CN108796538B - 一种电解槽用电极密封框 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电解槽用电极密封框，包括阴极密封框和阳极密封框，所述阴极密封框和阳极密封框均设有进水口、出水口，所述进水口和出水口中心对称，所述阴极密封框和阳极密封框上设有若干螺栓紧固孔，螺栓紧固孔为偶数个，所述螺栓紧固孔中心对称，且两个螺栓紧固孔之间设有一个实心区；所述阳极密封框的进水口和出水口均设有避免压紧损伤的分流加强筋；所述阴极密封框和阳极密封框上均设有加强密封的密封凸条。本发明为水路气路提供了优良通道，阴极电极密封框设置气路出口，减少了后续分离的过程，并且通过内部的结构设计，提高了电流密度，减少了能源消耗，又大大提高了产氢效率。

Description

一种电解槽用电极密封框
技术领域
本发明涉及水电解制氢技术领域，具体地说是一种电解槽用电极密封框。
背景技术
氢气作为21世纪最为清洁高效的能源，成为当今国内外追捧的能源，如何高效制备氢气也随即成为研究的关键技术，随之PEM水电解制氢是当今国内外先进的制氢技术，PEM水电解制氢技术中最为关键的部件为电解槽，而电解槽的内部电极密封框结构如何优化，为水路气路的提供通畅的管路，成为关键技术之一。
由于PEM水电解制氢技术国内并没有形成大规模的商业化模式，所以电解槽内电极密封框的设计都在摸索探寻中，虽然碱液水电解制氢得到大规模推广，并且使用的电极密封框已经得以应用，但是其内部的水路与气路的设计路线比较繁杂，阴阳极的水路都是独立设置进出水口，阴极侧出口中混杂了腐蚀性气体及液体，并且要单独进行分离。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种电解槽用电极密封框。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电解槽用电极密封框，包括阴极密封框和阳极密封框，所述阴极密封框和阳极密封框为矩形，所述阴极密封框和阳极密封框均包括进水口和出水口，所述进水口和出水口中心对称，所述阴极密封框和阳极密封框上设有若干螺栓紧固孔，所述螺栓紧固孔中心对称；所述阳极密封框的进水口和出水口均设有避免压紧损伤的分流加强筋；所述阴极密封框和阳极密封框上均设有加强密封的密封件。
优选的，所述螺栓紧固孔为偶数个。
优选的，所述出水口和氧气出口采用同一个出口；所述阴极密封框和阳极密封框上均设有氢气出口。
进一步的，所述进水口、出水口和氢气出口的内侧呈圆弧倒角。
进一步的，所述密封件包括内密封凸条、外密封凸条和第一密封圈，所述阴极密封框正面靠近内边缘位置的内密封凸条围绕进水口和出水口边缘设置，所述阴极密封框正面靠近外边缘位置设有外密封凸条；所述阴极密封框反面靠近内边缘和外边缘位置分别设有内密封凸条和外密封凸条，所述阴极密封框反面的进水口、出水口和氢气出口位于内密封凸条和外密封凸条之间，且进水口、出水口和氢气出口边缘均设有第一密封圈；所述阴极密封框正面和反面的内密封凸条和外密封凸条之间设有若干螺栓紧固孔和实心孔，所述螺栓紧固孔和实心孔间隔设置；所述阴极密封框的进水口和出水口均设有分流加强筋，所述分流加强筋分别与进水口和出水口连接，位于阴极密封框的正面，靠近阴极密封框内边缘的一侧；所述阴极密封框与阳极密封框的形状结构一致。
进一步的，所述实心孔内设有“十”字形凸条。
进一步的，所述阴极密封框和阳极密封框正面和反面的四角均设有第二密封圈，位于靠近内密封凸条位置。
优选的，所述阴极密封框和阳极密封框短边的外边缘均设有相互对称的耳板。
优选的，所述阳极密封框和阴极密封框的内边缘设有垫片。
本发明为水路气路提供了优良通道，将阴阳极的进水管路合为一个流道，阴极电极密封框设置氢气气路出口，减少了后续分离的过程，并且通过内部的结构设计，提高了电流密度，减少了能源消耗，又大大提高了产氢效率；产氢量需求相对较大的情况下，采用该密封框，可以有效增大水资源的利用率，节约能源，并提高制氢量。
附图说明
构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解。在附图中：
图1是本发明一种电解槽用电极密封框的阴极密封框的俯视图。
图2是本发明一种电解槽用电极密封框的阴极密封框的仰视图。
