CN117468028A - 一种组合式高效大功率电解槽系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制氢技术领域，提供一种组合式高效大功率电解槽系统，其包括：多个双极框电解水组件，双极框电解水组件包括依次排列的第一单极框模块组合体、多个双极框模块组合体和第二单极框模块组合体；多个端板组件，双极框电解水组件设置于相邻两个端板组件之间，且端板组件设有安装槽；连接件，连接件可拆卸地设于相邻两个端板组件的安装槽内，以使双极框电解水组件和端板组件可拆卸连接。本发明采用多个双极框电解水组件和多个端板组件通过连接件实现了可拆卸连接，具有组装灵活，适用性强的优势；采用了单极框和双极框组合的方式，缩短了极距，降低了整个电解过程的电阻值，提高了电解电流密度，并且，其制作工艺简单，造价低。

Description

一种组合式高效大功率电解槽系统

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种组合式高效大功率电解槽系统。

背景技术

氢能以其来源广、可储存、燃烧热值高和无碳排放量等特点，被广泛应用于钢铁、电子和医疗等领域。目前，氢气的多种制取方式中，通过电解水制取氢气的方式最为环保，被认为是未来制氢的必然发展方向。

电解水制氢中的关键设备是电解槽，而电解槽中的关键部件之一为双极板。双极板不仅用于支撑电极板和隔膜，还用于为电解后的气液两相流体提供流场，确保电解后的气液两相流体的流畅度。现有技术中的PEM电解水制氢技术，不同于碱性电解水制氢技术，而用纯水作为电解水制氢的循环液体，它最大的优势提高了电流密度，大幅降低了耗电量，但是，由于PEM电解槽电解水制氢是呈酸性状态下工作，需要用铂金属作催化剂，另外采用质子膜，其价格也较昂贵，再加催化剂极板的成形工艺较复杂，使之PEM电解槽的制造成本大幅度提高；而且，PEM电解槽结构固定，难以根据产氢量需要调整机组，灵活性差。故，寻找一种能够降低耗电量，降低电解水制氢成本，大功率化困难，灵活组装的制氢设备，是发展电解水制氢技术的关键攻关课题。

发明内容

本发明提供一种组合式高效大功率电解槽系统，用以解决现有技术中电解水制氢设备存在的制造成本大和组装灵活性差，大功率化困难的缺陷，通过多个双极框电解水组件串联连接，可以根据产氢量需要调整机组结构。

本发明提供一种组合式高效大功率电解槽系统，包括：

多个双极框电解水组件，所述双极框电解水组件包括依次排列的第一单极框模块组合体、多个双极框模块组合体和第二单极框模块组合体；

多个端板组件，所述双极框电解水组件设置于相邻两个所述端板组件之间，且所述端板组件设有安装槽；

连接件，所述连接件可拆卸地设于相邻两个所述端板组件的安装槽内，以使所述双极框电解水组件和所述端板组件可拆卸连接。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，位于中间的端板组件上设置的所述安装槽数量为位于左右两侧的端板组件上设置的所述安装槽数量的两倍，且所述安装槽均布设置在所述端板组件上。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，所述双极框模块组合体包括位于中间位置的中间双极框模块组合体，所述中间双极框模块组合体的外缘连接有第一接线柱；所述第一单极框模块组合体的外缘连接有第二接线柱；所述第二单极框模块组合体的外缘连接有第三接线柱；

其中，所述第二接线柱与所述第三接线柱的极性相同，且与所述第一接线柱的极性相反。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，所述中间双极框模块组合体包括：

中间双极框；

第一阳极板，所述第一阳极板压紧设于所述中间双极框的一侧，以形成阳极电解小室；

第一隔膜，所述第一隔膜压紧设于所述第一阳极板的外侧；

第二阳极板，所述第二阳极板压紧设于所述中间双极框的另一侧，以形成阳极电解小室。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，位于靠近所述第二阳极板一侧的所述双极框模块组合体包括：

