CN109735863B - 一种水电解制氢电解槽及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水电解制氢电解槽及设计方法。该水电解制氢电解槽，它包括隔膜、左端板、右端板、绝缘极板框组件组成，所述的电解槽在左端板和右端板之间固定有密封筒，密封筒左端面和左端板之间绝缘密封接触，同样密封筒的右端面和右端板之间绝缘密封接触，密封筒内固定有多个绝缘极板框组件。本发明具有工艺简单、结构合理、制造成本低，节能环保的特点。

Description

一种水电解制氢电解槽及设计方法

技术领域

本发明涉及一种电解槽，特别涉及一种水电解制氢电解槽及设计方法。

背景技术

目前，水电解制氢电解槽中的水电解制氢电解槽的成本主要部分来自于其各零部件的制造成本，由于电解槽由几百组金属极板框、极板和四氟密封垫等组成，加工和装配工艺复杂，难度大，控制极板框、极板的生产成本，改进各零部件之间的连接和装配工艺是控制电解槽成本的关键因素。

这种现有加工和装配技术存在以下不足：

(1)极板与极板框的焊接很容易导致绝缘极板框组件整体变形，不仅影响电解槽的装配精度及运行稳定性，而且有一定的加工难度，需要高额加工费用。

(2)极板框上用于装配和密封的台阶和气液循环道、孔加工难度非常大，精度难以保证，且数量多，费用十分昂贵。

(3)四氟密封垫与极板框之间装配工艺要求非常高，且是几百组依次叠加，在高温热紧过程中，由于多组四氟密封垫的蠕变性叠加难题，极易引起某部分四氟密封垫压紧出现漏液问题，导致电解槽装配失败。

发明内容

针对现有电解槽极板框、极板加工费用高，各零部件装配工艺复杂的问题：本发明的目的是提供一种工艺简单、结构合理、制造成本低，节能环保的水电解制氢电解槽及设计方法。

本发明的技术方案是：一种水电解制氢电解槽，它包括隔膜、左端板、右端板、绝缘极板框组件组成，所述的电解槽在左端板和右端板之间固定有密封筒，密封筒左端面和左端板之间绝缘密封接触，同样密封筒的右端面和右端板之间绝缘密封接触，密封筒内固定有多个绝缘极板框组件。

所述的密封筒为一体式整体结构或多组式分体结构，多组式分体结构由多个密封筒密封串接构成。

所述的密封筒是金属圆筒，金属密封筒内壁套有绝缘密封套筒，或在金属密封筒内壁涂有密封绝缘材料或粘接有密封绝缘材料层；或密封筒是非金属绝缘材料制成的绝缘密封筒。

所述的电解槽在左端板和右端板之间通过拉杆固定有密封筒，密封筒与左端板、右端板之间分别设置有绝缘密封垫，绝缘密封垫与绝缘密封套筒为一体结构或分体结构。

所述的绝缘极板框组件由绝缘极板框、主极板和附电极组成，主极板两侧压接有附电极，主极板和附电极插在绝缘极板框内的凹槽中固定；每个绝缘极板框组件之间通过隔膜压紧连接。

所述的绝缘极板框组件由绝缘极板框和隔膜组成，隔膜插在绝缘极板框内的凹槽中固定；每个绝缘极板框组件之间通过主极板压紧连接，主极板两侧表面分别压接有附电极。

所述的绝缘极板框是一体的圆环结构，圆环内有相对应的凹槽，以便插接固定主极板和附电极，或插接固定隔膜；或是分体结构，即由两个圆环对接构成绝缘极板框，并在两个圆环之间压接固定主极板和附电极或在两个圆环之间压接隔膜；分体圆环对应面上分别对应设置有用于镶嵌主极板和附电极或隔膜的固定槽。

所述绝缘极板框设置有气液循环道和气液循环孔，气液循环道和气液循环孔是直接在绝缘极板框上一次模具成型，或是加工形成；在气液循环道和气液循环孔内壁可镶嵌有金属通道或采用其它高强度材料制成通道。

