CN115287687A - 一种电解槽密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电解制氢技术领域，公开了一种密封性及间距一致性较好的电解槽密封结构，具备：阳极板(103a)；阴极板(103b)，其与阳极板(103a)层叠设置；至少两块框架，其形成为中空结构，框架层叠设置在阳极板(103a)与阴极板(103b)层叠限定的空间内；至少一块质子交换膜(110a)，其设在框架的层叠之间，用于交换质子；多块密封部件，其分别设于阳极板(103a)、框架、质子交换膜(110a)及阴极板(103b)的贴合处之间。
Description
技术领域
本发明涉及电解制氢技术领域，更具体地说，涉及一种电解槽密封结构。
背景技术
电解槽在制氢系统中是较为常用器件。目前，制氢系统通常包括布置以堆叠体的形式布置的多个单槽体，其中，每个单槽体包括阴极、质子交换膜、填充层和阳极。电解时，在电极板接入电源，将流经槽体的流场内的水体进行电解。
然而，现有的多个单槽体进行堆叠时，由于槽体内的框架平整度较差，使得框架、密封层及质子交换膜进行层叠设置时出现缝隙，导致多个单槽体之间的间距一致性及平整度不一致，使得电解槽在电解过程中，在电解槽的侧壁出现渗漏的情形。
因此，如何保证多个单槽体堆叠时，层叠间距的一致性及平整度成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述由于槽体内的框架平整度较差，使得框架、密封层及质子交换膜进行层叠设置时出现缝隙，导致多个单槽体之间的间距一致性及平整度不一致，使得电解槽在电解过程中，在电解槽的侧壁出现渗漏的情形的缺陷，提供一种密封性及间距一致性较好的电解槽密封结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电解槽密封结构，具备：
阳极板；
阴极板，其与所述阳极板层叠设置；
至少两块框架，其形成为中空结构，所述框架层叠设置在所述阳极板与所述阴极板层叠限定的空间内；
至少一块质子交换膜，其设在所述框架的层叠之间，用于交换质子；
多块密封部件，其分别设于所述阳极板、所述框架、所述质子交换膜及所述阴极板的贴合处之间。
在一些实施方式中，所述框架至少包括第一框架及第二框架，
所述第一框架与所述第二框架层叠设置在所述阳极板与所述阴极板层叠限定的空间内。
在一些实施方式中，所述密封部件包括第一密封部件及第二密封部件，
在所述第一框架与所述阳极板的贴合处设有第一密封部件；
在所述第二框架与所述阴极板的贴合处设有第二密封部件。
在一些实施方式中，在所述第一框架及所述第二框架的端面上形成有多条环形的凸肋，
所述第一框架的凸肋与所述阳极板贴合设置，使得所述第一框架的凸肋与所述阳极板配合，对所述第一密封部件形成挤压密封；
所述第二框架的凸肋与所述阴极板贴合设置，使得所述第二框架的凸肋与所述阴极板配合，对所述第二密封部件形成挤压密封。
在一些实施方式中，所述第二密封部件的内边缘宽度等于所述第一密封部件的内边缘宽度。
在一些实施方式中，所述质子交换膜设置在所述第一框架与所述第二框架配合形成的反应腔内，
并将所述反应腔分隔为第一反应腔及第二反应腔。
在一些实施方式中，在所述第一框架与所述质子交换膜的一侧贴合处之间还设有第三密封部件，
在所述第二框架与所述质子交换膜的另一侧贴合处之间还设有第四密封部件。
在一些实施方式中，所述第三密封部件、所述质子交换膜及所述第四密封部件层叠贴合设置，以形成所述第一框架与所述第二框架之间的密封。
在一些实施方式中，在所述第一反应腔内设置至少一层钛网及至少一层毡布，
所述钛网及所述毡布贴合设置，以形成阳极集电层。
在一些实施方式中，在所述第二反应腔设置至少两层毡布及至少一层钛网，
所述钛网及所述毡布贴合设置，以形成阴极集电层。