图3是本发明实施例电解槽的结构示意图。
图中：1、进水口；2、出水口；3、氢气出口；4、分流加强筋；5、密封件；51、内密封凸条；52、外密封凸条；53、第一密封圈；6、垫片；7、螺栓紧固孔；8、实心区、9耳板、10、第二密封圈。
具体实施方式
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。
电解槽由多个电解小室组成，每个电解小室由阴阳极室组成，每个阴阳极室内是通过成对电极密封框将其密封组成，每个单一的电解小室通过电极密封框将膜电极保护在内部，为膜电极提供电解所用水源，以及为电解后产生的气体提供通道，另外还要将未电解的水带出，循环使用。
一种电解槽用电极密封框，包括阴极密封框和阳极密封框，所述阴极密封框和阳极密封框均包括进水口1、出水口2，其特征在于：所述进水口1和出水口2中心对称，保证进入通道内分流后到达同一中心对称点的理论路程与理论时间是一致的，这样保证各点电解时受到电解效率是相同，不会导致电流密度分布不均，造成膜电极损坏，缩短使用寿命。所述阴极密封框和阳极密封框上设有若干螺栓紧固孔7，螺栓紧固孔7为偶数个，所述螺栓紧固孔7中心对称，保证受力均匀；所述阳极密封框的进水口1和出水口2均设有分流加强筋4，使进出口的水流、气流更加均匀，并且起到保护进出口在压紧过程被压坏，有效避免了密封片阻塞通道；所述阴极密封框和阳极密封框上均设有加强密封的密封件5，大大增强了整个电解槽密封性能。
根据单槽产氢量的大小，可以适当增加进出口个数，满足电解槽电解消耗水的用量及制氢量。根据单槽产氢量的大小，当单槽产氢量不小于10Nm3/h时，采用矩形阴、阳极电极密封框。
如图1和2所示，所述阴极密封框和阳极密封框为矩形，所述出水口2和氧气出口采用同一个出口；所述阴极密封框和阳极密封框上均设有氢气出口3；所述进水口1、出水口2和氢气出口3的内侧呈圆弧倒角，当电解槽电解产氢量较大时，内部水流速及气体流速变大，圆弧倒角可防止在进出口产生湍流现象，使通道流通更加通畅。所述进水口1、出水口2均为2个，氢气出口3为4个。所述进水口1和出水口2可互换使用。
所述密封件5包括内密封凸条51、外密封凸条52和第一密封圈53，所述阴极密封框正面靠近内边缘位置的内密封凸条51围绕进水口1和出水口2边缘设置，所述阴极密封框正面靠近外边缘位置设有外密封凸条52；所述阴极密封框反面靠近内边缘和外边缘位置分别设有内密封凸条51和外密封凸条52，所述阴极密封框反面的进水口1、出水口2和氢气出口3位于内密封凸条51和外密封凸条52之间，且进水口1、出水口2和氢气出口3边缘均设有第一密封圈53；所述阴极密封框正面和反面的内密封凸条51和外密封凸条52之间设有若干螺栓紧固孔7和实心孔8，所述螺栓紧固孔7和实心孔8间隔设置，实心孔8的设计保证电极密封框有良好的的支撑性，并且能够有一定的耐压抗形变性，使电解槽使用寿命大大加长。所述阴极密封框的进水口1和出水口2均设有分流加强筋4，所述分流加强筋4分别与进水口1和出水口2连接，位于阴极密封框的正面，靠近阴极密封框内边缘的一侧，分流加强筋4使进出口的水流、气流更加均匀，并且起到保护进出口在压紧过程被压坏，有效避免了密封片阻塞通道。所述阴极密封框与阳极密封框的形状结构一致。所述阳极密封框和阴极密封框的内边缘设有垫片6，将阴阳膜电极在最外侧容易出现气体混合的区域有效隔离，避免氢气氧气混合，保证气密性。密封件为密封垫片6提供了良好的气密线路，大大增强了整个电解槽密封性能。所述阴极密封框和阳极密封框的除进水口1、出水口2、氢气出口3和螺栓紧固孔7外均为实心区，所述实心孔8位于实心区上。所述实心孔8内设有密封加固的“十”字形凸条。
所述阴极密封框和阳极密封框正面和反面的四角均设有密封加固的第二密封圈10，位于靠近内密封凸条51位置。
所述阴极密封框和阳极密封框短边的外边缘均设有相互对称的耳板9，方便尺寸较大铸膜片的安装与拆卸，在保护内部膜电极免受横向力的损坏，造成刮伤，影响膜电极的使用效果。
如图3所示，此类电解槽由多个单一电解小室串联组成，单一电解小室按照负极电极、密封垫片、阴极密封框、填充材料、阴极膜电极、密封垫片、阳极膜电极、填充材料、阳极密封框、密封垫片、正极电极的顺序排放，每个单一电解小室之间增加一层绝缘垫片，内部电路通过水作为导体串联。安装方式按照正极在上负极在下的平层堆积方式，组装整个电解槽。阴极密封框与阳极密封框是一正一反堆积方式组装，阳极所用密封框正面向上，则阴极所用密封框反面向上。
