CN117448856A - 极框组件、电解槽及制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制氢系统技术领域，提供一种极框组件、电解槽及制氢系统，其中，极框组件设置于极板的外周，包括第一环形塑料极框；第二环形塑料极框，所述第二环形塑料极框和所述第一环形塑料极框分别设置于所述极板的两侧，且所述第一环形塑料极框和所述第二环形塑料极框的内周侧均与所述极板压边；密封垫片，设置于所述第一环形塑料极框和所述第二环形塑料极框之间。本发明提供的极框组件、电解槽及制氢系统，第一环形塑料极框和第二环形塑料极框采用塑料材质制成，可降低生产成本、减轻产量重量，为电解槽的大批量生产做铺垫；密封垫片设置于第一环形塑料极框和第二环形塑料极框之间，确保第一环形塑料极框和第二环形塑料极框的密封。
Description
技术领域
本发明涉及制氢系统技术领域，尤其涉及一种极框组件、电解槽及制氢系统。
背景技术
在现有的绿色能源中，氢能凭借储量丰富，燃烧产物为水，成为替代能源最有效的途径之一。氢气既能直接燃烧使用，又能作为燃料电池的反应气体，还能作为工业原料气体，且燃烧时无碳排放，具有绿色环保的特点，是实现降碳去碳的重要能源形式，而水电解制氢方法是实现大规模、低成本地生产氢气的重要途径。
现有技术中，碱性电解槽大多为一体式金属极框，其中，一体式金属极框和金属极板对接采用激光焊接。
但是，一体式金属极框的重量重、制作周期长，成本高。
发明内容
本发明提供一种极框组件、电解槽及制氢系统，用以解决现有技术中金属极框重量中，制作周期长、成本高的缺陷，实现减轻产品重量，为电解槽的大批量生产做铺垫。
本发明提供一种极框组件，设置于极板的外周，包括：
第一环形塑料极框；
第二环形塑料极框，所述第二环形塑料极框和所述第一环形塑料极框分别设置于所述极板的两侧，且所述第一环形塑料极框和所述第二环形塑料极框的内周侧均与所述极板压边；
密封垫片，设置于所述第一环形塑料极框和所述第二环形塑料极框之间。
根据本发明提供的一种极框组件，还包括：
压片；
所述第一环形塑料极框上设置有多个第一汇集口；所述第二环形塑料极框上设置有多个第二汇集口，且所述第二汇集口与所述第一汇集口一一对应连通；至少一个所述第一汇集口和至少一个所述第二汇集口处设置有气液流道口；所述压片设置于所述气液流道口的顶部。
根据本发明提供的一种极框组件，还包括：
至少两个热熔柱，设置于所述气液流道口的两端；且所述热熔柱顶部的尺寸小于底部的尺寸，所述热熔柱的厚度大于所述压片的厚度。
根据本发明提供的一种极框组件，所述第一汇集口或第二汇集口的周边均设置有一圈加强筋，且所述加强筋具有拔模斜度。
根据本发明提供的一种极框组件，所述加强筋的高度高于所述密封垫片的高度。
根据本发明提供的一种极框组件，所述第一环形塑料极框和所述第二环形塑料极框的周边设置有密封凸台，且所述密封凸台倾斜设置。
根据本发明提供的一种极框组件，所述第一环形塑料极框与所述第二环形塑料极框相对的一面的外周分别设置有第一密封凸台和第二密封凸台，且所述第一密封凸台和第二密封凸台倾斜设置。
根据本发明提供的一种极框组件，所述第一密封凸台214和所述第二密封凸台222交错设置，以形成多高密封线。
根据本发明提供的一种极框组件，所述第一环形塑料极框上还设置有第三密封凸台，所述第三密封凸台用于安装定位所述极板。
本发明还提供一种电解槽，包括：
至少两个极板；且每相邻的两个所述极板的之间依次设置有阳极网、隔膜和阴极网；
所述阳极网与与其相接触的所述极板之间的腔室形成阳极小室，所述阴极网与与其相接触的所述极板之间的腔室形成阴极小室；
多个如上所述的极框组件，所述极框组件与所述极板对应设置，所述极框组件的第一环形塑料极框和第二环形塑料极框分别压边于所述极板的两侧。
本发明还提供一种制氢系统，包括如上所述的极框组件、或如上所述的电解槽。
本发明提供的极框组件，通过第一环形塑料极框和第二环形塑料极框分别设置于极板的两侧，且第一环形塑料极框和第二环形塑料极框的内周侧与极板压边，第一环形塑料极框和第二环形塑料极框采用塑料材质制成，相对于金属材质可降低生产成本、减轻产量重量，为电解槽的大批量生产做铺垫；密封垫片设置于第一环形塑料极框和第二环形塑料极框之间，确保第一环形塑料极框和第二环形塑料极框的有效密封。
本发明提供的电解槽和制氢系统，由于包括如上所述的极框组件，因此具备如上所述的各种优势。
