CN117822010A - 能低温快速启动的高效节能电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了能低温快速启动的高效节能电解槽，包括：若干个双极板、两个端极板，各个双极板位于两个端极板之间，两个端极板通过长螺栓在轴向上紧固收紧而对夹住各个双极板，相邻双极板之间、端极板和双极板之间均围设有电解小室，电解小室中间设有隔膜，还设有电解液汇流通道、氧气汇流通道、氢气汇流通道；双极板结构包括：阴极框、阳极框、换热框，换热框被夹于阴极框和阳极框之间，阴极框上焊接有阴极板，阳极框上焊接有阳极板，阴极框和阴极板、阳极框和阳极板、换热框之间围设有换热腔；还设有两个换热介质通道，两个换热介质通道分别通过介质流道与各个换热腔相连通。上述的高效节能电解槽能低温快速启动，并且具有较高的电解效率。
Description
技术领域
本发明涉及电解制氢用电解槽领域，具体涉及能低温快速启动的高效节能电解槽。
背景技术
现有的制氢系统的制氢能力不能很好的匹配可再生能源的波动性，所以不能最大化利用可再生能源，这是目前常规制氢系统面临的一大问题。
目前常规电解槽的反应温度是影响其电解水反应过程速率的主要因素之一，在低温环境下，指电解液温度在0~20摄氏度时，电解水系统从开启到达到额定产氢速率，至少需要1个小时，普遍存在冷启动时间长的问题。而光伏、风电等可再生能源是波动的、随机的，需要制氢设备有很好的响应速度，快速的对波动性能源进行消纳。现阶段大规模可再生能源制氢，制氢系统低温时，无法快速提升到额定功率消纳可再生能源的短时间增加的发电量，这部分发电量若是电网无法消纳只能浪费。另外，电解槽电解过程中持续放热，电解液在槽体中是被持续加热的，因此需要将流出的电解液在槽外换热器降温后，再送入电解槽，这样才能防止电解槽过热，但是电解液进槽时的温度与槽体额定工作温度相差很大，这样就导致电解槽的电解效率始终无法有效提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种能低温快速启动的高效节能电解槽。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：能低温快速启动的高效节能电解槽，包括：若干个双极板、两个端极板，各个双极板位于两个端极板之间，各个双极板和两个端极板沿着轴向对齐叠装在一起，两个端极板通过数个长螺栓在轴向上紧固收紧而对夹住各个双极板，各个长螺栓环绕于双极板布置，相邻双极板之间、端极板和双极板之间均围设有一个电解小室，电解小室中间设置有隔膜，隔膜将电解小室分隔成产氧腔和产氢腔，相邻两双极板之间、端极板和双极板之间均设置有防止电解小室漏液的密封垫，还设置有位于电解小室下方的电解液汇流通道、位于电解小室上方的氧气汇流通道和氢气汇流通道，电解液汇流通道、氧气汇流通道、氢气汇流通道分别沿轴向贯穿各个双极板、两个端极板、各个密封垫，电解液汇流通道分别通过设置于对应极板上的电解液流道与各个电解小室中的两个腔相连通，氧气汇流通道分别通过设置于对应极板上的氧气流道与各个产氧腔相连通，氢气汇流通道分别通过设置于对应极板上的氢气流道与各个产氢腔相连通，其特征在于：双极板的结构包括：阴极框、阳极框、换热框，换热框被夹于阴极框和阳极框之间，换热框和阴极框、换热框和阳极框之间分别进行密封，阴极框的内圈上密封焊接有阴极板，阳极框的内圈上密封焊接有阳极板，阴极框和阴极板、阳极框和阳极板、换热框之间围设有一个能与相邻的电解小室进行热交换的换热腔，阴极板和阳极板的相对两端面上分别设置有凸起，并且阴极板和阳极板通过两者之间的凸起相抵靠接触；还设置有两个位于换热腔旁边的换热介质通道，两个换热介质通道分别沿轴向贯穿各个双极板、两个端极板、各个密封垫，两个换热介质通道分别通过设置于对应换热框上的介质流道与各个换热腔相连通。
进一步的，前述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其中：对阴极板和阳极板的抵靠接触处进行无损焊接。
进一步的，前述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其中：换热框和阴极框、换热框和阳极框之间分别焊接密封。或者，换热框和阴极框、换热框和阳极框之间分别通过密封垫密封。
