CN117286542A - 气液分离盒、双极板、电解槽及制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制氢技术领域，提供一种气液分离盒、双极板、电解槽及制氢系统，气液分离盒包括气液分离盒盖、支撑组件和气液分离出口盒，气液分离盒盖用于设置于双极板的极盘盒外，气液分离盒盖与极盘盒连接形成气液分离腔室，气液分离腔室用于与电解槽的电解反应区连通；支撑组件设置于气液分离腔室内，支撑组件的两端分别与气液分离盒盖和极盘盒连接；气液分离出口盒设置于双极板的侧部，气液分离出口盒与气液分离腔室连通，以用于供气液混合物排出。气液分离盒的支撑组件可以对气液分离盒盖起到支撑作用，可以使气液分离盒盖能够抵抗电解槽内的压力，不易受力变形，从而有利于双极板抵抗电解槽内的压力，有效提高了双极板的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种气液分离盒、双极板、电解槽及制氢系统。
背景技术
方形电解槽布置结构为端框、密封垫、双极板、密封垫、双极板、密封垫、端框的布置。方形电解槽的最外侧通过挤压机进行整体挤压，实现方形电解槽的装配。
方形槽结构在电解反应区上部存在气液分离盒，气液分离盒靠近反应区位置由密封垫进行挤压力传递，密封垫上部位置无力的传递与抵消，导致气液分离盒需要依靠本身结构来满足电解槽内的压力，但方形槽本身机械性能较差，无法依靠自身抵抗电解槽内的压力，会导致密封垫上部区域发生变形，最终导致双极板无法抵抗电解槽内压力。
发明内容
本发明提供一种气液分离盒、双极板、电解槽及制氢系统，用以解决现有技术中方形槽本身机械性能较差，无法依靠自身抵抗电解槽内的压力，会导致密封垫上部区域发生变形，最终导致双极板无法抵抗电解槽内压力的缺陷。
本发明提供一种气液分离盒，包括：
气液分离盒盖，用于设置于双极板的极盘盒外，所述气液分离盒盖与所述极盘盒连接形成气液分离腔室，所述气液分离腔室用于与电解槽的电解反应区连通；
支撑组件，设置于所述气液分离腔室内，且所述支撑组件的两端分别与所述气液分离盒盖和所述极盘盒连接；
气液分离出口盒，设置于所述双极板的侧部，所述气液分离出口盒与所述气液分离腔室连通，以用于供气液混合物排出。
根据本发明提供的一种气液分离盒，所述支撑组件包括：
支撑板，所述支撑板的两端分别与所述气液分离盒盖和所述极盘盒连接，且所述支撑板上设置有多个通孔；
和/或，
多个支撑柱，沿所述气液分离盒盖的长度方向均匀分布，各个所述支撑柱的两端分别与所述气液分离盒盖和所述极盘盒连接，且多个所述支撑柱位于所述支撑板的上方或下方。
根据本发明提供的一种气液分离盒，所述气液分离盒盖包括：
第一盖板，与所述极盘盒连接；
第二盖板，覆合设置在所述第一盖板外。
根据本发明提供的一种气液分离盒，所述第一盖板为镍板，所述第二盖板为不锈钢板。
根据本发明提供的一种气液分离盒，还包括：
辅助支撑筋，分别与所述气液分离出口盒和所述双极板的极框连接。
本发明还提供一种双极板，包括如上述任意一项所述的气液分离盒。
根据本发明提供的一种双极板，包括极框，所述极框为实心结构。
根据本发明提供的一种双极板，还包括：
阳极密封件，设置于所述双极板的阳极侧，用于与密封垫片抵紧；
阴极密封件，设置于所述双极板的阴极侧，用于与密封垫片抵紧。
本发明还提供一种电解槽，包括如上述任意一项所述的气液分离盒或如上述任意一项所述的双极板。
本发明还提供一种制氢系统，包括如上述任意一项所述的气液分离盒或如上述任意一项所述的双极板或如上述所述的电解槽。
本发明提供的气液分离盒、双极板、电解槽及制氢系统，气液分离盒包括气液分离盒盖、支撑组件和气液分离出口盒，气液分离盒盖用于设置于双极板的极盘盒外，并且气液分离盒盖与极盘盒相连接形成气液分离腔室，气液分离腔室用于与电解槽的电解反应区连通；气液分离出口盒设置于双极板的侧部，并且气液分离出口盒与气液分离腔室连通，以用于供气液混合物排出；支撑组件设置在气液分离腔室内，并且支撑组件的两端分别与气液分离盒盖和极盘盒连接。
