CN203904464U - 一种可扩展组合式多极电解槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及能源领域，尤其是一种可扩展组合式多极电解槽。包括至少一个电解单元以及外部固定装置；电解单元包括阳极板、阴极板、多层级电极板、电极板固定装置以及筒状的绝缘外壳；阳极板以及阴极板分别覆盖绝缘外壳的两端；阳极板、阴极板以及绝缘外壳之间通过外部固定装置固定；绝缘外壳的底部设置有入口，顶部设置有出口；多层级电极板通过电极板固定装置固定于绝缘外壳的内部；电极板的底部以及顶部均为切口式设计；多个电解单元沿绝缘外壳的轴向排布，并通过外部固定装置固定在一起。本实用新型的可扩展组合式多极电解槽具有较强的灵活性和实用性，可有效提高热燃效率与降低用能企业的生产成本，增加经济收益。

Description

一种可扩展组合式多极电解槽

技术领域

本实用新型涉及能源领域，尤其是一种可扩展组合式多极电解槽，是新型氢能生产装备的重要核心技术组成。

背景技术

氢能是一种极为优越的二次能源，是二十一世纪最洁净高效的新型能源。目前，使用氢能机对水进行电解制取氢的技术得到了广泛的关注和认可。电解槽装置作为氢能机的核心部分和主体设备，其结构型式的优化设计对制氢技术性能有极重要的影响。氢气作为燃料具有火焰集中、热值高、效率高等特点，并且可与其他能源相结合燃烧使能源得到更加充分的利用。其由水制取，燃烧产物仍然还原为水，整个过程不会造成对环境的污染。因此，氢能设备受到很多用能企业的青睐。只是制氢技术一直没有较大程度突破性提高，现有的氢能设备耗能量大但产氢量少，这就限制了市场上氢能源的普及和应用。

目前市场上的氢能设备的产能一般只能根据产品型号的不同而进行有限选择，企业无法根据自身实际需求选择适合产能的氢能设备。企业对氢能需求量的增加无法通过对现有设备进行产能升级实现，只能再购置新的氢能设备。此外，现在市面上的电解槽设备只适用于小型用能企业，并不能满足各类大型用能企业对制氢需求。这样不仅会大大增加企业的成本，还会对企业的生产效率产生不利影响。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种可扩展组合式多极电解槽，以解决上述问题。

本实用新型的实施例提供了一种可扩展组合式多极电解槽，包括至少一个电解单元以及外部固定装置；

所述电解单元包括阳极板、阴极板、多层级电极板、电极板固定装置以及筒状的绝缘外壳；所述阳极板以及所述阴极板分别覆盖所述绝缘外壳的两端，将所述绝缘外壳的内部封闭；所述阳极板以及所述阴极板与所述绝缘外壳之间均通过密封垫圈密封；所述阳极板、所述阴极板以及所述绝缘外壳之间通过所述外部固定装置固定在一起；所述绝缘外壳的底部设置有入口；所述绝缘外壳的顶部设置有出口；

所述多层级电极板包括多块电极板；多块所述电极板均通过所述电极板固定装置固定于所述绝缘外壳的内部，所述电极板沿所述绝缘外壳的轴向排布，且其延展方向垂直于所述绝缘外壳的轴向；相邻两块所述电极板之间均留有等量的间隙；所述电极板的底部以及顶部均为切口式设计；

多个所述电解单元沿所述绝缘外壳的轴向排布，且相邻两个电解单元之间共用一块阳极板或阴极板；所有所述电解单元通过外部固定装置固定在一起。

优选的，所述绝缘外壳的底部设置有定位分水管；所述定位分水管沿所述绝缘外壳的轴线延伸，且覆盖所述入口；在所述定位分水管朝向所述电极板的一侧设置有与所述电极板之间的间隙相对应的出水口。