第一双极框；

第一阴极板，所述第一阴极板压紧设于所述第一双极框靠近所述第二阳极板的一侧，以形成阴极电解小室；

第二隔膜，所述第二隔膜压紧设于所述第一阴极板的外侧；

第三阳极板，所述第三阳极板压紧设于所述第一双极框远离所述第二阳极板的一侧，以形成阳极电解小室；

位于靠近所述第一隔膜一侧的所述双极框模块组合体包括：

第二双极框；

第二阴极板，所述第二阴极板压紧设于所述第二双极框靠近所述第一隔膜的一侧，以形成阴极电解小室；

第四阳极板，所述第四阳极板压紧设于所述第二双极框远离所述第一隔膜的一侧，以形成阳极电解小室；

第三隔膜，所述第三隔膜压紧设于所述第四阳极板的外侧。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，所述第一单极框模块组合体包括：

第一单极框；

第三阴极板，所述第三阴极板压紧设于所述第一单极框靠近所述第三阳极板的一侧，以形成阴极电解小室；

第四隔膜，所述第四隔膜压紧设于对应的所述第三阴极板与所述第三阳极板之间；

所述第二单极框模块组合体包括：

第二单极框；

第四阴极板，所述第四阴极板压紧设于所述第二单极框靠近所述第三隔膜的一侧，以形成阴极电解小室。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，所述中间双极框、所述第一双极框和所述第二双极框一侧的外缘设置有第一凹槽，用于安装密封垫片；另一侧的内缘设置有第二凹槽，用于安装隔膜和电极板。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，所述第一单极框一侧的外缘设置有第三凹槽，另一侧的内缘设置有第四凹槽；所述第二单极框两侧的外缘设置有第五凹槽；其中，

所述第三凹槽用于安装密封垫片，所述第四凹槽用于安装所述第三阴极板和所述第四隔膜，所述第五凹槽用于安装密封垫片，且所述第四阴极板与对应的所述密封垫片密封连接。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，所述中间双极框、所述第一双极框、所述第二双极框、所述第一单极框、所述第二单极框的一端设有相互连通的排气口，所述中间双极框、所述第一双极框、所述第二双极框、所述第一单极框、所述第二单极框的另一端设有相互连通的进液口；其中，

所述排气口和所述进液口分别与相应的所述阴极电解小室和所述阳极电解小室连通。

根据本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，所述端板组件包括：

从左至右依次设置的左端板组件、中间端板组件和右端板组件；

绝缘组件，所述绝缘组件设于所述左端板组件和所述右端板组件靠近所述双极框电解水组件的一侧，所述绝缘组件设于所述中间端板组件的两侧。

本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，多个双极框电解水组件和多个端板组件通过连接件实现了可拆卸连接，可以根据产氢量需要调整机组结构，具有组装灵活，适用性强的优势；双极框电解水组件由依次排列的第一单极框模块组合体、多个双极框模块组合体和第二单极框模块组合体组成，其采用了单极框和双极框组合的方式，缩短了极距，降低了整个电解过程的电阻值，提高了电解电流密度，并且，单极框和双极框的制作工艺简单，造价低。

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一简单地介绍，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是本发明提供的组合式高效大功率电解槽系统的结构示意图；