如此设置，气液分离盒的支撑组件可以对气液分离盒盖起到支撑作用，可以使气液分离盒盖能够抵抗电解槽内的压力，不易受力变形，从而有利于双极板抵抗电解槽内的压力，有效提高了双极板的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的气液分离盒的分解图；
图2是本发明提供的双极板的立体图；
图3是图2中A-A的剖视图；
图4是本发明提供的极框的立体图；
图5是本发明提供的上边框与侧边框的连接示意图；
图6是本发明提供的两个双极板装配的立体图；
图7是本发明提供的两个双极板与密封垫片的位置关系图；
图8是本发明提供的两个双极板与密封垫片位置关系的局部剖视图；
图9是图8中的B部分的放大图；
图10是本发明提供的双极板的分解图。
附图标记：
1、极框；2、阳极气液分离盒；3、阴极气液分离盒；
4、阳极盘盒；5、阴极盘盒；6、阳极网；
7、阴极网；8、阳极筋板；9、阴极筋板；
10、阳极进液分散管；11、阴极进液分散管；
12、气液分离盒盖； 13、气液分离出口盒； 14、支撑板；
15、支撑柱； 16、辅助支撑筋； 17、侧托架；
18、阳极密封件；19、阴极密封件；20、双极板；
21、密封垫片； 101、上边框； 102、下边框；
121、第一盖板； 122、第二盖板； 123、第三盖板；
141、通孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
下面结合图1至图10描述本发明的气液分离盒、双极板20、电解槽及制氢系统。
本发明提供的一种气液分离盒，可以包括气液分离盒盖12、支撑组件和气液分离出口盒13。
其中，气液分离盒盖12可以用于设置于双极板20的极盘盒外，并且气液分离盒盖12可以与极盘盒相连接形成气液分离腔室，气液分离腔室可以用于与电解槽的电解反应区连通，以便于电解反应区内的气液混合物可以进入到气液分离腔室内。
气液分离出口盒13可以设置于双极板20的侧部，并且气液分离出口盒13可以与气液分离腔室连通，以用于供气液混合物排出。
此外，支撑组件可以设置在气液分离腔室内，并且支撑组件的两端可以分别与气液分离盒盖12和极盘盒连接。这样，支撑组件可以对气液分离盒盖12起到支撑作用。
如此设置，气液分离盒的支撑组件可以对气液分离盒盖12起到支撑作用，可以使气液分离盒盖12能够抵抗电解槽内的压力，不易受力变形，从而有利于双极板20抵抗电解槽内的压力，有效提高了双极板20的使用寿命。
在本发明的可选实施例中，如图1和图3所示，支撑组件可以包括支撑板14，支撑板14的两端可以分别与气液分离盒盖12和极盘盒连接。
并且，支撑板14上可以设置有多个通孔141。这样，可以供气液混合物通过支撑板14。
在可选的实施例中，支撑组件可以包括至少两个支撑板14，各个支撑板14可以相平行设置。这样，可以进一步地提高支撑组件对气液分离盒盖12的支撑效果。这里，每个支撑板14上均可以设置有多个通孔141，以供气液混合物通过。
在本实施例中，支撑组件包括两个支撑板14，并且两个支撑板14可以通过两个弧形板连接形成环形支撑板，环形支撑板的两端分别与气液分离盒盖12和极盘盒连接。这样，可以提高支撑板14对气液分离盒盖12的支撑效果。
在可选的实施例中，如图1所示，支撑组件还可以包括多个支撑柱，多个支撑柱可以沿气液分离盒盖12的长度方向均匀分布，并且各个支撑柱的两端可以分别与气液分离盒盖12和极盘盒连接。这样，支撑柱可以对气液分离盒盖12起到支撑作用，从而进一步地提高了支撑组件对气液分离盒盖12的支撑效果。
