CN104711628B - 一种单极式电解槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单极式电解槽，属于含氚重水处理等领域。所述电解槽主要包括外筒、内筒、氧气出口管、氢气出口管、碱液进液管、陶瓷密封组件、和控制单元；所述陶瓷密封组件包括陶瓷环和柔性石墨垫块Ⅰ；所述陶瓷绝缘组件包括陶瓷管、卡套螺母和柔性石墨垫块Ⅱ。内筒的筒体部分套装在外筒内部，内筒开放端的端面与外筒封闭端的底面之间留有间隙；所述法兰盖与法兰盘相互配合连接；陶瓷密封组件的陶瓷环嵌在密封槽内，并在陶瓷环的端面与密封槽之间设置有柔性石墨垫块Ⅰ；氢气气出口管、氧气出口管和电解液入口管上均设置有陶瓷绝缘组件。所述电解槽结构简单，组装方便，耐辐射和耐强碱腐蚀，适用于含氚重水处理，且使用寿命长。

Description

一种单极式电解槽
技术领域
本发明涉及一种单极式电解槽，属于含氚重水处理等领域。
背景技术
单极式电解槽在通电运行时，需要解决的问题是：电解槽运行产生的是气体与液体的混合物，需要采取措施将其分离。现有的解决方法通常是电解槽在带压系统状态下运行需在电解槽上方设置单独的氢、氧气液分离器进行气液分离，保证电解槽在充满液体的状态下工作，但此种方法会在电解槽与气液分离器之间产生连接管道和接口，在重水提氚有放射性物质存在的条件下，存在更多放射性泄漏的隐患。且传统单极式电解槽多采用法兰式密封结构，密封材料选用聚四氟乙烯；聚四氟乙烯或特殊绝缘密封塑料垫片，具有较好的柔韧性和压缩回弹性能，用于普通水电解领域，具有较好的密封性能和使用寿命。但在具有放射性的含氚重水或含氚轻水电解领域，此类有机垫片老化速度加快，电解槽使用寿命大大降低，一般经半年左右时间就要回厂大修，而且垫片老化所释放的氟会污染重水，影响重水的循环使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单极式电解槽，所述电解槽结构简单，组装方便，并密封结构的构成材料为陶瓷和石墨等材料，耐辐射和耐强碱腐蚀，适用于含氚重水处理，具有较长的使用寿命，并可降低设备成本投资，产生较好的经济效益。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种单极式电解槽，所述电解槽主要包括外筒、内筒、氧气出口管、氢气出口管、碱液进液管、陶瓷密封组件、陶瓷绝缘组件和控制单元；
所述内筒底端开放，另一端设有法兰盖；所述法兰盖上设有氢气出口和氧气出口，内筒筒体靠近法兰盖的部分安装有绝缘套筒；所述外筒的一端开放，另一端封闭，其中，开放端设有法兰盘，封闭端的中心设有电解液入口；所述法兰盖和法兰盘上加工有相对的密封槽；
所述陶瓷密封组件包括陶瓷环和柔性石墨垫块Ⅰ；
所述陶瓷绝缘组件包括陶瓷管、卡套螺母和柔性石墨垫块Ⅱ，其中陶瓷管上加工有与卡套螺母配合的外螺纹；
所述氢气出口管道上依次设有针阀和氢气调节阀；所述氧气出口管道上依次设有氧气调节阀和压力变送器；且氧气出口管道、氢气出口管道和碱液进液管的外圆周面上均设有凸缘；
整体连接关系为：
所述内筒的筒体部分套装在外筒内部，内筒开放端的端面与外筒封闭端的底面之间留有间隙；所述法兰盖与法兰盘相互配合连接，所述陶瓷密封组件的陶瓷环嵌在密封槽内，并在陶瓷环的端面与密封槽之间设置有柔性石墨垫块Ⅰ；所述氢气出口贯通内筒的筒体，氧气出口贯通内筒与外筒之间的环形区域；所述陶瓷绝缘组件的两个端面与凸缘之间设置有柔性石墨垫块Ⅱ，氢气出口管的两段通过两个卡套螺母与陶瓷管的两端密封连接；所述控制单元与氧气调节阀和氢气调节阀之间均通过电缆连接，控制单元根据设定的阈值来控制氧气调节阀和氢气调节阀的开关。陶瓷绝缘组件与氧气出口管和电解液入口管的连接方式与陶瓷绝缘组件与氢气气出口管的连接方式相同。
进一步的，所述顶盖与内筒为整体焊接；所述氢气调节阀和氧气调节阀均为气动薄膜调节阀或电磁阀；所述氧气出口管、氢气出口管和碱液进液管的构成材料均为镍。