优选的，所述定位分水管的径向截面为向上凸出的弧形。

优选的，每块所述电极板上均对应设置多个插孔；所述电极板固定装置包括定位支撑棒以及定距垫片；所述定位支撑棒穿过每块所述电极板上对应的所述插孔，以使所述电极板在所述绝缘外壳的径向固定；相邻两块所述电极板之间均设置所述定距垫片，以使其之间的间隙固定不变。

优选的，所述插孔沿所述电极板的边缘以及中部分布。

优选的，所述定距垫片为环状，且套在所述定位支撑棒上。

优选的，所述外部固定装置包括两片法兰盘、双头螺栓以及螺母；两片所述法兰盘分别位于多个所述电解单元的两端，且其与所述电解单元的阴极板以及阳极板之间设置有绝缘垫板；所述法兰盘通过所述双头螺栓以及所述螺母将两片所述法兰盘以及其中的多个所述电解单元夹紧，实现固定。

优选的，所述绝缘外壳的两端均向其径向延伸形成突缘；所述外部固定装置包括两片法兰盘、双头螺栓以及螺母；两片所述法兰盘分别位于多个所述电解单元的两端，且其与所述电解单元的阴极板以及阳极板之间设置有绝缘垫板；所述法兰盘与所述突缘之间、相邻两个所述突缘之间均通过所述双头螺栓以及所述螺母实现固定。

优选的，所述螺母与所述法兰盘之间设置有垫片。

优选的，所述垫片与所述螺母之间设置有弹簧垫。

本实用新型所提供的可扩展组合式多极电解槽，通过采用电解单元的方式进行电解作业，使得企业可以根据实际需要进行随意灵活组装、拆分或者叠加，因此具有较强的灵活性和实用性，通用于不同领域和行业的用能单位。可以有效的帮助用能企业降低单位产气电能消耗、大大减少传统能源的用量，降低成本、提高生产效率、节能环保。达到增加经济收益的效果。考虑到现在我国普遍的环境污染现状和各级政府大力提倡的节能减排标准，“可扩展组合式多极电解槽”高效廉价的制氢技术的使用必将在各类大型用能企业，例如热电、发电、石化、工业窑炉、建材、陶瓷玻璃、国防及核能等领域有着巨大的发展空间并能得到广泛应用。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供的可扩展组合式多极电解槽的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的电解单元的主视结构图；

图3为本实用新型实施例所提供的电解单元的侧视结构图；

图4为本实用新型实施例所提供的机箱式可扩展组合式多极电解槽的示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的小型集装箱式式可扩展组合式多极电解槽的示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的大中型基站式可扩展组合式多极电解槽的示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的另一种可扩展组合式多极电解槽的整体结构示意图。

图8为本实用新型实施例所提供的另一种电解单元的主视结构图。

附图标记：1-电解单元；2-外部固定装置；3-阳极板；4-阴极板；5-电极板；6-绝缘垫板；7-绝缘外壳；8-密封垫圈；9-入口；10-出口；11-定位分水管；12-出水口；13-定位支撑棒；14-定距垫片；15-法兰盘；16-双头螺栓；17-螺母；18-密封垫圈；19-弹簧垫；20-突缘。

具体实施方式

为了便于清楚理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例进行详细说明。

本实用新型的一个实施例提供了一种可扩展组合式多极电解槽，如图1所示，包括多个电解单元1以及外部固定装置2；

如图2和图3所示，电解单元1包括阳极板3、阴极板4、多层级电极板、电极板固定装置以及筒状的绝缘外壳7；阳极板3以及阴极板4分别覆盖绝缘外壳7的两端，将绝缘外壳7的内部封闭；阳极板3以及阴极板4与绝缘外壳7之间均通过密封垫圈8密封，密封垫圈8符合GB/T3985的规定；阳极板3、阴极板4以及绝缘外壳7之间通过外部固定装置2固定在一起；绝缘外壳3的轴线水平设置，绝缘外壳3的底部设置有入口9；绝缘外壳7的顶部设置有出口10；