在可选的实施例中，多个支撑柱可以包括多个第一支撑柱、多个第二支撑柱和多个第三支撑柱，多个第一支撑柱可以分别与气液分离盒盖12和极盘盒垂直连接，多个第二支撑柱可以沿第一方向倾斜设置，各个第二支撑柱的两端可以分别与气液分离盒盖12和极盘盒连接；多个第三支撑柱可以沿第二方向倾斜设置，各个第三支撑柱的两端可以分别与气液分离盒盖12和极盘盒连接，其中，第一方向和第二方向可以为相交叉的两个方向。这样，可以提高多个支撑柱的支撑效果，从而可以提高气液分离盒的强度。
在本发明的可选实施例中，如图8所示，气液分离盒盖12可以包括第一盖板121和第二盖板122，第一盖板121可以与极盘盒连接，第二盖板122可以覆合设置在第一盖板121外。这样，使气液分离盒盖12包括两个盖板，可以提高气液分离盒盖12的强度。
在可选的实施例中，第一盖板121可以为镍板，第二盖板122可以为不锈钢板。这样，接触电解液位置的第一盖板121使用镍板，不接触电解液位置的第二盖板122使用不锈钢板，既可以满足耐腐蚀性能，又提升气液分离盒盖12的机械性能。
在可选的实施例中，如图9所示，气液分离盒盖12还可以包括第三盖板123，第三盖板123可以设置在第一盖板121外，并且第三盖板123可以与第二盖板122连接，第三盖板123可以设置在第二盖板122的下方，第三盖板123可以用于与密封垫片21接触。这里，第三盖板123可以为镍板。
在本发明的可选实施例中，如图1所示，气液分离盒还可以包括辅助支撑筋16，辅助支撑筋16可以分别与气液分离出口盒13和双极板20的极框1连接。这样，辅助支撑筋16加强气液分离出口盒13与双极板20的极框1的连接，从而提高气液分离出口盒13与极框1连接的稳固性。
在可选的实施例中，气液分离盒可以包括多个辅助支撑筋16，多个辅助支撑筋16可以沿气液分离出口盒13的长度方向均匀分布。并且，多个辅助支撑筋16均可以分别与气液分离出口盒13和极框1连接。这样，可以进一步地提高气液分离出口盒13与极框1的连接强度。
本发明提供的一种气液分离盒，包括气液分离盒盖12、环形支撑板、多个辅助支撑柱、气液分离出口盒13和辅助支撑筋16，环形支撑板、各个辅助支撑柱的两端分别与气液分离盒盖12和极盘盒连接，辅助支撑筋16可以分别与气液分离出口盒13和双极板20的极框1连接。这样，对于从密封垫传递来的挤压力通过环形支撑板抗压以实现抗压应力和变形满足材料性能需求；对于电解槽内压强带来的压力通过多个辅助支撑柱抗压，以及通过将气液分离盒盖12设置成复合板来强化结构，以实现应力和变形满足材料性能需求；通过辅助支撑筋16可以使气液分离出口盒13的应力和变形满足材料性能需求。
具体地，气液分离盒可以为阳极气液分离盒2，阳极气液分离盒2的气液分离盒盖12可以设置在阳极盘盒4外，阳极气液分离盒2的气液分离盒盖12与阳极盘盒4相连接可以形成阳极气液分离腔室阳极气液分离腔室可以与双极板20的阳极室连通，以使阳极室中的气液混合物可以进入到阳极气液分离腔室内；阳极气液分离盒2的支撑组件的第一端可以与气液分离盒盖12连接，支撑组件的第二端可以与阳极盘盒4连接。
气液分离盒可以为阴极气液分离盒3，阴极气液分离盒3的气液分离盒盖12可以设置在阴极盘盒5外，阴极气液分离盒3的气液分离盒盖12与阴极盘盒5相连接可以形成阴极气液分离腔室，阴极气液分离腔室可与双极板20的阴极室连通，以使阴极室中的气液混合物可以进入阴极气液分离腔室内；阴极气液分离盒3的支撑组件的第一端可以与气液分离盒盖12连接，支撑组件的第二端可以与阴极盘盒5连接。
或者，在其他实施例中，阴极气液分离盒3和阳极气液分离盒2的支撑组件的第二端均可以与阴极盘盒5连接。
下面对本发明提供的双极板20进行描述，下文描述的双极板20与上文描述的气液分离盒可相互对应参照。
本发明提供的一种双极板20，可以包括如上述任意一项所述的气液分离盒。
