CN104911625A - 一种节能高压力水电解制氢电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能高压力水电解制氢电解槽，是由正极端板组件、负极端板组件和多组圆形极板框组件、多组带密封唇的组合密封垫由多根螺杆拉紧组合而成。附极板采用纯镍丝、镀镍金属丝编织成具有一定厚度和强度的多孔型、多层组合的网格板结构，设置在单板型主极板的两侧，在该圆形附极板的径向和轴向都设有多个六边形或四边形的气、液通道。附极板通过设在主极板上若干数量的不锈钢螺栓将其紧固。这种结构不仅能确保在附极板受压状态下，点解过程气、液畅通，且能大幅度的增加极板表面积和提高点解效率。其结构简单、安装方便可靠，与现有技术相比，具有制造成本低和节能降耗等特点，是一种具有高效、高压力的新型水电解制氢电解槽。

Description

一种节能高压力水电解制氢电解槽

技术领域

本发明涉及水电解制氢设备，特别涉及一种节能高压力水电解制氢电解槽，其具有高效节能，可承受较高压力的特点。

背景技术

水电解制氢是一种传统的制氢方法，水电解制氢设备的核心部分是电解槽，其主要消耗的是电和水。当今世界水电解制氢技术应用与发展，所面临的广泛挑战是降低设备运行电耗和制氢成本，提高市场应用的高效性和广泛性，提高设备的使用寿命和安全性。通过长期研究和生产实践，已经形成共识：改进电解槽极板结构和极板材料、提高电解槽的内部产气压力是是提高电解效率和满足市场广泛需求的重要有效途径。现有需氢行业对水电解制氢运行成本和产气压力的要求越来越高，需要制氢设备既要有很高的工作效率，且具备很高的产氢压力。传统的电解槽密封主要采用的是平垫密封，由于平垫密封的局限性和电解槽设备体积大的因素存在，电解槽密封效果只能达到3.2MPa，极少部分微小型电解槽可达到5MPa，而市场需氢行业需要更要压力的氢气，则需要在传统制氢系统再增加一套氢气增压机，不仅复杂了制氢工艺，而且提高了设备运行成本。本发明的密封结构就是依据这样的需求提出来的。

现有传统电解槽的密封方式采用的是聚四氟平垫压紧密封，通过极板框与聚四氟平垫之间的压紧力，达到电解槽的密封效果，由于平面密封的局限性，这种密封方法存在以下不足：

（1）平垫的密封效果是与极板框的压紧力来决定的，本身的材质的回弹性和耐压特性决定它不能承受很高的螺杆压紧力，也就决定了它的密封压力不会很高。

（2）平垫密封的密封效果与密封宽度是成正比的，电解槽的密封面宽度过大，极大的提高了电解槽自身重量和体积，也增加了装配难度和生产成本。

（3）现有用于电解槽密封的聚四氟平垫使用后存在一定的永久变形，无法二次使用，由聚四氟材料价格相对于较高，导致设备在清洗及维修时提高了维修成本。

由于电解过程中，在电极表面存在着气态、液态、电子与离子三相间迁移、互动的电化学反应，需要有足够大的相互接触反应的面积，同时也要求电极结构不使电解过程中气体脱附、上升和电解液循环流动受阻，才能保证电解反应过程顺利进行，本发明的极板结构就是依据这样的需求提出来的。

现有技术的极板结构普遍采用在一块乳突型的主极板两侧附加一层镍丝网的附极板，构成水电解制氢极板组件；另一种电极结构为一块平面型主极板其两侧附加两块不锈钢丝支撑网，再在两侧外各叠加一块镍丝网作为附极板。增加附极板的目的都是增大极板的表面积来提高点解效率，但这两种方法都存在以下不足：

（1）乳突型主极板通过乳突状型面的凹凸表面增加极板表面积，并以此来支撑附极板，但是这种结构其表面积的增加收到乳突数量的限制，乳突设置的数量过多、密度大，不但制作十分困难，并且会引起气体上浮和电解液循环流动的困难，影响电解效果。