所述附电极的形状是板状，或者是网状，所述附电极也可以是带活性涂层的电极。

一种水电解制氢电解槽的设计方法，它通过在绝缘极板框组件外表面套密封筒，将直接作用在绝缘极板框组件的高压力密封面转化为密封筒两端面的高压力密封，使套在密封筒内的多组绝缘极板框组件相互压紧即可，提高多组绝缘极板框组件之间的密封性能。

本发明的有益效果是：

1)本发明淘汰多组极板框组合结构，采用密封筒结构，规避了多组极板框叠加组合形成多组密封面的现象，采用两端面密封，解决多组密封面叠加密封难题，提高了设备质量和寿命。

2)本发明淘汰多组极板框组合结构，采用密封筒结构，取消了绝缘极板框组件之间的四氟密封垫，降低了电解槽的制造成本。

3)本发明淘汰了传统极板和极板框焊接模式，采用极板镶嵌在绝缘极板框内侧的方式，规避了大直径薄板焊接变形难题，减少了加工成本。

4)本发明淘汰了传统极板和极板框焊接模式，采用极板镶嵌在绝缘极板框内侧的方式，规避了传统极板框组件的高制造成本，简化了电解槽的安装和制造工艺，最终达到降低生产成本的目的。

5)本发明淘汰传统金属极板框材质，采用绝缘极板框材质，规避了传统极板框道、孔和密封面的加工难题，绝缘及板框可模具一次成型，减少极板框的制造成本。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

图1是本发明一体式密封筒的水电解制氢电解槽的结构示意图；

图2是本发明采用拉杆连接的水电解制氢电解槽的结构示意图；

图3是本发明采用多组密封筒组合式的水电解制氢电解槽结构示意图；

图4是本发明一种绝缘极板框组件结构示意图；

图5是本发明另一种绝缘极板框组件结构示意图；

图6是图1的局部剖面图；

图中：1、拉杆；2、螺母；3、左端板；4、密封筒；5、绝缘密封垫；6、绝缘密封套筒；7、隔膜；8、绝缘极板框；9、主极板；10、附电极；11、右端板；12、气液循环道；13、气液循环孔；14、绝缘极板框组件。

具体实施方式

这种水电解制氢电解槽的设计方法是，它通过在传统的水电解制氢电解槽外表面套密封筒4，使传统极板框组件之间的多组高压力密封面转化为密封筒4两端面的高压力密封，套在密封筒4内的多组绝缘极板框组件14相互压紧密封即可，这种压紧比已知技术的极板框之间的压紧减少工艺环节省力80％以上，极大降低了多组绝缘极板框组件14之间的密封难度，提高设备密封性能，达到了简化工艺、降低制造成本的目的。

实施例1：

如图1和图6所示，一种水电解制氢电解槽，它包括隔膜7、左端板3、右端板11、绝缘极板框组件14组成，所述的电解槽在左端板3和右端板11之间固定有密封筒4，密封筒4左端面和左端板3之间绝缘密封接触，同样密封筒4的右端面和右端板11之间绝缘密封接触，密封筒4内固定有多个绝缘极板框组件14。

其中，左端板3和右端板11也可以直接加工成密封筒4的左右密封端盖。这种采用密封筒4的结构淘汰了以往多组传统极板框组合结构，规避了多组极板框之间的密封难题，规避了极板框加工难题，不仅减少了电解槽的装配工艺和生产成本。

实施例2

在实施例1的基础上做进一步说明，所述的密封筒4可采用一体式整体结构，也可采用多组式分体结构如图3所示，多组式分体结构由多个密封筒4密封串接构成。它是一种多组密封筒组合式的水电解制氢电解槽。这种多组密封筒组合式的水电解制氢电解槽产氢量更大，安装也更方便，直接以一个组装好的密封筒为部件进行装配。

