃迁装置2、导磁部3、第一永磁体4、第二永磁体5、输送管6、极靴7、循环泵8。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.一种基于强磁场的能级跃迁装置促使水电解制氢技术所需碱液中的氢原子处于高磁能级状态，以减小电解反应能耗。
25.电解液经循环泵从磁致能级跃迁装置进入电解槽内，在经过磁致能级跃迁装置后，氢原子核在原能级e0的基础上会附加能量δe，有助于提高氢的反应活性，磁致能级跃迁装置处理前后电解液中粒子示意图见图5和图6所示，电解液在处理前后对应的电解示意图，见图7和图8所示，在磁场作用下电解液中的粒子方向趋于一致，能够降低电解电压(u1》u2)，根据直流单位能耗值的计算可得，单位电解能耗值降低了2.39*(u
1-u2)kwh/m3。
26.其中，磁致能级跃迁装置与电解槽的两种具体连接方式分别为串联结构和并联结构，在本发明中磁致能级跃迁装置与电解槽的并联结构在实施例1中进行说明，磁致能级跃迁装置与电解槽的串联结构在实施例2中进行说明；
27.实施例1如图3所示，磁致能级跃迁装置2与电解槽1采用并联结构，电解槽1包括多个电解室，在每个电解室分别开设有进液口，每个进液口对应连接有磁致能级跃迁装置2，
所有磁致能级跃迁装置2的进液口均与循环装置的出液口连通。采用并联结构的好处在于，通过采用并联结构使得每个电解小室都将接入同样活跃强度的电解液，且相比处理结束时衰减得很少，同时，该并联结构能够降低电解能耗，减少制氢成本。采用并联结构适用于大型多小室的工业电解槽。
28.实施例2如图4所示，磁致能级跃迁装置2与电解槽1采用串联结构，在该电解槽1的一端开设有进液口，磁致能级跃迁装置2与电解槽1的进液口连通。该磁致能级跃迁装置2的进液口与循环装置的出液口连通，从循环装置流出的碱液经磁致能级跃迁装置2磁场处理后进入到电解槽1内。串联结构下的碱液从第一个电解小室进去，发生电解反应，再进入第二个电解小室，此时，碱液的活跃程度衰减，由图9可知，串联结构的磁致能级跃迁装置2使得进入电解槽1的电解液电解反应活性最高，串联结构好处在于，减小了磁致能级跃迁装置的数量，降低了成本和系统的复杂度，适用于小型电解制氢场景。
29.磁致能级跃迁装置2采用的具体结构如图1所示，包括导磁部3、第一永磁体4、第二永磁体5和输送管6，该导磁部3为环形结构，第一永磁体4和第二永磁体5相对设置在导磁部3内部，第一永磁体4和第二永磁体5的磁场方向一致，第一永磁体4和第二永磁体5之间形成磁致能级跃迁通道，输送管6从磁致能级跃迁通道中穿过，输送管6的进液口与循环装置的出液口连通，输送管6的出液口与电解槽1连通。
30.其中，导磁部采用铁轭，第一永磁体和第二永磁体采用强磁体材料制造。
31.具体为，磁致能级跃迁装置由铁轭和强磁体组成，其中铁轭为环形，材料为导磁率较强的a3钢。永磁体为方形一共两块，其材料为硬磁材料钕铁硼，其剩磁达到1.45t。两块永磁体呈竖直排列，磁场方向一致。永磁体通过极靴和螺丝固定。两块永磁体中间留有间隙供电解液管道进入。电解液管道为不导磁材料pvc(聚氯乙烯)，型号为dn15(外径23mm，15mm)。两块永磁体尺寸为80mm
×
80mm
×
40mm，其所产生磁场的方向为竖直方向。
32.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
33.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。