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是本发明实施例的极框组件的结构示意图；
图2是本发明实施例的第一环形塑料极框或第二环形塑料极框中气液流道口的局部结构示意图；
图3是图2中的剖视图；
图4是本发明实施例的第一环形塑料极框和密封垫片的对应分布示意图；
图5是图4的剖视图；
图6是本发明实施例的第一环形塑料极框或第二环形塑料极框的部分结构示意图；
图7是本发明实施例的电解槽的剖视图；
附图标记：
10、极板；
21、第一环形塑料极框；22、第二环形塑料极框；23、密封垫片；24、压片；25、热熔柱；26、空腔；
211、第一汇集口；212、气液流道口；213、加强筋；214、第一密封凸台；215、第三密封凸台；216、凹槽；
221、第二汇集口；222、第二密封凸台；
231、定位孔；
30、阳极网；40、隔膜；50、阴极网；60、阳极小室；70、阴极小室。
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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1至图7描述本发明的极框组件。
如图1所示，本发明第一方面实施例在于提供一种极框组件，设置于极板10的外周，包括第一环形塑料极框21、第二环形塑料极框22和密封垫片23。
第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22均由塑料材料制成，具有柔韧性和耐用性，可降低生产成本，第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22一次注塑成型通常小于三分钟，而且塑料材料的重量相对金属材料也较轻，为电解槽的大批量生产做铺垫。第二环形塑料极框22和第一环形塑料极框21分别设置于极板10的两侧，且第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22的内周侧均与极板10压边；第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22从不同的侧面固定或支撑极板10，且第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22都与极板10之间有紧密的接触或连接，为了确保第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22的稳定性和可靠性。
密封垫片23设置于第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间，密封垫片23的设置进一步增强了第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间的连接稳定性。同时，密封垫片23还可以提供额外的密封性能，以防止水分、气体、或其他污染物进入极板10的内部。
如图2、图3和图4所示，在本发明的一个可行的实施例中，还包括压片24，第一环形塑料极框21上设置有多个第一汇集口211；第二环形塑料极框22上设置有多个第二汇集口221，且第二汇集口221与第一汇集口211一一对应连通；来自不同方向的气液可以汇集到一起，至少一个第一汇集口211和至少一个第二汇集口221处设置有气液流道口212，气液流道口212用于引入气体或液体到第一汇集口211或第二汇集口221处，或者从第一汇集口211或第二汇集口221导出气体或液体；压片24设置于气液流道口212的顶部。
需要说明的是，气液流道口212的两侧的平面要高于气液流道口212，气液流道口212的两侧的平面形成压片安装面，便于压片24的安装，防止密封垫片23受压时下沉阻塞气液流道口212，同时压片24还能起到额外的支撑和固定作用。其中，压片24的硬度则需要大于密封垫片23。
再次参见图2所示，在本发明的一个可行的实施例中，每个第一汇集口211或第二汇集口221处还包括至少两个热熔柱25，至少两个热熔柱25设置于气液流道口212的两端；压片24上设置有压片安装孔孔。如图3和图4所示，安装时，热熔柱25插入到压片安装孔中，压片24通过热熔柱25定位；而且当气液流道口212需要承受一定的压力或拉力时，热熔柱25可以起到很好的支撑和固定作用，防止气液流道口212变形或破裂。