图2是本发明提供的双极框电解水组件的结构示意图

图3是本发明提供的中间双极框模块组合体的结构示意图；

图4是本发明提供的第一双极框模块组合体的结构示意图；

图5是本发明提供的第二双极框模块组合体的结构示意图；

图6是本发明提供的第一单极框模块组合体的结构示意图；

图7是本发明提供的第二单极框模块组合体的结构示意图；

图8是本发明提供的左端板组件的结构示意图；

图9是本发明提供的中间双极框的结构示意图；

图10是本发明提供的第一单极框的结构示意图；

图11是本发明提供的第二单极框的结构示意图；

图12是本发明提供的第一中间端板组件的结构示意图。

附图标记：

1：左端板组件；2：双极框电解水组件；3：第一中间端板组件；4：右端板组件；5：电源组件；6：连接件；

200：第一单极框模块组合体；300：双极框模块组合体；310：中间双极框模块组合体；320：第一双极框模块组合体；330：第二双极框模块组合体；400：第二单极框模块组合体；601：第一接线柱；602：第二接线柱；603：第三接线柱；701：阴极电解小室；702：阳极电解小室；703：第一凹槽；704：第二凹槽；705：第三凹槽；706：第四凹槽；707：第五凹槽；800：密封垫片；

311：中间双极框；312：第一阳极板；313：第一隔膜；314：第二阳极板；321：第一双极框；322：第一阴极板；323：第二隔膜；324：第三阳极板；331：第二双极框；332：第二阴极板；333：第四阳极板；334：第三隔膜；201：第一单极框；202：第三阴极板；203：第四隔膜；401：第二单极框；402：第四阴极板；101：第一端板；102：第一绝缘组件；501：第二端板；502：第二绝缘组件。

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-图12描述本发明的一种组合式高效大功率电解槽系统。该组合式高效大功率电解槽系统包括：多个双极框电解水组件2、多个端板组件和连接件6。

其中，双极框电解水组件2包括依次排列的第一单极框模块组合体200、多个双极框模块组合体300和第二单极框模块组合体400；双极框电解水组件2设置于相邻两个端板组件之间，且端板组件设有安装槽；连接件6可拆卸地设于相邻两个端板组件的安装槽内，以使双极框电解水组件2和端板组件可拆卸连接。

具体来说，由于双极框电解水组件2是设置在两个端板组件之间，故，若双极框电解水组件2设置N个，则端板组件需要设置N+1个，如图1所示的实施例，双极框电解水组件2设置三个，端板组件设置四个，通过连接件6将双极框电解水组件2和端板组件依次串联起来。

进一步地，连接件6可采用螺栓和螺母的紧固方式，将螺栓的两端安装到相邻两个端板组件的安装槽中，并将螺母从端板组件的外侧对螺栓进行紧固，从而实现将多个双极框电解水组件2和端板组件依次串联起来。采用螺栓和螺母的紧固方式，也便于双极框电解水组件2和端板组件的组装和拆除，针对产氢量的需要，可以将数个组件串联组装起来，也可以相应拆除部分组件，其可以根据产氢量需要调整机组结构，具有组装灵活，适用性强的优势。

更进一步地，双极框电解水组件2由依次排列的第一单极框模块组合体、多个双极框模块组合体和第二单极框模块组合体组成，其采用了单极框和双极框组合的方式，缩短了极距，降低了整个电解过程的电阻值，提高了电解电流密度；并且，单极框和双极框的制作工艺简单，造价低。

本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，多个双极框电解水组件2和多个端板组件通过连接件6实现了可拆卸连接，可以根据产氢量需要调整机组结构，具有组装灵活，适用性强的优势；双极框电解水组件2由依次排列的第一单极框模块组合体、多个双极框模块组合体和第二单极框模块组合体组成，其采用了单极框和双极框组合的方式，缩短了极距，降低了整个电解过程的电阻值，提高了电解电流密度，并且，单极框和双极框的制作工艺简单，造价低。

在本发明的其中一个实施例中，位于中间的端板组件上设置的安装槽数量为位于左右两侧的端板组件上设置的安装槽数量的两倍，且安装槽均布设置在端板组件上。本发明实施例中位于中间的端板组件的两端均设有安装槽，利用连接件6将相邻两个端板组件连接起来时，连接件6交错设置在其两端，具体来说：所示的实施例，双极框电解水组件2设置三个，端板组件设置四个，每个双极框电解水组件2对应配备一个电源组件5，从左至右分别为：左端板组件、第一双极框电解水组件、第一中间端板组件、第二双极框电解水组件、第二中间端板组件、第三双极框电解水组件和右端板组件，连接件6从左至右依次设置在对应的端板组件的下端、上端和下端位置。采用如上设计的连接件6布置方式，一方面，可以保证端板组件与双极框电解水组件2的连接稳定性，另一方面，连接件6采用错位连接方式，便于螺栓和螺母的安装，且节约材料。