（2）乳突型极板成型需要比较复杂的成型模具，制造困难，成本比较昂贵，如需改型或改变极板规格，更新成本高，浪费大。

（3）乳突型极板结构决定了其附加的网状附极板层数不能多，一般采用单层，否则难以支撑和获得与主极板同电位效果。因此，其附极板结构增加的表面积仍然有限。

（4）采用平面主极板加不锈钢支撑网和镍丝网组成的压叠式结构极板，由于不锈钢支撑网和镍丝网单层叠压，必然导致增加的极板面积有限，如果多层随机叠压，也必然存在金属丝网间的间隙度不均匀，在密压处密度大、间隙小，引起气体或电解液流动受阻，同时易在点解过程中产生的阳极流堵塞，造成安全事故。

发明内容

本发明的目的是：针对现有水电解制氢电解槽密封能力的不足和极板结构存在的缺陷，提供一种新型极板结构和密封结构的水电解制氢电解槽技术，通过改进极板结构和密封结构，较大幅度的提高了产气压力和电解效率，降低能耗和极板制造成本，安装方便。

本发明的技术方案是：一种节能高压力水电解制氢电解槽，包括分别位于两端相对而设的扁平圆柱形的正极端板和负极端板，正极端板和负极端板之间间隔交错排布有扁平圆柱形的组合密封垫和极板框组件，并保持平行，螺杆穿过正极端板和负极端板将组合密封垫和极板框组件紧固，所述的组合密封垫两圆柱端面上分别设有呈圆形并且偏向圆心的密封唇密封唇，所述的极板框组件的两圆柱端面上分别设有一呈圆形的高压密封槽，组合密封垫的密封唇嵌在极板框组件的高压密封槽中；

所述的极板框组件由环状的极板框和位于其环内的极板组件焊接而成，极板组件由一块扁平圆柱体形状的主极板和安装在主极板的柱体两端面的附极板组成。

所述的组合密封件由环状的橡胶密封垫和位于其环内的圆形隔膜石棉布组合而成，隔膜石棉布的边缘与橡胶密封垫的环内边缘通过硫化热压工艺形成一体。

所述的环状的橡胶密封垫的两端面上分别设置有一圈偏向橡胶密封垫环心的密封唇，两圈密封唇内侧与橡胶密封垫间形成两个对称的袋状气室。

所述的密封唇的截面由垂直于橡胶密封垫的横段、接在横段外端的斜段以及接在斜段的回钩段组成，横段与斜段的夹角a为95°～145°，斜段与回钩段的夹角b为80°～130°，横段、斜段、回钩段与橡胶密封垫围成袋状气室，所述的袋状气室的室壁为平滑的曲线，其走势为由回钩段端部向横段内侧，并且以15°～55°的偏向角逐渐偏向斜段内侧。

所述的极板框的的两端面上对应于密封唇的位置设有一圈高压密封槽，密封唇嵌于高压密封槽中且留有活动间隙；所述的正极端板和负极端板相对的内侧面上，也分别设有一圈用于嵌装密封唇的高压密封槽。

所述的附极板是由0.2～1mm粗的纯镍丝或镀镍金属丝编织成厚度为8～12mm多孔型、多层组合的网格板结构。

所述的网格板结构的附极板在竖直方向为多个六边形或四边形径向通道，在水平方向为多个矩形横向通道。

主极板由厚度为1～3mm镀镍碳钢板制成，在主极板上安装有多个不锈钢焊接螺柱，多个焊接螺柱沿轴向贯穿主极板，其中一个焊接螺柱位于主极板中心位置，其余焊接螺柱围绕中心的焊接螺柱周向均布；