再次参见图3所示，其中，热熔柱25顶部的尺寸小于底部的尺寸，即，热熔柱25具有拔模斜度，热熔柱25的侧面与压片24形成空腔26，斜度的设置有利于安装压片24，而且，热熔柱25的拔模斜度还可以使得热熔柱25在制造时更容易从模具中取出。热熔柱25的高度大于压片24的厚度，即热熔柱25在垂直方向上的尺寸大于压片24在垂直方向上的尺寸，这种设计可以确保热熔柱25在安装时能够有效地支撑和固定压片24，使压片24能够更加稳定地工作，并且能够承受更大的压力和拉力。当压片24安装好后，热熔柱25的顶部高于压片24的顶面，在加工过程中，热熔后高出部分被烫平，熔料能够填满空腔并与压片24粘合固定。
如图4和图5所示，在本发明的一个可行的实施例中，第一汇集口211或第二汇集口221周边设置有一圈加强筋213，可以进一步提高第一汇集口211或第二汇集口221处的强度和稳定性，加强筋213可以增加第一汇集口211或第二汇集口221处的厚度，从而增强其承受压力和抗变形的能力。也就是说，加强筋213的高度高于第一汇集口211或第二汇集口221处的内周侧，密封垫片23安装时通过加强筋213定位，且密封垫片23上设置有定位孔231，定位孔231与第一汇集口211或第二汇集口221对应设置。
另外，加强筋213具有拔模斜度，拔模斜度的设置不仅可以使得它们在制造时更容易从模具中取出，而且有利于安装密封垫片23。其中，加强筋213的拔模斜度的角度可以更加实际需要进行调整，通过会根据加强筋213的形状和尺寸以及模具的结构来确定。
如图5所示，在本发明的一个可行的实施例中，加强筋213的高度高于密封垫片23的高度，这样设置的作用在于在密封垫片23受压蠕动变形时，一圈加强筋213能阻挡密封垫片23朝第一汇集口211或第二汇集口221蠕变，防止密封垫片23阻塞气液流道口212。
如图6和图7所示，在本发明的一个可行的实施例中，第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22的周边分别设置有第一密封凸台214和第二密封凸台222，第一密封凸台214和第二密封凸台222的顶部面积均小于底部面积，即，第一密封凸台214和第二密封凸台222的侧面自顶部至底部，由内侧向外侧倾斜，从而使第一密封凸台214和第二密封凸台222与密封垫片23的接触面积小，不需要太大压力就能达到很高的局部压缩率，形成密封，且蠕动变形小，还能提高第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22的强度。
如图7所示，更进一步地，第一密封凸台214和第二密封凸台222交错设置，以形成多道密封线，提升密封性的同时减少密封线的数量，可以增加密封的可靠性和耐久性，通过在第一密封凸台214和第二密封凸台222交错设置可以在不同的方向上提供约束和支撑，进一步增强第一汇集口211或第二汇集口221的稳定性和可靠性；同时，这种结构还能够提高系统的抗振动和冲击能力，确保第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间保持稳定的固定效果。
需要说明的是，第一密封凸台214和第二密封凸台222的交错设置需要精确控制它们的尺寸和位置，以确保密封的可靠性和有效性。此外，还需要根据实际应用场景和使用要求来确定第一密封凸台214和第二密封凸台222的形状、尺寸和交错程度等参数，以确保整个系统的性能和可靠性。
在本发明的一个可行的实施例中，第一环形塑料极框21上还设置有第三密封凸台215，第三密封凸台215用于安装定位极板10，可以进一步增强极板10的定位和稳定性，第三密封凸台215还可以额提供额外的支撑和固定作用，确保极板10在第一环形塑料极框21上的正确位置和姿态。
第三密封凸台215所在的第一环形塑料极框21位置的厚度薄于第一密封凸台214所在位置的厚度。极板10安装在第一环形塑料极框21上，第一环形塑料极框21装有密封垫片23，第二环形塑料极框22安装在第一环形塑料极框21上，第二环形塑料极框22上装有阳极网30、隔膜40、密封垫片23，密封垫片23上安装有阴极网50。以隔膜40为界，隔膜40下方阳极网30的空腔对应阳极小室，隔膜40上方阴极网50的空腔对应阴极小室70。第二环形塑料极框22上的第二密封凸台222用来密封阳极小室60，第一环形塑料极框21上的第一密封凸台214用来密封阴极小室70，第一环形塑料极框21上的第三密封凸台215用来安装定位极板10。