在本发明的其中一个实施例中，双极框模块组合体300包括位于中间位置的中间双极框模块组合体310，中间双极框模块组合体310的外缘连接有第一接线柱601；第一单极框模块组合体200的外缘连接有第二接线柱602；第二单极框模块组合体400的外缘连接有第三接线柱603。其中，第二接线柱602与第三接线柱603的极性相同，且与第一接线柱601的极性相反。

可以理解的是，双极框模块组合体300设置单数个，具体来说，单数个双极框模块组合体300可以选用一个或三个以上，以下实施例以设置三个以上单数个双极框模块组合体300为例进行说明。如图2所示，左端板组件1、第一单极框模块组合体200、单数个双极框模块组合体300、第二单极框模块组合体400和第一中间端板组件3从左往右依次设置。

在本发明的实施例中，中间双极框模块组合体310的两侧分别设置相同数量的双极框模块组合体300，以图2为例，中间双极框模块组合体310的左右两侧分别设置四个双极框模块组合体300，也即双极框模块组合体300的数量为设置九个。在以下本实施例中，采用了“一正二负”的供电模式，也即第一接线柱601为正极接线柱，第二接线柱602与第三接线柱603均为负极接线柱，当然，根据实际使用情况，也可以调换极性，采用“一负二正”的供电模式。

本实施例在电解水制氢过程中，电解液通过电解液进口进入到各个第一单极框模块组合体200、双极框模块组合体300和第二单极框模块组合体400内部的电解槽中，通过第一接线柱601向中间双极框模块组合体310通正电，第二接线柱602和第三接线柱603分别向第一单极框模块组合体200和第二单极框模块组合体400通负电，相当于左右两侧的双极框模块组合体300并联连接在中间双极框模块组合体310上，降低了电解电阻，实现闭合电路，利用中间双极框模块组合体310内部的电解槽进行电解水制氢，并从对应的排气口排出氢气和氧气。

进一步地，第一单极框模块组合体200、双极框模块组合体300和第二单极框模块组合体400均采用环形极框与极板的一体成型方式，不同之处在于：双极框模块组合体300采用了双极板，而第一单极框模块组合体200和第二单极框模块组合体400采用了单极板。环形极框具有进液口，用于将电解液通入到电解槽中，环形极框还具有左右两个排气口，分别用于排出电解水反应后产生的氢气和氧气；极板上具有电解槽，双极板在其两侧分别具有电解槽，单极板仅在一侧具有电解槽；中间双极框模块组合体310的双极板与其他双极板的区别在于：中间双极框模块组合体310的双极板两侧为相同极性的电解槽，本实施例中双极板两侧为均为阳极电解槽。

在本发明的其中一个实施例中，如图3所示，中间双极框模块组合体310包括：中间双极框311、第一阳极板312、第一隔膜313和第二阳极板314。其中，第一阳极板312压紧设于中间双极框311的一侧，以形成阳极电解小室702；第一隔膜313压紧设于第一阳极板312的外侧；第二阳极板314压紧设于中间双极框311的另一侧，以形成阳极电解小室702。在本实施例和以下实施例中，以第一接线柱601为正极接线柱，第二接线柱602与第三接线柱603均为负极接线柱为例进行说明，与第一接线柱601连接的中间双极框311的两侧均设置有阳极板，在其两侧均形成阳极电解小室702，第一隔膜313压紧设置在其中一侧的阳极板的外侧。可以理解的是，电解液进入到阳极电解小室702，阳极板通电并形成通路后，在阳极电解小室702中，发生电解水阳极反应，并制得氧气，通过氧气排出口排出。