附极板上与设在主极板上的焊接螺柱的相对应位置开设有相同数量螺栓安装孔，通过焊接螺柱和其相配套的不锈钢螺母、不锈钢垫片将附极板紧固在主极板的两侧。

所述的螺杆的两端设有拧紧部件，该拧紧部件由内向外依次包括绝缘套、平垫圈、碟簧和螺母，绝缘套紧贴在正极端板或负极端板外圆面，正极端板和负极端板之间螺杆部分由绝缘导管套住。

本发明的有益效果：

（1）采用由镍丝网编织的多孔型、多层组合的网格板制作的附极板，该极板有效表面积大，是现有技术的乳突型主极板+单层镍网的电极结构有效点解面的3～5倍，在相同规格电解槽条件下，单台电解槽的工作电流和产气量可提高2～4倍，其平均每立方米制氢量电耗下降0.1～0.5kw.h左右电量。

（2）由于新型附极板结构设置的多层、多孔式的径向通道和轴向通道，且网格板具有一定的厚度和刚性，则能保证在极板受压的状态下，使气体、液体流动顺畅，使点解过程安全、持久运行。

（3）电解槽密封垫采用新型的带密封唇的组合密封垫，利用电解槽内部自身压力达到自紧密封的效果，使电解槽的产气压力可达到8MPa以上，满足了更高需氢压力的市场需求。且电解槽内部压力的提高，减小了电解槽内电解液的含气度，降低了极间电阻，进而提高了电解槽的工作效率。

（4）电解槽主极板采用平板结构和密封垫采用三元乙丙橡胶，简单易制，材料便宜，无需复杂模具，比现有的乳突型极板和聚四氟平垫制作成本极大的降低。

（5）电解槽的带密封唇的密封垫结构，安装简单、方便，且可以反复利用，也避免了传统复杂的热紧装配工艺。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图。

图2是图1的A部放大示意图。

图3是组合密封垫的主左视图。

图4是图3的B-B剖视图。

图5是图4的D部放大图。

图6是极板框组件的结构示意图。

图7是图6的I-I剖视图。

图8是图7的C部放大图。

图9是图7的G部放大图。

图10a是附极板的结构主视图；图10b是附极板的左剖视图；图10c是附极板的俯视图。

图11是图10b的E部放大图。

图12是图10c的F部放大图。

附图标记说明：1、螺母；2、螺杆；3、碟簧；4、负极端板；5、绝缘导管；6、正极端板；7、绝缘套；8、平垫圈；9、组合密封垫；10、极板框组件；11、橡胶密封垫；12、隔膜石棉布；13、极板框；14、极板组件；15、主极板；16、附极板；17、焊接螺柱；18、横向通道；19、径向通道；20、密封唇；21、密封槽；22、袋状气室；23、横段；24、斜段；25、回钩段。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种节能高压力水电解制氢电解槽，结合图1和图2，包括分别位于两端相对而设的扁平圆柱形的正极端板6和负极端板4，正极端板6和负极端板4之间间隔交错排布有扁平圆柱形的组合密封垫9和极板框组件10，并保持平行，螺杆2穿过正极端板6和负极端板4将组合密封垫9和极板框组件10紧固，所述的组合密封垫9两圆柱端面上分别设有呈圆形并且偏向圆心的密封唇密封唇20，所述的极板框组件10的两圆柱端面上分别设有一呈圆形的高压密封槽21，组合密封垫9的密封唇20嵌在极板框组件10的高压密封槽21中；

所述的极板框组件10由环状的极板框13和位于其环内的极板组件14焊接而成，极板组件14由一块扁平圆柱体形状的主极板15和安装在主极板15的柱体两端面的附极板16组成。

通过螺杆2的作用，使得组合密封垫9和极板框组件10紧密贴合排布，这样就形成本实施例的这种高压水电解制氢电解槽，随着电解槽内部压力的增加，压力会作用到组合密封垫9上，此时，结构中的密封唇20便开始起作用，压力增大，密封唇20受压后张开，这样密封唇20会更加地贴紧高压密封槽21，使得两者之间的密封效果更好，进而组合密封垫9和极板框组件10之间的密封效果便会更好，并且在这种情况下，随着压力的不断增大，一定程度范围内，其密封效果也会越来越好，相比于传统电解槽能满足的产气压力最大为3.2MPa，本实施例的这种结构下的电解槽，将能适应更大的压力范围，至少可承受8MPa的内部压力，实现高压下水电解制氢。