再次参见图6所示，在本发明的一个实施例中，第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22的表面设置有多个凹槽216，第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22注塑时的进胶口设置在凹槽216内，进胶痕迹在凹槽216内不会影响第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22的表面平整度。由于第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22为圆环形，且材料的流动性较差，故设计多个凹槽216作为进胶口，使第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22在注塑成型过程中填料速度快，熔料温差小，保压后不容易变形。
本发明实施例提供的极框组件，第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22采用塑料材质，可降低生产成本，减轻产品质量，为电解槽的大批量生产做铺垫。第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间安装密封垫片23，用于第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间的密封；气液流道口212上安装有压片24，防止密封垫片23受压时阻塞气液流道口212；第一汇集口211或第二汇集口221周边设置有加强筋213，能够在密封垫片23受压蠕动变形时，阻挡密封垫片23朝气液流道口212蠕变，防止密封垫片23阻塞气液流道口212。同时，第一环形塑料极框21上设置有第一密封凸台214，第二环形塑料极框22之间设置有第二密封凸台222，并且第一密封凸台214和第二密封凸台222交错设置，形成多道密封线，提升密封性的同时减少密封线数量。
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极框组件可相互对应参照。
本发明第二方面实施例在于提供一种电解槽，包括至少两个极板10和多个如上任一项实施例所述的极框组件，其中，每相邻的两个极板10的之间依次设置有阳极网30、隔膜40和阴极网50；阳极网30与与其相接触的极板10之间的腔室形成阳极小室60，阴极网50与与其相接触的极板10之间的腔室形成阴极小室70。
多个如上任一项实施例所述的极框组件与多个极板10对应设置，极框组件的第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22分别压边于极板10的两侧。第二环形塑料极框22上的第二密封凸台222用来密封阳极小室60，第一环形塑料极框21上的第一密封凸台214用来密封阴极小室70。
本发明第二方面实施例提供的电解槽，由于包括如上所述的极框组件，其中，第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22采用塑料材质，可降低生产成本，减轻产品质量，为电解槽的大批量生产做铺垫。第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间安装密封垫片23，用于第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间的密封；气液流道口212上安装有压片24，防止密封垫片23受压时阻塞气液流道口212；第一汇集口211或第二汇集口221周边设置有加强筋213，能够在密封垫片23受压蠕动变形时，阻挡密封垫片23朝气液流道口212蠕变，防止密封垫片23阻塞气液流道口212。同时，第一环形塑料极框21上设置有第一密封凸台214，第二环形塑料极框22之间设置有第二密封凸台222，并且第一密封凸台214和第二密封凸台222交错设置，形成多道密封线，提升密封性的同时减少密封线数量。
下面对本发明提供的制氢系统行描述，下文描述的制氢系统与上文描述的极框组件可相互对应参照。