进一步的，前述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其中：两个换热介质通道分别位于换热腔的上方和下方。
进一步的，前述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其中：阴极板和阳极板均为乳凸板。
本发明的优点为：所述的高效节能电解槽中的双极板中设置有能与电解小室换热的换热腔，换热腔中可以通入换热介质对电解小室中的电解液进行冷却或者加热。电解槽冷启动时，向换热腔中通入热水蒸气，可以快速使电解液升温，从而能使电解反应功率迅速提升至额定功率，使得电解槽的冷启动时间能大大缩短，从而能使电解槽有效消纳可再生能源的短时间增加的发电量。电解槽在反应过程中持续放热，需要对电解液进行冷却控温，防止槽体过热破坏关键材料，这时可以向换热腔中通入冷却水，可以实时的移走电解槽内电解反应放出的热量，不会形成热量累积，电解槽内各处的电解液温差也会得到很好的控制，提高电解效率，并且由于电解液的温度在电解槽内就能被很好的控制住，从而能省却槽外换热器，这样能大大降低设备成本和运行能源。
附图说明
图1为本发明所述的能低温快速启动的高效节能电解槽的结构示意图。
图2为双极板的结构示意图。
图3为双极板的爆炸图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2、图3所示，能低温快速启动的高效节能电解槽，包括：若干个双极板1、两个端极板2，各个双极板1位于两个端极板2之间，各个双极板1和两个端极板2沿着轴向对齐叠装在一起，两个端极板2通过数个长螺栓3在轴向上紧固收紧而对夹住各个双极板1，各个长螺栓3环绕于双极板1布置，相邻双极板1之间、端极板2和双极板1之间均围设有一个电解小室4，电解小室4中间设置有隔膜，隔膜将电解小室4分隔成产氧腔和产氢腔，相邻两双极板1之间、端极板2和双极板1之间均设置有防止电解小室4漏液的密封垫，还设置有位于电解小室4下方的电解液汇流通道、位于电解小室4上方的氧气汇流通道和氢气汇流通道，电解液汇流通道、氧气汇流通道、氢气汇流通道分别沿轴向贯穿各个双极板1、两个端极板2、各个密封垫，电解液汇流通道分别通过设置于对应极板上的电解液流道与各个电解小室4中的两个腔相连通，氧气汇流通道分别通过设置于对应极板上的氧气流道与各个产氧腔相连通，氢气汇流通道分别通过设置于对应极板上的氢气流道与各个产氢腔相连通，双极板1的结构包括：阴极框5、阳极框6、换热框7，换热框7被夹于阴极框5和阳极框6之间，换热框7和阴极框5、换热框7和阳极框6之间分别进行密封，阴极框5的内圈上密封焊接有阴极板8，阳极框6的内圈上密封焊接有阳极板9，阴极框5和阴极板8、阳极框6和阳极板9、换热框7之间围设有一个能与相邻的电解小室4进行热交换的换热腔10，阴极板8和阳极板9的相对两端面上分别设置有凸起11，并且阴极板8和阳极板9通过两者之间的凸起11相抵靠接触，本实施例中，阴极板8和阳极板9均为乳凸板，实际应用中，阴极板8和阳极板9也可以是其它带凸起的板；还设置有两个位于换热腔10旁边的换热介质通道12，两个换热介质通道12分别沿轴向贯穿各个双极板1、两个端极板2、各个密封垫，两个换热介质通道12分别通过设置于对应换热框7上的介质流道13与各个换热腔10相连通。
一个换热介质通道12用于向换热腔10中通入换热介质，另一个换热介质通道12用于将换热腔10中的换热介质排出。
工作时，两个端极板2分别接电源的正极和负极，电解液汇流通道中的电解液通过电解液流道进入电解小室4中被电解，电解液被电解后在产氧腔中产出氧气、在产氢腔中产出氢气，产氧腔中的氧气和电解液通过氧气流道进入氧气汇流通道中排出，产氢腔中的氢气和电解液通过氢气流道进入氢气汇流通道中排出。
在本实施例中，对阴极板8和阳极板9的抵靠接触处进行无损焊接，无损焊接如：电阻焊，运行时，电解小室4中的压力大于换热腔10中的压力，阴极板8和阳极板9之间相接触支撑后能有效防止换热腔10变形，并且能有效降低电阻，极板接触点通过无损焊接后又能进一步减少接触电阻。换热框7和阴极框5、换热框7和阳极框6之间分别焊接密封。在实际生产中，由于阴极板8和阳极板9相接触，换热框7和阴极框5、换热框7和阳极框6之间也可以分别通过密封垫密封。两个换热介质通道12分别位于换热腔10的上方和下方，这样设置后能有效延长换热介质的换热路径。