实施例3

在实施例1或2的基础上做进一步说明，所述的密封筒4可以是金属圆筒，金属密封筒4内壁套有绝缘密封套筒6，或在金属密封筒4内壁涂有密封绝缘材料或粘接有密封绝缘材料层；密封筒4也可以是非金属绝缘材料制成的绝缘密封筒4。采用金属密封筒4与绝缘套筒的组合结构方式，硬度高、强度大，可满足高压力密封需求，适用性强；采用非金属绝缘材料制成的绝缘密封筒4方式，其结构简单、加工难度低，但须选用高强度、高硬度的非金属材料，满足不同型号的电解槽在3.2MPa、5MPa或更高的压力需求。

实施例4

在实施例1或2或3的基础上做进一步说明，如图2所示，所述的电解槽在左端板3和右端板11之间通过拉杆1固定有密封筒4，密封筒4与左端板3、右端板11之间分别设置有绝缘密封垫5，绝缘密封垫5与绝缘密封套筒6为一体结构或分体结构。

其中，拉杆1穿过左端板3、密封筒4和右端板11，拉杆1两端分别通过螺母2将左端板3、密封筒4和右端板固定在一起。拉杆1可以是多个，沿圆周分布。为了保证固定的强度，沿密封筒4的中心也可以设置拉杆1。

实施例5

在实施例1或2或3或4的基础上做进一步说明，如图4所示，所述的绝缘极板框组件14由绝缘极板框8、主极板9和附电极10组成，主极板9两侧压接有附电极10，主极板9和附电极10插在绝缘极板框8内的凹槽中固定；每个绝缘极板框组件14之间通过隔膜7压紧连接如图6所示。

实施例6

在实施例1或2或3或4的基础上做另一种结构说明，如图5所示，所述的绝缘极板框组件14由绝缘极板框8和隔膜7组成，隔膜7插在绝缘极板框8内的凹槽中固定；每个绝缘极板框组件14之间通过两侧压接有附电极10的主极板9压紧连接。实施例6与实施例5效果等同，是电解槽内部结构的另一种实施方式。

实施例7

在实施例5的基础上做进一步说明，所述的绝缘极板框8可以是一体的圆环结构，圆环内有相对应的凹槽，以便插接固定主极板9和附电极10，或插接固定隔膜7；也可以是分体结构，即由两个圆环对接构成绝缘极板框8，并在两个圆环之间压接固定主极板9和附电极10或在两个圆环之间压接隔膜7；分体圆环对应面上分别对应有镶嵌主极板9和附电极10或隔膜7的固定槽，以便更好的固定主极板9和附电极10或隔膜7。实施例7的一体式结构，可以简化绝缘极板框组件14的安装工艺，减少绝缘极板框8的模具数量；实施例7的分体式结构，可以降低绝缘及板框凹槽内主极板9和附电极10的安装难度，便于装配。

实施例8

在实施例5的基础上做进一步说明，所述绝缘极板框8有气液循环道12和气液循环孔13，气液循环道12和气液循环孔13可直接在绝缘极板框8上一次模具成型，也可以加工形成；在气液循环道12和气液循环孔13内壁可镶嵌有金属通道或采用其它高强度材料制成通道。这样防止孔、道压缩变形，影响气液的顺畅流通。如气孔和液孔内镶嵌有圆形的金属环，确保气孔和液孔不变形，也可以镶嵌方形等其他形状的金属环。

实施例9

在实施例5的基础上做进一步说明，所述附电极10的形状可以是板状，也可以是网状，或者是其他结构形状的附电极；附电极10也可以是带活性涂层的电极。

实施例10

如图6所示，它是本发明其中水电解制氢电解槽，它通过在传统的水电解制氢电解槽外表面套密封筒4(即：直接在绝缘极板框组件14外表面套密封筒4)，使传统极板框组件之间的多组高压力密封面转化为密封筒4两端面的高压力密封，套在密封筒4内的多组绝缘极板框组件14相互轻微压紧密封即可(与已知工艺要求比)，极大降低了多组绝缘极板框组件14之间的密封难度，提高设备密封性能，极大降低了绝缘极板框组件14的加工工艺和装配难度，达到了简化工艺、降低制造成本的目的。绝缘极板框组件14由绝缘极板框8、主极板9和附电极10组成，主极板9两侧压接有附电极10，主极板9和附电极10插在绝缘极板框8内的凹槽中固定；每个绝缘极板框组件14之间通过隔膜7压紧连接。绝缘极板框8有气液循环道12和气液循环孔13如图4所示。