在本发明所述的电解槽密封结构中，包括阳极板、阴极板、质子交换膜及密封部件，框架层叠设置在阳极板与阴极板层叠限定的空间内；质子交换膜设置在框架的层叠之间，用于交换质子；密封部件分别设于阳极板、框架、质子交换膜及阴极板的贴合处之间。与现有技术相比，通过在阳极板、框架、质子交换膜及阴极板的贴合处之间设置至少一层密封部件，进而提高电解组件的整体密封性，可有效解决因制作工艺的瑕疵，导致框架的平整度不一致，而使得框架、密封层及质子交换膜进行层叠设置时，可能会出现缝隙，使得电解槽在电解过程中，在电解槽的侧壁出现渗漏的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供电解槽一实施例的立体图；
图2是本发明提供电解槽一实施例的部分爆炸图；
图3是本发明提供电解组件一实施例的立体图；
图4是本发明提供电解组件一实施例的剖视图；
图5是本发明提供电解组件一实施例的部分爆炸图；
图6是本发明提供框架一实施例的立体图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-图6所示，在本发明的电解槽密封结构的第一实施例中，电解槽10包括多个密封结构层。
具体地，阳极板103a呈方形的板状，在其外延设有多个定位孔、进水、出水及排氢孔，其用于连接外部电源。
其中，阴极板103b与阳极板103a结构及作用一样，其与阳极板103a层叠设置，以形成框架(对应105a及105b)、钛板、质子交换膜110a及密封部件的放置空间。
至少两块框架(对应105a及105b)，其形成为中空结构，其采用硅胶或铁氟龙等柔性材料，以增加密封的可靠性。
进一步地，框架(对应105a及105b)层叠设置在阳极板103a与阴极板103b层叠限定的空间内。
具体地，框架(对应105a及105b)至少包括第一框架105a及第二框架105b，其中，第一框架105a与第二框架105b层叠设置在阳极板103a与阴极板103b层叠限定的空间内。
至少一块质子交换膜110a，其设置在阳极电极与阴极电极之间。电解时，纯净水在阳极电极处电解反应以形成氧气、电子、和氢离子(质子)。氧气和部分纯净水回流至储水部件，同时质子和水穿过质子交换膜110a迁移到阴极侧，通过阴极催化层及阴极扩散层，使得氢离子在阴极处形成氢气。
具体地，质子交换膜110a设在第一框架105a与第二框架105b的层叠之间，且覆盖第一框架105a与第二框架105b的中空部分，其用于交换质子。
多块密封部件(对应104c、104d、106a及106b)，其分别设于阳极板103a、框架(对应105a及105b)、质子交换膜110a及阴极板103b的贴合处之间。
具体为，第一密封部件104c设置于第一框架105a与阳极板103a的一侧贴合处之间，且与阳极板103a的外缘相贴合；
第二密封部件104d设置于第二框架105b与阴极板103b的一侧贴合处之间，且与阴极板103b的外缘相贴合。
第三密封部件106a设置于第一框架105a与质子交换膜110a的一侧贴合处之间，且第三密封部件106a的内缘延伸至反应腔(对应300a及300b)内。
第四密封部件106b设置于第二框架105b与质子交换膜110a的另一侧贴合处之间，且第四密封部件106b的内缘延伸至反应腔(对应300a及300b)内。
其中，阳极板103a、框架(对应105a及105b)、钛板、质子交换膜110a、密封部件及阴极板103b均设置在端板(101a、101b)之间，在一端板101a的一侧设置进水口101a1，在端板(101a、101b)的外缘设置定位通孔(101a2及101b2)。
使用本技术方案，通过在阳极板103a、框架(对应105a及105b)、质子交换膜110a及阴极板103b的贴合处之间设置至少一层密封部件，进而提高电解组件的整体密封性，可有效解决因制作工艺的瑕疵，导致框架的平整度不高，而使得框架(对应105a及105b)、密封层及质子交换膜110a进行层叠设置时，可能会出现缝隙，使得电解槽10在电解过程中，在电解槽10的侧壁出现渗漏的问题。