在本发明的其中一个实施例中，位于靠近第二阳极板314一侧的双极框模块组合体300，简称为第一双极框模块组合体320，也即如4所示的第一双极框模块组合体320，其包括：第一双极框321、第一阴极板322、第二隔膜323和第三阳极板324；位于靠近第一隔膜313一侧(位于远离第二阳极板314一侧)的双极框模块组合体300，简称为第二双极框模块组合体330，也即如图5所示的第二双极框模块组合体330，其包括：第二双极框331、第二阴极板332、第四阳极板333和第三隔膜334。

具体地，第一阴极板322压紧设于第一双极框321靠近第二阳极板314的一侧，以形成阴极电解小室701；第二隔膜323压紧设于第一阴极板322的外侧；第三阳极板324压紧设于第一双极框321远离第二阳极板314的一侧，以形成阳极电解小室702。第一阴极板322、第二隔膜323和阳极板(第二阳极板314或相邻侧的双极框模块组合体300的第三阳极板324)压紧形成电解单元，并与其左右两侧的阴极电解小室701和阳极电解小室702配合进行电解水制氢；第三阳极板324与其相邻侧的双极框模块组合体300(或单极框模块组合体)的相应阴极板和隔膜形成电解单元，并与其左右两侧的阴极电解小室701和阳极电解小室702配合进行电解水制氢。可以理解的是，电解液进入到阴极电解小室701，阴极板通电并形成通路后，在阴极电解小室701中，发生电解水阴极反应，并制得氢气，通过氢气排出口排出。

具体地，第二阴极板332压紧设于第二双极框331靠近第一隔膜313的一侧，以形成阴极电解小室701；第四阳极板333压紧设于第二双极框331远离第一隔膜313的一侧，以形成阳极电解小室702；第三隔膜334压紧设于第四阳极板333的外侧。第二阴极板332、隔膜(第一隔膜313或相邻侧的双极框模块组合体300的第三隔膜334)和阳极板(第一阳极板312或相邻侧的双极框模块组合体300的第四阳极板333)压紧形成电解单元，并与其左右两侧的阴极电解小室701和阳极电解小室702配合进行电解水制氢；第四阳极板333、第三隔膜334与其相邻侧的双极框模块组合体300(或单极框模块组合体)的相应阴极板形成电解单元，并与其左右两侧的阴极电解小室701和阳极电解小室702配合进行电解水制氢。

在本发明的其中一个实施例中，如图6所示，第一单极框模块组合体200包括：第一单极框201、第三阴极板202和第四隔膜203；如图7所示，第二单极框模块组合体400包括：第二单极框401和第四阴极板402。

具体地，第三阴极板202压紧设于第一单极框201靠近第三阳极板324的一侧，以形成阴极电解小室701；第四隔膜203压紧设于对应的第三阴极板202与第三阳极板324之间。第三阴极板202、第四隔膜203与其相邻侧的双极框模块组合体300的对应第三阳极板324形成电解单元，并与其左右两侧的阴极电解小室701和阳极电解小室702配合进行电解水制氢。

具体地，第四阴极板402压紧设于第二单极框401靠近第三隔膜334的一侧，以形成阴极电解小室701。第四阴极板402与其相邻侧的双极框模块组合体300的对应第三隔膜334和第四阳极板333形成电解单元，并与其左右两侧的阴极电解小室701和阳极电解小室702配合进行电解水制氢。

在本发明的其中一个实施例中，中间双极框311、第一双极框321和第二双极框331一侧的外缘设置有第一凹槽703，用于安装密封垫片800；另一侧的内缘设置有第二凹槽704，用于安装隔膜和电极板。如图9所示，其中，中间双极框311、第一双极框321和第二双极框331为相同结构，其第一凹槽703内安装密封垫片800，且第二阳极板314、第三阳极板324和第二阴极板332分别与对应的密封垫片800密封连接，第二凹槽704为阶梯型凹槽，分别安装极板和隔膜，便于组装。具体来说，中间双极框311的第二凹槽704内安装第一隔膜313和第一阳极板312；第一双极框321的第二凹槽704内安装第二隔膜323和第一阴极板322；第二双极框331的第二凹槽704内安装第三隔膜334和第四阳极板333。