本发明提供的双极板20所达到的有益效果与本发明提供的气液分离盒所达到的有益效果相一致，则这里不再赘述。
在可选的实施例中，双极板20可以包括两个气液分离盒，两个气液分离盒可以分别为阳极气液分离盒2和阴极气液分离盒3，阳极气液分离盒2和阴极气液分离盒3可以分别位于双极板20的两侧，并且，阳极气液分离盒2可以设置在双极板20的阳极盘盒4的外侧，阴极气液分离盒3可以设置在双极板20的阴极盘盒5的外侧，阳极气液分离盒2可以设置在阳极室上方，阴极气液分离盒3可以设置在阴极室上方，并且阳极气液分离盒2和阴极气液分离盒3可以分别与阳极室和阴极室连通，阳极气液分离盒2可以供阳极室内的气液混合物流出，阴极气液分离盒3可以供阴极室内的气液混合物流出。
在可选的实施例中，双极板20还可以包括阳极盘盒4、阴极盘盒5、阳极网6、阴极网7、阳极筋板8、阴极筋板9、极框1、阳极进液分散管10和阴极进液分散管11，阳极进液分散管10可以位于阳极室的底部，使得介质均匀进入阳极室内；阴极进液分散管11可以位于阴极室的底部，使得介质均匀进入阴极室。
其中，阳极盘盒4和阴极盘盒5可以背对背连在极框1上。
并且，阳极盘盒4和阴极盘盒5可以直接连接，或者，阳极盘盒4和阴极盘盒5之间可以设置有支撑连接件，支撑连接件可以分别与阳极盘盒4和阴极盘盒5连接，支撑连接件可以为金属材质，可以对阳极盘盒4和阴极盘盒5起到支撑和导电作用。
阳极室由内侧的阳极盘盒4以及外侧的阳极网6包围而成，阴极室由内侧的阴极盘盒5以及外侧的阴极网7包围而成；并且，阳极筋板8设置在阳极室内，阴极筋板9设置在阴极室内。
在本发明的可选实施例中，双极板20可以包括极框1，并且极框1可以为实心结构。这样，在通过挤压机挤压电解槽的端框来实现电解槽的整体挤压时，挤压机提供的挤压力需要克服电解槽内压力、密封垫密封所需要的挤压力，挤压机施加的挤压力通过端框、密封垫然后在各个电解槽的双极板20之间传递，力的传递通过双极板20的极框1之间传递，如图3所示，极框1采用实心结构可以在挤压力的作用下保持稳定形态，可以避免极框1变形，从而可以提高双极板20的强度。
这里，极框1的材质可以为实心碳素结构钢。
在可选的实施例中，极框1可以包括上边框101、下边框102和两个侧边框，上边框101、下边框102和两个侧边框可以分别通过螺栓固定连接。
并且，极框1还可以包括两个侧托架17，两个侧托架17可以分别与极框1的两侧端连接，即两个侧托架17可以分别与极框1的两个侧边框连接。
在本发明的可选实施例中，如图8所示，双极板20还可以包括阳极密封件18和阴极密封件19，阳极密封件18可以设置在双极板20的阳极侧，具体地，阳极密封件18可以固定设置在双极板20的阳极气液分离盒2的外侧；阴极密封件19可以设置在双极板20的阴极侧，具体地，阴极密封件19可以固定设置在双极板20的阴极气液分离盒3的外侧。并且，阳极密封件18和阴极密封件19分别可以与双极板20两侧的密封垫片21抵紧。这样，可以提高对电解槽的密封效果。
这里，阳极密封件18和阴极密封件19的形状和尺寸均可以与密封垫片21的形状和尺寸相同。
在可选的实施例中，阳极密封件18上可以设置有多个阳极沟槽，阴极密封件19上可以设置有多个阴极沟槽，这样，在电解槽进行装配时，双极板20两侧的密封垫片21受力变形后可以分别嵌入至阳极沟槽和阴极沟槽内。这样，可以进一步地提高对电解槽的密封效果，利于电解槽加压运行。
需要说明的是，通过提高电解槽的密封效果，可以利于电解槽内的压强增大，电解槽内压力越高越有利于降低电耗，压力高会使气体体积小，由于气体不导电，所以气体体积小可以降低电解槽的电阻，从而降低电耗；压力越高越有利于气体排出，便于后需气体分离系统的气体分离，后续无需额外设置压缩机压缩气体，有利于降低气体分离成本。