在一些实施方式中，为了提高电解槽的密封效果，如图6所示，可在第一框架105a及第二框架105b的端面上形成有多条环形的凸肋(对应108e及108f)，其中，第一框架105a及第二框架105b的外缘设置第一环形凸肋108e，第一框架105a及第二框架105b的内缘设置第二环形凸肋108f。
具体地，第一框架105a的凸肋与阳极板103a贴合设置，使得第一框架105a的凸肋与阳极板103a配合，对第一密封部件104c形成挤压密封；
第二框架105b的凸肋与阴极板103b贴合设置，使得第二框架105b的凸肋与阴极板103b配合，对第二密封部件104d形成挤压密封。
在一些实施方式中，为了提高质子交换膜110a的工作性能，参照图4，第二密封部件104d的内边缘宽度等于第一密封部件104c的内边缘宽度，通过设置第一密封部件104c及第二密封部件104d，以对框架(对应105a及105b)、阳极板103a及阴极板103b的贴合之间形成有效的密封。
其中，在第一密封部件104c及第二密封部件104d的外侧还设置用于导电的钛板(对应104a及104b)。在一些实施方式中，质子交换膜110a设置在第一框架105a与第二框架105b配合形成的反应腔内，并将反应腔分隔为第一反应腔300a及第二反应腔300b。
具体地，在第一框架105a上至少设置对称的通水孔120a及回水孔120b，在通水孔120a及回水孔120b的端面上还开设有多组通水流道(108a及108b)。在第二框架105b至少设置对称的通气孔120c及120d，在通气孔120c及120d的端面上还开设有多组通气流道(108c及108d)。
在第一框架105a及第二框架105b的外延还设置有通孔凸肋130a及支持部150，通过设置通孔凸肋130a及支持部150可提高质子交换膜110a铺设的平整度。
在一些实施方式中，为了保证框架之间的密封效果，可在第一框架105a、质子交换膜110a及第二框架105b的层叠之间设置第三密封部件106a及第四密封部件106b。
其中，第三密封部件106a设置在第一框架105a与质子交换膜110a的一侧贴合处之间；
第四密封部件106b设置在第二框架105b与质子交换膜110a的另一侧贴合处之间。
其中，第四密封部件106b的内边缘宽度大于或等于第三密封部件106a的内边缘宽度。
进一步地，第三密封部件106a、质子交换膜110a及第四密封部件106b层叠贴合设置，以形成第一框架105a与第二框架105b之间的密封。
在一些实施方式中，为了保证电解效果，参考图4，可在在第一反应腔300a内设置至少一层钛网107a及至少一层毡布107b，其中，钛网(对应107a)用于输送电解水，毡布(对应107b)用于保护质子交换膜110a。
具体地，钛网(对应107a)的厚度大于毡布(对应107b)的厚度，其均呈方形结构，其相互贴合设置，以形成阳极集电层。
进一步地，在第二反应腔(对应300b)设置至少两层毡布(对应107c及对应107d)及至少一层钛网(对应107e)。
毡布(对应107c及对应107d)及钛网(对应107e)相互贴合设置，以形成阴极集电层。
参考图4，第四密封部件106b的内缘延伸的宽度大于第三密封部件106a的内缘延伸的宽度，第四密封部件106b与第三密封部件106a配合形成对质子交换膜110a夹持的支撑台，使得阴极侧300b侧气压形成抽象剪切力或应力施加在第四密封部件106b向外延伸的支撑台上，通过第四密封部件106b对阴极侧300b的压力进行部分释放。
当第四密封部件106b的内缘延伸的宽度等于第三密封部件106a的内缘延伸的宽度时，可在第一框架105a及第二框架105b的内缘设置向外延伸的凸缘(未图示)，其中，第二框架105b的内缘的凸缘大于第一框架105a的内缘的凸缘。