在本发明的其中一个实施例中，如图10所示，第一单极框201一侧的外缘设置有第三凹槽705，另一侧的内缘设置有第四凹槽706；如图11所示，第二单极框401两侧的外缘设置有第五凹槽707。其中，第三凹槽705用于安装密封垫片800，第四凹槽706用于安装第三阴极板202和第四隔膜203，第五凹槽707用于安装密封垫片800，且第四阴极板402与对应的密封垫片800密封连接。具体来说，第四凹槽706为阶梯型凹槽，分别安装第三阴极板202和第四隔膜203，便于组装。

在本发明的其中一个实施例中，中间双极框311、第一双极框321、第二双极框331、第一单极框201、第二单极框401的一端设有相互连通的排气口，中间双极框311、第一双极框321、第二双极框331、第一单极框201、第二单极框401的另一端设有相互连通的进液口；其中，排气口和进液口分别与相应的阴极电解小室701和阳极电解小室702连通。具体来说，电解液由进液口进入到各自对应的阴极电解小室701和阳极电解小室702内，经过电解水反应后，制得的氢气和氧气分别从排气口的两端排出。

在本发明的其中一个实施例中，端板组件包括：从左至右依次设置的左端板组件、中间端板组件和右端板组件，以及绝缘组件。其中，绝缘组件设于左端板组件和右端板组件靠近双极框电解水组件的一侧，绝缘组件设于中间端板组件的两侧。根据端板组件的从左至右的布置位置，分为左端板组件1、第一中间端板组件3、第二中间端板组件和右端板组件4。对于左端板组件1和右端板组件4上的端板在其靠近双极框电解水组件2的一侧设置绝缘组件，如图8所示，左端板组件1包括：第一端板101和第一绝缘组件102，第一绝缘组件102设置在第一端板101一侧的凹槽内；而第一中间端板组件3和第二中间端板组件在其两侧均设置绝缘组件，如图12所示，第一中间端板组件3包括：第二端板501和第二绝缘组件502，第二绝缘组件502设置在第二端板501两侧的凹槽内。具体来说，第一端板101和第二端板均设置排气口和电解液进口，并分别与第一单极框201和第二单极框401的排气口和电解液相互连通；在第一端板101和第二端板上设置的绝缘组件，保证电解水反应不漏电，提高安全系数，优选地，第一绝缘组件102和第二绝缘组件502可分别采用绝缘片。

综上，本发明提供的一种组合式高效大功率电解槽系统，存在以下优势：

1、采用了工艺简单，造价低，效果优的双极板结构，提高了电解电流密度，降低电解槽的电阻，降低电解室的电压值，提高了制氢量，相应的降低了制造成本；

2、降低了极距，创新地提出一种“超短极距”电解水制氢电解槽，降低了整个电解过程的电阻值，可使每一个电解小室的电压达到较低值，提高了电解电流密度，降低电解水制氢的耗电量，降低了制氢的成本；

3、采用双极框模块组合体的电解槽结构，创新地提出了一种将极框和双极板一体化的双极框结构，使之由双极框、阳电极、阴电极，隔膜组成双极框模块；由双极框模块组合体组成高效大功率化的电解水制氢电解槽，这种结构便于实现人工智能生产，可大大降低电解槽的制造成本，并能可靠保证生产产品的质量；

4、双极框电解水组件2采用了“一正两负”或“一负两正”的供电模式，简化了供电单元的制造工艺，提高供电单元的稳定性；

5、本装置采用双极框模块组合体的电解槽组合式整体结构，可大幅度提高单机的制氢量，而且单机制氢量可以用单元体电解槽的组合加以调整，制造出不同单机产氢量的机组，灵活机动；