本实施例的这种水电解制氢电解槽更加高效，其根本途径在于增加电解面积，根本方式在于在原有电解槽的基础上，增加了多孔洞的附极板16，结合图1、图2、图6、图7、和图8，在电解区域，多孔洞的附极板16的孔洞相比于没有附极板16来说，其电解面积大大增加，而且这种结构相比于传统的乳突型极板或平面主极板、不锈钢丝支撑网和镍丝网组成的极板组件，加工工艺简单，费用减少，而且还能大大增加电解效率。

考虑到水电解制氢电解槽的高效性和规模性，也可通过提高压力、增加电解槽的直径和极板框组件组数来提高电解槽的电解效率。

实施例2：

组合密封件9由环状的橡胶密封垫11和位于其环内的圆形隔膜石棉布12组合而成，隔膜石棉布12的边缘与橡胶密封垫11的环内边缘通过硫化热压工艺形成一体，橡胶密封垫11为三元乙丙橡胶，隔膜石棉布12为专门用于水电解制氢的密织斜纹石棉布，橡胶密封垫11与隔膜石棉布12的组合方式为橡胶密封垫11在进行硫化压紧时，将隔膜石棉布12外圈放在橡胶密封垫11内侧位置，同时压紧并硫化，保证橡胶密封垫11与隔膜石棉布12粘牢，粘接部分长度为20～80mm。

环状的橡胶密封垫11的两端面上分别设置有一圈偏向橡胶密封垫11环心的密封唇20，两圈密封唇20内侧与橡胶密封垫11间形成两个对称的袋状气室22。

密封唇20的截面由垂直于橡胶密封垫11的横段23、接在横段23外端的斜段24以及接在斜段24的回钩段25组成，横段23与斜段24的夹角a为95°～145°，斜段24与回钩段25的夹角b为80°～130°，横段23、斜段24、回钩段25与橡胶密封垫11围成袋状气室22，所述的袋状气室22的室壁为平滑的曲线，其走势为由回钩段25端部向横段23内侧，并且以15°～55°的偏向角逐渐偏向斜段24内侧。

即如图3、图4、图5所示，密封唇20内部有一个椭圆形袋状气室22，密封唇20高度H为4～20mm，密封唇A面（斜段24）宽度L1为5～30mm，A面与H（横段23）的夹角a为95°～145°，A面与B面（回钩段25）的夹角b为80°～130°，B面与C的夹角a为15°～55°，B面的宽度L2为4～28mm，比高度H小0.5～2.5mm，密封唇内部实心部分L3为4～15mm，密封唇外部延伸部分L4为10～40mm，密封唇外部延伸部分厚度L5为2～8mm。

本实施例中，密封唇高度H为8mm，密封唇A面宽度L1为15mm，A面与H的夹角a为130°，A面与B面的夹角b为130°，B面与C的夹角a为35°B面的宽度L2为7mm，密封唇内部实心部分L3为8mm，密封唇外部延伸部分L4为20mm，密封唇外部延伸部分厚度L5为5mm。由于电解槽设计压力和设计直径的不同，密封唇的H、L1、L2、L3、L4、L5会适当改变， a、b两个夹角在所给范围进行调整，均属于本发明的设计范围内。橡胶密封垫11采用的是自紧密封原理，由于其独特的唇形密封结构，随着电解槽内部压力的增加，橡胶密封垫11的密封效果越来越好。