具体而言，电解槽工作时，即在电极板(对应103a及103b)接入直流电源，且在持续通入纯净水情况下，纯净水在阳极侧(对应层叠设置的钛网107a及毡布107b)电解产生氧气、电子和氢离子，而氧气与纯净水通过排出口(未图示)回流至储水部件，氢离子透过质子交换膜110a在阴极侧300b形成氢气，即大量的氢气在阴极侧300b，使得阴极侧300b产生较高的气压(例如1MPa-10MPa)，使得质子交换膜110a在阴极侧300b承受较大的轴向剪切力或应力，导致质子交换膜110a产生蠕动形变或机械变形；或
在质子交换膜110a与框架(对应105a及105b)的内框接触处被轴向剪切力刺穿或应力撕裂。阴极侧300b侧气压形成抽象剪切力或应力施加在第四密封部件106b向外延伸的支撑台上(或施加在第二框架105b的内缘的凸缘上)，通过第四密封部件106b对阴极侧300b的压力进行部分释放，从而提高质子交换膜110a的使用寿命。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种电解槽密封结构，其特征在于，具备：
阳极板；
阴极板，其与所述阳极板层叠设置；
至少两块框架，其形成为中空结构，所述框架层叠设置在所述阳极板与所述阴极板层叠限定的空间内；
至少一块质子交换膜，其设在所述框架的层叠之间，用于交换质子；
多块密封部件，其分别设于所述阳极板、所述框架、所述质子交换膜及所述阴极板的贴合处之间。
2.根据权利要求1所述的电解槽密封结构，其特征在于，
所述框架至少包括第一框架及第二框架，
所述第一框架与所述第二框架层叠设置在所述阳极板与所述阴极板层叠限定的空间内。
3.根据权利要求2所述的电解槽密封结构，其特征在于，
所述密封部件包括第一密封部件及第二密封部件，
在所述第一框架与所述阳极板的贴合处设有第一密封部件；
在所述第二框架与所述阴极板的贴合处设有第二密封部件。
4.根据权利要求3所述的电解槽密封结构，其特征在于，
在所述第一框架及所述第二框架的端面上形成有多条环形的凸肋，
所述第一框架的凸肋与所述阳极板贴合设置，使得所述第一框架的凸肋与所述阳极板配合，对所述第一密封部件形成挤压密封；
所述第二框架的凸肋与所述阴极板贴合设置，使得所述第二框架的凸肋与所述阴极板配合，对所述第二密封部件形成挤压密封。
5.根据权利要求4所述的电解槽密封结构，其特征在于，
所述第二密封部件的内边缘宽度等于所述第一密封部件的内边缘宽度。
6.根据权利要求4所述的电解槽密封结构，其特征在于，
所述质子交换膜设置在所述第一框架与所述第二框架配合形成的反应腔内，
并将所述反应腔分隔为第一反应腔及第二反应腔。
7.根据权利要求6所述的电解槽密封结构，其特征在于，
在所述第一框架与所述质子交换膜的一侧贴合处之间还设有第三密封部件，
在所述第二框架与所述质子交换膜的另一侧贴合处之间还设有第四密封部件。
8.根据权利要求7所述的电解槽密封结构，其特征在于，
所述第三密封部件、所述质子交换膜及所述第四密封部件层叠贴合设置，以形成所述第一框架与所述第二框架之间的密封。
9.根据权利要求6所述的电解槽密封结构，其特征在于，
在所述第一反应腔内设置至少一层钛网及至少一层毡布，
所述钛网及所述毡布贴合设置，以形成阳极集电层。
10.根据权利要求6所述的电解槽密封结构，其特征在于，
在所述第二反应腔设置至少两层毡布及至少一层钛网，
所述钛网及所述毡布贴合设置，以形成阴极集电层。
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- 2022-07-29 CN CN202210913456.1A patent/CN115287687B/zh active Active
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