在可选的实施例中，阳极密封件18可以与阳极气液分离盒2的气液分离盒盖12焊接，阴极密封件19可以与阴极气液分离盒3的气液分离盒盖12焊接。
这里，阳极密封件18和阴极密封件19的均可以为镍板。
下面对本发明提供的电解槽进行描述，下文描述的电解槽与上文描述的气液分离盒或双极板20可相互对应参照。
本发明提供的一种电解槽，可以包括如上述任意一项所述的气液分离盒或双极板20。
本发明提供的电解槽所达到的有益效果与本发明提供的气液分离盒或双极板20所达到的有益效果相一致，则这里不再赘述。
在可选的实施例中，电解槽可以为方形电解槽，有利于节约电极和隔膜材料，减少电极和隔膜二次加工工序，降低系统固定投入，小室单片成组，便于模块化组合，结合液压锁紧方式，更利于实现大规模生产。
方形电解槽包括多个双极板20，多个双极板20与多个密封垫片21依次装配形成电解槽总成，并且通过挤压机对电解槽总成施加压力挤压使多个双极板20相互锁紧。并且，使双极板20两侧的侧托架17可以在挤压机的横梁上进行滑动，保证中框位置稳定。
下面对本发明提供的制氢系统进行描述，下文描述的制氢系统与上文描述的气液分离盒或双极板20或电解槽可相互对应参照。
本发明提供的一种制氢系统，可以包括如上述任意一项所述的气液分离盒或双极板20或电解槽。
本发明提供的制氢系统所达到的有益效果与本发明提供的气液分离盒或双极板20或电解槽所达到的有益效果相一致，则这里不再赘述。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种气液分离盒，其特征在于，包括：
气液分离盒盖，用于设置于双极板的极盘盒外，所述气液分离盒盖与所述极盘盒连接形成气液分离腔室，所述气液分离腔室用于与电解槽的电解反应区连通；
支撑组件，设置于所述气液分离腔室内，且所述支撑组件的两端分别与所述气液分离盒盖和所述极盘盒连接；
气液分离出口盒，设置于所述双极板的侧部，所述气液分离出口盒与所述气液分离腔室连通，以用于供气液混合物排出。
2.根据权利要求1所述的气液分离盒，其特征在于，所述支撑组件包括：
支撑板，所述支撑板的两端分别与所述气液分离盒盖和所述极盘盒连接，且所述支撑板上设置有多个通孔；
和/或，
多个支撑柱，沿所述气液分离盒盖的长度方向均匀分布，各个所述支撑柱的两端分别与所述气液分离盒盖和所述极盘盒连接，且多个所述支撑柱位于所述支撑板的上方或下方。
3.根据权利要求1所述的气液分离盒，其特征在于，所述气液分离盒盖包括：
第一盖板，与所述极盘盒连接；
第二盖板，覆合设置在所述第一盖板外。
4.根据权利要求3所述的气液分离盒，其特征在于，所述第一盖板为镍板，所述第二盖板为不锈钢板。
5.根据权利要求1所述的气液分离盒，其特征在于，还包括：
辅助支撑筋，分别与所述气液分离出口盒和所述双极板的极框连接。
6.一种双极板，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的气液分离盒。
7.根据权利要求6所述的双极板，其特征在于，包括极框，所述极框为实心结构。
8.根据权利要求6所述的双极板，其特征在于，还包括：
阳极密封件，设置于所述双极板的阳极侧，用于与密封垫片抵紧；
阴极密封件，设置于所述双极板的阴极侧，用于与密封垫片抵紧。
9.一种电解槽，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的气液分离盒或如权利要求6-8任意一项所述的双极板。
10.一种制氢系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的气液分离盒或如权利要求6-8任意一项所述的双极板或如权利要求9所述的电解槽。
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