水通过阳极密封框进水口1进入阳极密封框内，到达阳极电解区，电解后产生H+和氧气，氧气和为电解结合的水不能透过阳极膜电极，通过阳极密封框出水口2流出电解槽，H+结合水分子形成H30+透过阳极膜电极，进入阴极密封框内，到达阴极电解区，在阴极膜电极电解下生成氢气，残留少量水和氢气通过阴极密封框氢气出口3离开电解槽，此时阴极密封框进出口有四个都可作为氢气出口，为了保持输出氢气压力，所以只选择其中两个作为氢气出口，这两个氢气出口为中心对称，这样既可保证内部有充足氢气流动，保持内部压力，又可以使氢气在另外一对中心对称的出口高效排出，提高输出氢气效率。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电解槽用电极密封框，包括阴极密封框和阳极密封框，所述阴极密封框和阳极密封框为矩形，所述阴极密封框和阳极密封框均包括进水口(1)和出水口(2)，其特征在于：所述进水口(1)和出水口(2)中心对称，所述阴极密封框和阳极密封框上设有若干螺栓紧固孔(7)，所述螺栓紧固孔(7)中心对称；所述阳极密封框的进水口(1)和出水口(2)均设有避免压紧损伤的分流加强筋(4)；所述阴极密封框和阳极密封框上均设有加强密封的密封件(5)。
2.根据权利要求1所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述螺栓紧固孔(7)为偶数个。
3.根据权利要求1所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述出水口(2)和氧气出口采用同一个出口；所述阴极密封框和阳极密封框上均设有氢气出口(3)。
4.根据权利要求3所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述进水口(1)、出水口(2)和氢气出口(3)的内侧呈圆弧倒角。
5.根据权利要求4所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述密封件(5)包括内密封凸条(51)、外密封凸条(52)和第一密封圈(53)，所述阴极密封框正面靠近内边缘位置的内密封凸条(51)围绕进水口(1)和出水口(2)边缘设置，所述阴极密封框正面靠近外边缘位置设有外密封凸条(52)；所述阴极密封框反面靠近内边缘和外边缘位置分别设有内密封凸条(51)和外密封凸条(52)，所述阴极密封框反面的进水口(1)、出水口(2)和氢气出口(3)位于内密封凸条(51)和外密封凸条(52)之间，且进水口(1)、出水口(2)和氢气出口(3)边缘均设有第一密封圈(53)；所述阴极密封框正面和反面的内密封凸条(51)和外密封凸条(52)之间设有若干螺栓紧固孔(7)和实心孔(8)，所述螺栓紧固孔(7)和实心孔(8)间隔设置；所述阴极密封框的进水口(1)和出水口(2)均设有分流加强筋(4)，所述分流加强筋(4)分别与进水口(1)和出水口(2)连接，位于阴极密封框的正面，靠近阴极密封框内边缘的一侧；所述阴极密封框与阳极密封框的形状结构一致。
6.根据权利要求5所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述实心孔(8)内设有“十”字形凸条。
7.根据权利要求5所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述阴极密封框和阳极密封框正面和反面的四角均设有第二密封圈(10)，位于靠近内密封凸条(51)位置。
8.根据权利要求1所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述阴极密封框和阳极密封框短边的外边缘均设有相互对称的耳板(9)。
9.根据权利要求1所述的一种电解槽用电极密封框，其特征在于：所述阳极密封框和阴极密封框的内边缘设有垫片(6)。
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