6、本组合式高效大功率电解槽系统能很好的和可再生能源耦合协调，充分发挥利用可再生能源制取氢气；

7、本组合式高效大功率电解槽系统非常适合海上风力发电电解水制氢，可充分利用海水制氢。

以1500Nm³/h电解水制氢电解槽的整体结构为实例，以表明本发明的实施过程。

1500Nm³/h的电解水制氢电解槽由三个双极框电解水组件2、四个端板组件和三个连接件6组成，每个双极框电解水组件2的制氢能力为500Nm³/h，单元体电解槽的双极板的有效直径为1400mm，根据本发明的很多特点和优势，电解电流密度在4000A/m²～5000A/m²，我们取电解电流密度为4500A/m²，电解电流I为6927.23A。

根据法拉第定律，制取1Nm³的氢气需要2390A·h电量，电解小室的数量n为：

n＝172个

本发明的双极框电解水组件2的供电模式为“一正两负”，如图1和图2所示，中间双极框模块组合体连接正电极，两端的双极框模块组合体连接负电极。172个电解小室对称分布在中间双极框的左右两边，左右两边分布86个。每个电解小室的电压根据本发明结构的研究数据为1.75V～1.85V，我们取为1.8V为电解小室电压降，单元体电解槽的电压降为：154.6V，单元体电源电压取为160V，电源电流为2I，即13854.46A。单元体电解槽制取500Nm³/h的氢气耗电功率为4.28KW/Nm³,

双极板的有效直径为Φ1400mm，阴极板和阳极板的直径为Φ1430mm，隔膜直径为Φ1480mm，

氧气和氢气排出口为弧形槽结构，密封垫片外径为Φ1640mm，内径Φ1430mm。

中间双极框模块组合体位于其他双极框模块组合体的中间位置，在中间双极框模块组合体的左右两侧分别设置86块双极框模块组合体。第一单极框模块组合体位于左端双极框模块组合体的外侧，第一单极框模块组合体以绝缘垫片相隔连接。第二单极框模块组合体位于右端双极框模块组合体的外侧。中间双极框模块组合体、第一单极框模块组合体和第二单极框模块组合体的外径均为Φ1640mm。

左、右端板组件4内表面嵌着绝缘垫片，内外表面上设有氢、氧气体排出的连接孔，其上在Φ1718的圆周上布置螺栓孔，第一中间端板组件3和第二中间端板组件两侧面上均嵌着绝缘垫片，氢气、氧气排出通道和左、右端板组件4相同，在Φ1718的圆周上开有螺栓孔，左、右端板组件4上开设12个螺栓孔，第一中间端板组件3和第二中间端板组件上开孔24个螺栓孔，左端板组件1和第一中间端板组件3的下面均布置有和基础支架相连的支撑段，其上开有螺栓孔，以螺栓和支架相连。第一单极框模块组合体、双极框模块组合体和第二单极框模块组合体

依次靠紧，并用压紧螺栓压紧连接，形成一个完整的可生产500Nm³/h的单元体电解槽。三个双极框电解水组件2通过端板组件以压紧螺栓相连，构成了产氢量为1500Nm³/h电解水制氢的电解槽。电解槽总长度为9270mm，设有4个支撑点，共8个螺栓和支架连接，总高度1968mm。

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)

1.一种组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，包括：

多个双极框电解水组件，所述双极框电解水组件包括依次排列的第一单极框模块组合体、多个双极框模块组合体和第二单极框模块组合体；

多个端板组件，所述双极框电解水组件设置于相邻两个所述端板组件之间，且所述端板组件设有安装槽；

连接件，所述连接件可拆卸地设于相邻两个所述端板组件的安装槽内，以使所述双极框电解水组件和所述端板组件可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，位于中间的端板组件上设置的所述安装槽数量为位于左右两侧的端板组件上设置的所述安装槽数量的两倍，且所述安装槽均布设置在所述端板组件上。