实施例3：

结合图6、图7和图9，极板框组件10由环状的极板框13和位于其环内的圆形极板组件14经焊接组合而成，极板框13的的两端面上对应于密封唇20的位置设有一圈高压密封槽21，密封唇20嵌于高压密封槽21中且留有活动间隙；所述的正极端板6和负极端板4相对的内侧面上，也分别设有一圈用于嵌装密封唇20的高压密封槽21。

高压密封槽21外径与橡胶密封垫11上的密封唇20的外径一致，直径大小根据设计的电解槽产气量大小来确定，高压密封槽21的深度为4～20mm，宽度为8～30mm，两高压密封槽21之间的支撑筋宽度为3～10mm，高压密封槽21外部极板框宽度为10～40mm，高压密封槽21内部极板框宽度为5～20mm。

橡胶密封垫11与极板框组件10连接时，先将橡胶密封垫11的密封唇20嵌入极板框13的高压密封槽21内，由于密封唇20存在一定的角度，按压过程中避免密封唇20的不规则变形；其次将极板框组件10叠放在橡胶密封垫11上，同样确保密封唇20嵌入高压密封槽21内，且保证密封唇20不严重变形，这样依次叠放至电解槽装配完成。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例进一步进行说明，结合图10a、图10b、图10c、图11和图12，附极板16是由0.2～1mm粗的纯镍丝或镀镍金属丝编织成厚度为8～12mm多孔型、多层组合的网格板结构。

更为精确地，在本实施例中，网格板结构的附极板16在竖直方向为多个六边形或四边形径向通道19，在水平方向为多个矩形横向通道18。

本实施例中，附极板16为网格板结构，径向通道19和矩形横向通道18完全通透，减小气泡上浮阻力，其多孔形状可设计成任何多孔形状，主要是保证气泡有足够的空间上浮；附极板16的厚度是根据高效制氢电解槽的小室宽度进行设计的，这里的附极板16厚度为9mm，多孔形状为边长3mm的正四边形，整个附极厚度方向板可由3层网格板结构组成，附极板16内部丝径为0.2～1mm，考虑到附极板的支撑力，这里附极板丝径为0.8mm。这样的附极板结构相当于4层镍丝网叠加而成，再考虑到横向镍丝增加的表面积，其有效点解面积是原来单层镍丝网的3～5倍，则在相同型号电解槽的情况下，单台电解槽的电流可提高2～5倍，进而单台电解槽的产气量提高了2～5倍，在增大产气量的同时，其他辅助设备及热损耗基本不变，则平均每立方氢氧气的电耗下降0.1～0.5度，极大的降低了电流损耗。

实施例5：

在实施例1的基础上，本实施例进一步进行说明，主极板15与附极板16安装前需进行表面杂质处理，然后进行多孔镍电镀工艺处理，进一步增大极板组件的表面积；主极板15与附极板16固定采用焊接螺柱17、不锈钢垫片和螺母进行固定，保证附极板与主极板连接牢固。附极板16有两块，分别通过多个焊接螺柱17及与焊接螺柱17配套的不锈钢螺母、不锈钢垫片固定在主极板15的两侧。

焊接螺柱17为不锈钢焊接螺柱，有5～12个，在主极板15上安装有多个不锈钢焊接螺柱17，多个焊接螺柱17沿轴向贯穿主极板15，其中一个焊接螺柱17位于主极板15中心位置，其余焊接螺柱17围绕中心的焊接螺柱17周向均布。这里的焊接螺柱17有9个，其中中间一个，其余8个均匀呈圆形分部在四周。

主极板15由低碳钢盒装板加工而成，其厚度为1～3mm；附极板16由纯镍丝或者镀镍金属丝编织而成。

实施例6：

本实施例中，水电解制氢电解槽由6～18根螺杆2进行固定，而螺杆2的根数主要是由极板框组件的直径和水电解制氢电解槽的内部压力来确定，这里确定螺杆2的根数为6根，均匀分布在端板外端，保证极板不漏气即可。