工作原理：
所述电解槽通电运行时，在单极式电解槽内筒内产生氢气，在电解槽外筒与内筒之间产生氧气，电解过程中产生氢气是氧气的两倍，因此电解槽内筒液位下降，电解槽外筒与内筒之间液位上升，差压变送器检测到两液位之间差异信号之后，控制氢气调节阀开启释放氢气，使两液位保持平衡。此时整个装置系统压力逐渐上升，当压力超过设定工作压力之后，压力变送器检测到压力信号，控制氧气调节阀开启释放氧气，使压力恢复到设定工作压力，以保持装置系统压力稳定。
在上述过程中，所述陶瓷密封组件的陶瓷环为绝缘体，可防止电解槽阴阳极直接接触，避免短路；陶瓷环和陶瓷管硬度较大，基本无弹性，通过与压缩回弹性能较好的柔性石墨垫片配合，压紧法兰时石墨垫片变形，即可以起到密封的作用，防止电解槽漏液。
当拧紧装置时，凸缘可以防止陶瓷管从卡套螺母中滑脱，还可使柔性石墨垫片受力变形，提高密封效果。此外，凸缘为环状，拧紧绝缘装置时，可以保证陶瓷管受力均匀，防止挤碎或压裂等情况发生。
有益效果
(1)本发明所述电解槽结构简单，工作安全，可实现电解过程、气液分离及液位自动控制，取消了气液分离器，简化流程，减少管道及连接管件，在有放射性介质存在系统中，具有较好的安全性。
(2)本发明所述电解槽的内筒上部安装绝缘套筒，能够防止槽体内上部发生电解导致氢气与氧气混合。
(3)本发明所述电解槽的氢气出口管道设有针阀和氢气调节阀，在电解过程中产生氢气是氧气的两倍，使用针阀限制氢气流量，能够防止气动薄膜阀开启瞬间氢气大量逸出造成电解槽内液位波动过大。
(4)本发明所述电解槽的氢气和氧气出口管路之间设有差压变送器，通过差压变送器能够反应电解槽内氢气与氧气之间的压力差，再通过调节阀的开闭调节氢气与氧气之间的压力平衡，从而控制内筒与外筒液位平衡。
(5)本发明所述电解槽的碱液进液管、氢气出气管和氧气出气管均采用耐强碱腐蚀的纯镍管，可以延长电解槽使用寿命，并在进液管和两支出气管上设置陶瓷绝缘组件，可以避免管路带电，防止跑电并保证设备工作安全。
附图说明
图1为本发明所述电解槽的结构示意图；
图2为本发明法所述陶瓷密封组件的结构示意图；
图3为本发明法所述陶瓷绝缘组件的结构示意图；
其中，1-外筒、2-内筒、3-法兰盘、4-法兰盖5-氧气出口管、6-氢气出口管、8-碱液进液管、9-柔性石墨垫块Ⅰ、10-陶瓷环、11-凸缘、12-柔性石墨垫块Ⅱ、13-卡套螺母、14-陶瓷管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例
一种单极式电解槽，所述电解槽的结构示意图如图1所示，其主要包括外筒1、内筒2、氧气出口管5、氢气出口管6、碱液进液管8、陶瓷密封组件、陶瓷绝缘组件和控制单元；
所述内筒2底端开放，另一端设有法兰盖4；所述法兰盖4上设有氢气出口和氧气出口，内筒2筒体靠近法兰盖4的部分安装有绝缘套筒；所述外筒1的一端开放，另一端封闭，其中，开放端设有法兰盘3，封闭端的中心设有电解液入口；所述法兰盖4和法兰盘3上加工有相对的密封槽；
所述陶瓷密封组件的结构示意图如图2所示，其主要包括陶瓷环10和柔性石墨垫块Ⅰ9；
所述陶瓷绝缘组件的结构示意图如图3所示，其主要包括陶瓷管14、卡套螺母13和柔性石墨垫块Ⅱ12，其中陶瓷管14上加工有与卡套螺母13配合的外螺纹；
所述氢气出口管6道上依次设有针阀和氢气调节阀；所述氧气出口管5道上依次设有氧气调节阀和压力变送器；且氧气出口管5道、氢气出口管6道和碱液进液管8的外圆周面上均设有凸缘11；
整体连接关系为：
所述内筒2的筒体部分套装在外筒1内部，内筒2开放端的端面与外筒1封闭端的底面之间留有间隙；所述法兰盖4与法兰盘3相互配合连接，所述陶瓷密封组件的陶瓷环10嵌在密封槽内，并在陶瓷环10的端面与密封槽之间设置有柔性石墨垫块Ⅰ9；所述氢气出口贯通内筒2的筒体，氧气出口贯通内筒2与外筒1之间的环形区域；所述陶瓷绝缘组件的两个端面与凸缘11之间设置有柔性石墨垫块Ⅱ12，氢气出口管6的两段通过两个卡套螺母13与陶瓷管14的两端密封连接；所述控制单元与氧气调节阀和氢气调节阀之间均通过电缆连接，控制单元根据设定的阈值来控制氧气调节阀和氢气调节阀的开关。