本发明第三方面实施例在于提供一种制氢系统，包括如上的极框组件、或如上的电解槽，其中极框组件中，第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22采用塑料材质，可降低生产成本，减轻产品质量，为电解槽的大批量生产做铺垫。第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间安装密封垫片23，用于第一环形塑料极框21和第二环形塑料极框22之间的密封；气液流道口212上安装有压片24，防止密封垫片23受压时阻塞气液流道口212；第一汇集口211或第二汇集口221周边设置有加强筋213，能够在密封垫片23受压蠕动变形时，阻挡密封垫片23朝气液流道口212蠕变，防止密封垫片23阻塞气液流道口212。同时，第一环形塑料极框21上设置有第一密封凸台214，第二环形塑料极框22之间设置有第二密封凸台222，并且第一密封凸台214和第二密封凸台222交错设置，形成多道密封线，提升密封性的同时减少密封线数量。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。
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)
1.一种极框组件，设置于极板(10)的外周，其特征在于，包括：
第一环形塑料极框(21)；
第二环形塑料极框(22)，所述第二环形塑料极框(22)和所述第一环形塑料极框(21)分别设置于所述极板(10)的两侧，且所述第一环形塑料极框(21)和所述第二环形塑料极框(22)的内周侧均与所述极板(10)压边；
密封垫片(23)，设置于所述第一环形塑料极框(21)和所述第二环形塑料极框(22)之间。
2.根据权利要求1所述的极框组件，其特征在于，还包括：
压片(24)；
所述第一环形塑料极框(21)上设置有多个第一汇集口(211)；所述第二环形塑料极框上设置有多个第二汇集口(221)，且所述第二汇集口(221)与所述第一汇集口(211)一一对应连通；至少一个所述第一汇集口(211)和至少一个所述第二汇集口(221)处设置有气液流道口(212)；所述压片(24)设置于所述气液流道口(212)的顶部。
3.根据权利要求2所述的极框组件，其特征在于，还包括：
至少两个热熔柱(25)，设置于所述气液流道口(212)的两端；且所述热熔柱(25)顶部的尺寸小于底部的尺寸，所述热熔柱(25)的厚度大于所述压片(24)的厚度。
4.根据权利要求2所述的极框组件，其特征在于，所述第一汇集口(211)或第二汇集口(221)的周边均设置有一圈加强筋(213)，且所述加强筋(213)具有拔模斜度。
5.根据权利要求4所述的极框组件，其特征在于，所述加强筋(213)的高度高于所述密封垫片(23)的高度。
6.根据权利要求1所述的极框组件，其特征在于，所述第一环形塑料极框(21)和所述第二环形塑料极框(22)的相对的一面的外周分别设置有第一密封凸台(214)和第二密封凸台(222)，且所述第一密封凸台(214)和第二密封凸台(222)倾斜设置。
7.根据权利要求6所述的极框组件，其特征在于，所述第一密封凸台(214)和所述第二密封凸台(222)交错设置，以形成多道密封线。
8.根据权利要求7所述的极框组件，其特征在于，所述第一环形塑料极框(21)上还设置有第三密封凸台(215)，所述第三密封凸台(215)用于安装定位所述极板(10)。
9.一种电解槽，其特征在于，包括：
至少两个极板(10)；且每相邻的两个所述极板(10)之间依次设置有阳极网(30)、隔膜(40)和阴极网(50)；
所述阳极网(30)与其相接触的所述极板(10)之间的腔室形成阳极小室(60)，所述阴极网(50)与其相接触的所述极板(10)之间的腔室形成阴极小室(70)；
多个如权利要求1至8任一项所述的极框组件，所述极框组件与所述极板(10)对应设置，所述极框组件的第一环形塑料极框(21)和第二环形塑料极框(22)分别压边于所述极板(10)的两侧。
10.一种制氢系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的极框组件、或如权利要求9所述的电解槽。
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