螺杆拧紧部件由绝缘套7、平垫圈8、碟簧3和螺母1组成。螺杆2一侧的螺母1为1～2个、碟簧3为10～30组、绝缘套7为1个、平垫圈8为1～2个。考虑到电解槽的内部压力以及组合密封垫的收缩性，这里螺杆2一侧设计的螺母1为1个，其直径根据电解槽设计要求进行确定；碟簧3为12组，其型号根据螺杆2直径确定；平垫圈8为1个，与碟簧3型号相匹配；绝缘套7为一个，保证绝缘套7的绝缘性能，防止螺杆2带电。螺杆2由有绝缘导管5套住，导管两侧伸进至两侧端板内，保证电解槽与螺杆之间的绝缘性能。

实施例7：

结合上述实施例1至实施例6，本实施例提供一种最优方案，电解制氢电解槽是由正极端板4、负极端板5和多组圆形极板框组件10、多组圆形组合密封垫9由多根螺杆2拉紧组合而成，其结构基本与实例1相同。

极板框组件10为40～350组，组合密封垫9多1组，两者数量根据电解槽的产气量来进行确定。这里的极板框组件10数量为80组，组合密封垫组件9数量为81组。

水电解制氢电解槽由6～18根螺杆2进行固定，而螺杆2的根数主要是由极板框组件10的直径和高效水电解制氢电解槽的内部压力来确定，根据现有设计压力，这里确定螺杆2的根数为6根，均匀分布在端板外端，保证极板不漏气即可。

螺杆2拧紧部件由绝缘套7、平垫圈8、碟簧3和螺母1组成。螺杆2一侧的螺母1为1～2个、碟簧3为10～30组、绝缘套7为1个、平垫圈8为1～2个。考虑到电解槽的内部压力以及组合密封垫9的收缩性，这里螺杆2一侧设计的螺母1为1个，其直径根据电解槽设计要求进行确定；碟簧3为12组，其型号根据螺杆2直径确定；平垫圈8为1个，与碟簧3型号相匹配；绝缘套7为一个，保证绝缘套7的绝缘性能，防止螺杆2带电。螺杆2由有绝缘导管5套住，导管两侧伸进至两侧端板内，保证电解槽与螺杆2之间的绝缘性能。

极板组件14由1块平面主极板15、2块多孔附极板16、多个焊接螺柱17及与焊接螺柱17配套的不锈钢螺母、不锈钢垫片组合而成，其2块多孔附极板16分别由焊接螺柱17固定在主极板15的左右两侧。主极板15上的焊接螺柱17是用螺柱焊机在主极板15两侧各焊接5～12个不锈钢焊接螺柱17，主极板15中间焊接1个焊接螺柱17，其余焊接螺柱17呈圆形分布在主极板15上。这里的焊接螺柱17有7个，其中中间一个，其余6个均匀呈圆形分部在四周。

主极板15是由低碳钢盒装板加工成所需尺寸圆形，其厚度为1～3mm，这里的主极板15厚度为2mm；附极板16由纯镍构成或者镀镍金属构成，这里的附极板16由纯镍构成。

如图5、图6和图7所示，多孔附极板16为多孔状结构，从侧面观察，其内部孔竖直方向呈一条线，完全通透，减小气泡上浮阻力，其多孔形状可设计成任何多孔形状，主要是保证气泡有足够的空间上浮，这里的多孔形状设计成正六边形；多孔附极板16的厚度是根据高效制氢电解槽的小室宽度进行设计的，这里的附极板16厚度为9mm，多孔形状为宽度3mm的正六边形，整个附极厚度方向板可由3层多孔结构组成，多孔附极板内部纯镍丝的丝径为0.2～1mm，这里纯镍丝的丝径为0.5mm。这样的多孔附极板结构相当于4层镍丝网叠加而成，再考虑到横向镍丝增加的比表面积，其有效电解面积是原来单层镍丝网的2～5倍，则在相同型号电解槽的情况下，单台电解槽的电流可提高2～5倍，进而单台电解槽的产气量提高了2～5倍，在增大产气量的同时，其他辅助设备及热损耗基本不变，则平均每立方氢氧气的电耗下降0.1～0.5度，极大的降低了电流损耗。