3.根据权利要求1所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，所述双极框模块组合体包括位于中间位置的中间双极框模块组合体，所述中间双极框模块组合体的外缘连接有第一接线柱；所述第一单极框模块组合体的外缘连接有第二接线柱；所述第二单极框模块组合体的外缘连接有第三接线柱；

其中，所述第二接线柱与所述第三接线柱的极性相同，且与所述第一接线柱的极性相反。

4.根据权利要求3所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，所述中间双极框模块组合体包括：

中间双极框；

第一阳极板，所述第一阳极板压紧设于所述中间双极框的一侧，以形成阳极电解小室；

第一隔膜，所述第一隔膜压紧设于所述第一阳极板的外侧；

第二阳极板，所述第二阳极板压紧设于所述中间双极框的另一侧，以形成阳极电解小室。

5.根据权利要求4所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，位于靠近所述第二阳极板一侧的所述双极框模块组合体包括：

第一双极框；

第一阴极板，所述第一阴极板压紧设于所述第一双极框靠近所述第二阳极板的一侧，以形成阴极电解小室；

第二隔膜，所述第二隔膜压紧设于所述第一阴极板的外侧；

第三阳极板，所述第三阳极板压紧设于所述第一双极框远离所述第二阳极板的一侧，以形成阳极电解小室；

位于靠近所述第一隔膜一侧的所述双极框模块组合体包括：

第二双极框；

第二阴极板，所述第二阴极板压紧设于所述第二双极框靠近所述第一隔膜的一侧，以形成阴极电解小室；

第四阳极板，所述第四阳极板压紧设于所述第二双极框远离所述第一隔膜的一侧，以形成阳极电解小室；

第三隔膜，所述第三隔膜压紧设于所述第四阳极板的外侧。

6.根据权利要求5所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，所述第一单极框模块组合体包括：

第一单极框；

第三阴极板，所述第三阴极板压紧设于所述第一单极框靠近所述第三阳极板的一侧，以形成阴极电解小室；

第四隔膜，所述第四隔膜压紧设于对应的所述第三阴极板与所述第三阳极板之间；

所述第二单极框模块组合体包括：

第二单极框；

第四阴极板，所述第四阴极板压紧设于所述第二单极框靠近所述第三隔膜的一侧，以形成阴极电解小室。

7.根据权利要求5或6所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，所述中间双极框、所述第一双极框和所述第二双极框一侧的外缘设置有第一凹槽，用于安装密封垫片；另一侧的内缘设置有第二凹槽，用于安装隔膜和电极板。

8.根据权利要求6所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，所述第一单极框一侧的外缘设置有第三凹槽，另一侧的内缘设置有第四凹槽；所述第二单极框两侧的外缘设置有第五凹槽；其中，

所述第三凹槽用于安装密封垫片，所述第四凹槽用于安装所述第三阴极板和所述第四隔膜，所述第五凹槽用于安装密封垫片，且所述第四阴极板与对应的所述密封垫片密封连接。

9.根据权利要求6或8所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，所述中间双极框、所述第一双极框、所述第二双极框、所述第一单极框、所述第二单极框的一端设有相互连通的排气口，所述中间双极框、所述第一双极框、所述第二双极框、所述第一单极框、所述第二单极框的另一端设有相互连通的进液口；其中，

所述排气口和所述进液口分别与相应的所述阴极电解小室和所述阳极电解小室连通。

10.根据权利要求1至6中任意一项所述的组合式高效大功率电解槽系统，其特征在于，所述端板组件包括：

从左至右依次设置的左端板组件、中间端板组件和右端板组件；

绝缘组件，所述绝缘组件设于所述左端板组件和所述右端板组件靠近所述双极框电解水组件的一侧，所述绝缘组件设于所述中间端板组件的两侧。