进一步的，所述顶盖与内筒2为整体焊接；所述氢气调节阀和氧气调节阀均为气动薄膜调节阀或电磁阀；所述氧气出口管5、氢气出口管6和碱液进液管8的构成材料均为镍。
工作原理：
所述电解槽通电运行时，在单极式电解槽内筒2内产生氢气，在电解槽外筒1与内筒2之间产生氧气，电解过程中产生氢气是氧气的两倍，因此电解槽内筒2液位下降，电解槽外筒1与内筒2之间液位上升，差压变送器检测到两液位之间差异信号之后，控制氢气调节阀开启释放氢气，使两液位保持平衡。此时整个装置系统压力逐渐上升，当压力超过设定工作压力之后，压力变送器检测到压力信号，控制氧气调节阀开启释放氧气，使压力恢复到设定工作压力，以保持装置系统压力稳定。
在上述过程中，所述陶瓷密封组件的陶瓷环10为绝缘体，可防止电解槽阴阳极直接接触，避免短路；陶瓷环10和陶瓷管14硬度较大，基本无弹性，通过与压缩回弹性能较好的柔性石墨垫片配合，压紧法兰时石墨垫片变形，即可以起到密封的作用，防止电解槽漏液。
当拧紧装置时，凸缘11可以防止陶瓷管14从卡套螺母13中滑脱，还可使柔性石墨垫片受力变形，提高密封效果。此外，凸缘11为环状，拧紧绝缘装置时，可以保证陶瓷管14受力均匀，防止挤碎或压裂等情况发生。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单极式电解槽，其特征在于：所述电解槽主要包括外筒(1)、内筒(2)、氧气出口管(5)、氢气出口管(6)、碱液进液管(8)、陶瓷密封组件、陶瓷绝缘组件和控制单元；
所述内筒(2)底端开放，另一端设有法兰盖(4)；所述法兰盖(4)上设有氢气出口和氧气出口，内筒(2)筒体靠近法兰盖(4)的部分安装有绝缘套筒；所述外筒(1)的一端开放，另一端封闭，其中，开放端设有法兰盘(3)，封闭端的中心设有电解液入口；所述法兰盖(4)和法兰盘(3)上加工有相对的密封槽；
所述陶瓷密封组件包括陶瓷环(10)和柔性石墨垫块Ⅰ(9)；
所述陶瓷绝缘组件包括陶瓷管(14)、卡套螺母(13)和柔性石墨垫块Ⅱ(12)，其中陶瓷管(14)上加工有与卡套螺母(13)配合的外螺纹；
所述氢气出口管(6)道上依次设有针阀和氢气调节阀；所述氧气出口管(5)道上依次设有氧气调节阀和压力变送器；且氧气出口管(5)道、氢气出口管(6)道和碱液进液管(8)的外圆周面上均设有凸缘(11)；
整体连接关系为：
所述内筒(2)的筒体部分套装在外筒(1)内部，内筒(2)开放端的端面与外筒(1)封闭端的底面之间留有间隙；所述法兰盖(4)与法兰盘(3)相互配合连接，所述陶瓷密封组件的陶瓷环(10)嵌在密封槽内，并在陶瓷环(10)的端面与密封槽之间设置有柔性石墨垫块Ⅰ(9)；所述氢气出口贯通内筒(2)的筒体，氧气出口贯通内筒(2)与外筒(1)之间的环形区域；所述陶瓷绝缘组件的陶瓷管(14)的两个端面与凸缘(11)之间设置有柔性石墨垫块Ⅱ(12)，氢气出口管(6)的两段通过两个卡套螺母(13)与陶瓷管(14)的两端密封连接；所述控制单元与氧气调节阀和氢气调节阀之间均通过电缆连接，控制单元根据设定的阈值来控制氧气调节阀和氢气调节阀的开关。
2.根据权利要求1所述的一种单极式电解槽，其特征在于：所述法兰盖(4)与内筒(2)为整体焊接。
3.根据权利要求1所述的一种单极式电解槽，其特征在于：所述氢气调节阀和氧气调节阀均为气动薄膜调节阀或电磁阀。
4.根据权利要求1所述的一种单极式电解槽，其特征在于：所述氧气出口管(5)、氢气出口管(6)和碱液进液管(8)的构成材料均为镍。
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