主极板15与附极板16安装前需进行表面杂质处理，然后进行多孔镍电镀工艺处理，进一步增大极板组件的比表面积；主极板15与附极板16固定采用焊接螺柱17、不锈钢垫片和螺母进行固定，保证附极板与主极板连接牢固。

橡胶密封垫11区别于传统的平垫密封，在橡胶密封垫11的两侧各有一个密封唇20，密封唇20内部有一个椭圆形袋状气室22，密封唇20高度H为6mm，密封唇A面宽度L1为12mm，A面与H的夹角a为110°，A面与B面的夹角b为110°，B面与C的夹角a为25°B面的宽度L2为5mm，密封唇内部实心部分L3为5.5mm，密封唇外部延伸部分L4为15mm，密封唇外部延伸部分厚度L5为6mm。由于电解槽设计压力和设计直径的不同，密封唇的H、L1、L2、L3、L4、L5会适当改变。

橡胶密封垫11与隔膜石棉布12的组合方式为橡胶密封垫11在进行硫化压紧时，将隔膜石棉布12外圈放在橡胶密封垫11内侧位置，同时压紧并硫化，保证橡胶密封垫11与隔膜石棉布12粘牢，粘接部分长度为80mm。

极板框13上有放置橡胶密封垫密封唇20的高压密封槽16，高压密封槽16外径与密封唇16的外径一致，直径大小根据设计的电解槽产气量大小来确定，凹槽的深度为6mm，宽度为12mm，两凹槽之间的支撑筋宽度为5mm，凹槽外部极板框宽度为10mm，凹槽内部极板框宽度为65mm。

橡胶密封垫与极板框组件连接时，先将橡胶密封垫的密封唇嵌入极板框的密封槽内，由于密封唇存在一定的角度，按压过程中避免密封唇的不规则变形；其次将极板框组件叠放在带密封唇的橡胶密封垫上，同样确保密封唇嵌入密封槽内，且保证密封唇不严重变形，这样依次叠放至电解槽装配完成。

综上所述，本发明的这种高压力节能水电解制氢电解槽，将组合密封垫设计成带有自紧结构的带密封唇的组合密封垫，其唇形部分嵌入到极板框的凹槽内部，然后极板框与带密封唇的组合密封垫之间互相压紧，在电解槽内部有压力时，由于带密封唇的组合密封垫的密封唇结构，随着设备内部压力的增加，电解槽内部气体会进入到密封唇内部空间，电解槽内部气体压力会给密封唇一个向外的扩张力，而向外的扩张力使密封唇与极板框组件之间形成一定的压紧力，随着电解槽内部压力的增大，其密封唇与极板框之间的压紧力也越来越大，则电解槽的密封效果越来越好，这样通过结构密封弥补了平垫密封的不足，可满足远大于3.2MPa的内部压力，经过试验，这种高压水电解制氢电解槽至少可满足8MPa的内部压力。它结构简单、安装方便，同时采用三元乙丙橡胶垫极大的降低了橡胶垫成本，且可以反复使用。在高压状态下，不仅可以满足高压氢、氧气的直接输送，减少气体加压环节，而且内部压力的提高，对电解槽的工作效率了有很大的降低。而且，这种水电解制氢电解槽，将极板框组件上的极板组件设计成多孔型极板组件，将原有的镍丝网和支撑部分设计成一定厚度的多孔型附极板，主极板与附极板之间采用焊接螺柱连接，多孔附极板不但起到支撑作用，而且极大的增加了附极板的比表面积。它具有结构简单、安装方便、耗能低的特点，极大的降低了电解槽使用过程中单位产气量的耗电量。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种节能高压力水电解制氢电解槽，包括分别位于两端相对而设的扁平圆柱形的正极端板（6）和负极端板（4），正极端板（6）和负极端板（4）之间间隔交错排布有扁平圆柱形的组合密封垫（9）和极板框组件（10），并保持平行，螺杆（2）穿过正极端板（6）和负极端板（4）将组合密封垫（9）和极板框组件（10）紧固，其特征在于：所述的组合密封垫（9）两圆柱端面上分别设有呈圆形并且偏向圆心的密封唇密封唇（20），所述的极板框组件（10）的两圆柱端面上分别设有一呈圆形的高压密封槽（21），组合密封垫（9）的密封唇（20）嵌在极板框组件（10）的高压密封槽（21）中；