Claims (7)

1.一种水电解制氢电解槽，它包括隔膜(7)、左端板(3)、右端板(11)、绝缘极板框组件(14)组成，其特征是：所述的电解槽在左端板(3)和右端板(11)之间固定有密封筒(4)，密封筒(4)左端面和左端板(3)之间绝缘密封接触，同样密封筒(4)的右端面和右端板(11)之间绝缘密封接触，密封筒(4)内固定有多个绝缘极板框组件(14)；所述的密封筒(4)是金属圆筒，金属密封筒(4)内壁套有绝缘密封套筒(6)，或在金属密封筒(4)内壁涂有密封绝缘材料或粘接有密封绝缘材料层；或密封筒(4)是非金属绝缘材料制成的绝缘密封筒；

所述的绝缘极板框组件(14)由绝缘极板框(8)、主极板(9)和附电极(10)组成，主极板(9)两侧压接有附电极(10)，主极板(9)和附电极(10)插在绝缘极板框(8)内的凹槽中固定；每个绝缘极板框组件(14)之间通过隔膜(7)压紧连接；

或所述的绝缘极板框组件(14)由绝缘极板框(8)和隔膜(7)组成，隔膜(7)插在绝缘极板框(8)内的凹槽中固定；每个绝缘极板框组件(14)之间通过主极板(9)压紧连接，主极板(9)两侧表面分别压接有附电极(10)。

2.根据权利要求1所述的一种水电解制氢电解槽，其特征是：所述的密封筒(4)为一体式整体结构或多组式分体结构，多组式分体结构由多个密封筒(4)密封串接构成。

3.根据权利要求1所述的一种水电解制氢电解槽，其特征是：所述的电解槽在左端板(3)和右端板(11)之间通过拉杆(1)固定有密封筒(4)，密封筒(4)与左端板(3)、右端板(11)之间分别设置有绝缘密封垫(5)，绝缘密封垫(5)与绝缘密封套筒(6)为一体结构或分体结构。

4.根据权利要求1所述的一种水电解制氢电解槽，其特征是：所述的绝缘极板框(8)是一体的圆环结构，圆环内有相对应的凹槽，以便插接固定主极板(9)和附电极(10)，或插接固定隔膜(7)；或是分体结构，即由两个圆环对接构成绝缘极板框(8)，并在两个圆环之间压接固定主极板(9)和附电极(10)或在两个圆环之间压接隔膜(7)；分体圆环对应面上分别对应设置有用于镶嵌主极板(9)和附电极(10)或隔膜(7)的固定槽。

5.根据权利要求1所述的一种水电解制氢电解槽，其特征是：所述绝缘极板框(8)设置有气液循环道(12)和气液循环孔(13)，气液循环道(12)和气液循环孔(13)是直接在绝缘极板框(8)上一次模具成型，或是加工形成；在气液循环道(12)和气液循环孔(13)内壁可镶嵌有金属通道或采用其它高强度材料制成通道。

6.根据权利要求1所述的一种水电解制氢电解槽，其特征是：所述附电极(10)的形状是板状，或者是网状；所述附电极(10)是带活性涂层的电极。

7.根据权利要求1所述的一种水电解制氢电解槽的设计方法，其特征是：它通过在绝缘极板框组件(14)外表面套密封筒(4)，将直接作用在绝缘极板框组件的高压力密封面转化为密封筒两端面的高压力密封，使套在密封筒内的多组绝缘极板框组件相互压紧即可，提高多组绝缘极板框组件之间的密封性能。

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