所述的高效节能电解槽中的双极板中设置有能与电解小室换热的换热腔，换热腔中可以通入换热介质对电解小室中的电解液进行冷却或者加热。
电解槽冷启动时，向换热腔10中通入热水蒸气，可以快速使电解液升温，从而能使电解反应功率迅速提升至额定功率，使得电解槽的冷启动时间能大大缩短，从而能使电解槽有效消纳可再生能源的短时间增加的发电量。
电解槽在反应过程中持续放热，需要对电解液进行冷却控温，防止槽体过热破坏关键材料，这时可以向换热腔10中通入冷却水，可以实时的移走电解槽内电解反应放出的热量，不会形成热量累积，电解槽内各处的电解液温差也会得到很好的控制，提高电解效率，并且由于电解液的温度在电解槽内就能被很好的控制住，从而能省却槽外换热器，这样能大大降低设备成本和运行能源。
Claims (6)
1.能低温快速启动的高效节能电解槽，包括：若干个双极板、两个端极板，各个双极板位于两个端极板之间，各个双极板和两个端极板沿着轴向对齐叠装在一起，两个端极板通过数个长螺栓在轴向上紧固收紧而对夹住各个双极板，各个长螺栓环绕于双极板布置，相邻双极板之间、端极板和双极板之间均围设有一个电解小室，电解小室中间设置有隔膜，隔膜将电解小室分隔成产氧腔和产氢腔，相邻两双极板之间、端极板和双极板之间均设置有防止电解小室漏液的密封垫，还设置有位于电解小室下方的电解液汇流通道、位于电解小室上方的氧气汇流通道和氢气汇流通道，电解液汇流通道、氧气汇流通道、氢气汇流通道分别沿轴向贯穿各个双极板、两个端极板、各个密封垫，电解液汇流通道分别通过设置于对应极板上的电解液流道与各个电解小室中的两个腔相连通，氧气汇流通道分别通过设置于对应极板上的氧气流道与各个产氧腔相连通，氢气汇流通道分别通过设置于对应极板上的氢气流道与各个产氢腔相连通，其特征在于：双极板的结构包括：阴极框、阳极框、换热框，换热框被夹于阴极框和阳极框之间，换热框和阴极框、换热框和阳极框之间分别进行密封，阴极框的内圈上密封焊接有阴极板，阳极框的内圈上密封焊接有阳极板，阴极框和阴极板、阳极框和阳极板、换热框之间围设有一个能与相邻的电解小室进行热交换的换热腔，阴极板和阳极板的相对两端面上分别设置有凸起，并且阴极板和阳极板通过两者之间的凸起相抵靠接触；还设置有两个位于换热腔旁边的换热介质通道，两个换热介质通道分别沿轴向贯穿各个双极板、两个端极板、各个密封垫，两个换热介质通道分别通过设置于对应换热框上的介质流道与各个换热腔相连通。
2.根据权利要求1所述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其特征在于：对阴极板和阳极板的抵靠接触处进行无损焊接。
3.根据权利要求1或2所述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其特征在于：换热框和阴极框、换热框和阳极框之间分别焊接密封。
4.根据权利要求1或2所述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其特征在于：换热框和阴极框、换热框和阳极框之间分别通过密封垫密封。
5.根据权利要求1或2所述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其特征在于：两个换热介质通道分别位于换热腔的上方和下方。
6.根据权利要求1或2所述的能低温快速启动的高效节能电解槽，其特征在于：阴极板和阳极板均为乳凸板。
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| CN119061416A (zh) * | 2024-11-07 | 2024-12-03 | 内蒙古亿利氢田时代技术有限公司 | 用于电解水制氢的外接温控电解槽极框及电解槽 |
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2023
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| CN119061416A (zh) * | 2024-11-07 | 2024-12-03 | 内蒙古亿利氢田时代技术有限公司 | 用于电解水制氢的外接温控电解槽极框及电解槽 |
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