所述的极板框组件（10）由环状的极板框（13）和位于其环内的极板组件（14）焊接而成，极板组件（14）由一块扁平圆柱体形状的主极板（15）和安装在主极板（15）的柱体两端面的附极板（16）组成。

2.如权利要求1所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：所述的组合密封件（9）由环状的橡胶密封垫（11）和位于其环内的圆形隔膜石棉布（12）组合而成，隔膜石棉布（12）的边缘与橡胶密封垫（11）的环内边缘通过硫化热压工艺形成一体。

3.如权利要求2所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：所述的环状的橡胶密封垫（11）的两端面上分别设置有一圈偏向橡胶密封垫（11）环心的密封唇（20），两圈密封唇（20）内侧与橡胶密封垫（11）间形成两个对称的袋状气室（22）。

4.如权利要求1或2或3所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：所述的密封唇（20）的截面由垂直于橡胶密封垫（11）的横段（23）、接在横段（23）外端的斜段（24）以及接在斜段（24）的回钩段（25）组成，横段（23）与斜段（24）的夹角a为95°～145°，斜段（24）与回钩段（25）的夹角b为80°～130°，横段（23）、斜段（24）、回钩段（25）与橡胶密封垫（11）围成袋状气室（22），所述的袋状气室（22）的室壁为平滑的曲线，其走势为由回钩段（25）端部向横段（23）内侧，并且以15°～55°的偏向角逐渐偏向斜段（24）内侧。

5.如权利要求1所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：所述的极板框（13）的两端面上对应于密封唇（20）的位置设有一圈高压密封槽（21），密封唇（20）嵌于高压密封槽（21）中且留有活动间隙；所述的正极端板（6）和负极端板（4）相对的内侧面上，也分别设有一圈用于嵌装密封唇（20）的高压密封槽（21）。

6.如权利要求1所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：所述的附极板（16）是由0.2～1mm粗的纯镍丝或镀镍金属丝编织成厚度为8～12mm多孔型、多层组合的网格板结构。

7.如权利要求6所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：所述的网格板结构的附极板（16）在竖直方向为多个六边形或四边形径向通道（19），在水平方向为多个矩形横向通道（18）。

8.如权利要求1或6或7所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：主极板由厚度为1～3mm镀镍碳钢板制成，在主极板（15）上安装有多个不锈钢焊接螺柱（17），多个焊接螺柱（17）沿轴向贯穿主极板（15），其中一个焊接螺柱（17）位于主极板（15）中心位置，其余焊接螺柱（17）围绕中心的焊接螺柱（17）周向均布；

附极板（16）上与设在主极板（15）上的焊接螺柱（17）的相对应位置开设有相同数量螺栓安装孔，通过焊接螺柱（17）和其相配套的不锈钢螺母、不锈钢垫片将附极板（16）紧固在主极板（15）的两侧。

9.如权利要求1所述的节能高压力水电解制氢电解槽，其特征在于：所述的螺杆（2）的两端设有拧紧部件，该拧紧部件由内向外依次包括绝缘套（7）、平垫圈（8）、碟簧（3）和螺母（1），绝缘套（7）紧贴在正极端板（6）或负极端板（4）外圆面，正极端板（6）和负极端板（4）之间螺杆部分由绝缘导管（5）套住。