多层级电极板包括多块电极板5，多块电极板5均通过电极板固定装置固定于绝缘外壳7的内部，电极板5沿绝缘外壳7的轴向排布，且其延展方向垂直于绝缘外壳7的轴向；相邻两块电极板5之间均留有等量的间隙；电极板5的底部以及顶部均与绝缘外壳7之间留有间隙；

多个电解单元1沿绝缘外壳7的轴向排布，且相邻两个电解单元1之间共用一块阳极板3或阴极板4；所有电解单元1通过外部固定装置2固定在一起。

氢是重要的工业气体原料，其资源丰富且热值高，在石油化工、冶金工业、食品饮水、航天汽车等多领域有广泛应用。氢能是氢的化学能，是一种极为优越的二次能源。传统上，它可以通过一定方法利用其他能源制取而成，并且可与各种能源相结合燃烧使能源得到更加充分的利用。面对全球能源枯竭的严峻挑战和传统能源对环境的严重破坏，氢能作为一种高效、清洁的新型能源，势必会在世界能源舞台上占据举足轻重的地位。我国在氢能领域的研究和开发起步不晚，但发展缓慢。在2008年成立了中国氢能标准技术委员会，与国际氢能标准委员会接轨。国家对于氢能的研究和利用非常重视，因此，氢能的科学研究得到了大力支持。氢能技术曾一度被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划(能源领域)》，从长远看，氢能的开发利用会成为一个必然的发展方向。

在众多传统制氢方法中，利用对水的电解取得氢气的技术目前得到了广泛关注和认可。氢气由水----这一地球上最为丰富的资源制取而成，而其燃烧后产物仍然还原为水，清洁环保，这一自然物质的循环利用，演绎了持续发展的经典过程。

电解槽装置是氢能机的核心部分和主体设备，其结构型式的优化设计是提高电解效率、降低槽电压、节省能源的关键所在。它的性能参数将决定水电解制氢的技术性能。

本实用新型所提供的可扩展组合式多极电解槽区别于现在市场上普遍使用的电解槽，其为可自由扩展、自由组合式，可以对电解单元1进行多级串联或多级并联，并且可根据用能企业实际用量需求进行随意组装，可拆分或叠加。几个电解单元1组装在一起可做出机柜式，十几个电解单元1组装起来可做成集装箱式和基站式，更多的可用来组成独立车间。因此，此电解槽在工业生产中具灵活性和实用性，通用于不同领域和行业的用能单位，并且可以有效的帮助用能企业降低单位产气电能消耗、大大减少传统能源的用量，降低成本、提高生产效率、节能环保。考虑到现在我国普遍的环境污染现状和各级政府大力提倡的节能减排标准，“可扩展组合式多极电解槽”高效廉价的制氢技术的使用必将在各类大型用能企业，例如热电、发电、石化、工业窑炉、建材、陶瓷玻璃、国防及核能等领域有着巨大的发展空间并能得到广泛应用。

其具体工作原理如下：在电解单元两端的阴极板4、阳极板3上通上设定的高频直流电，使得不同腔级间产生磁震荡脉冲。通电后整个电解单元1中相邻两个电极板5所带电位不同，形成可以满足最低电解条件的电势差。其内部的电解液进行电化学分解，在高电势极板上(阳极面)失电子析出氧气，同时在低电势极板上(阴极面)得电子析出氢气。由于任一电极板5所带电位两面相等，但其相邻的左右两块电极板5所带电位一个高于此电极板5，另一个低于此电极板5，所以任一电极板5的两面在与相邻的电极板5形成电解小室的过程中分别充当了阴极和阳极，即每一电极板5的两面均可分别析出氧气和氢气。

在此过程中，均匀距离是保证各电极板5电势差一致的关键。整个绝缘外壳内的电解液是贯通的，若电极板5间电解液液量不同，即其电阻不同，那么电极板5所带电位就会不同，形成不同电势差。这样，电解工作中效率的不同则会造成整个电解液的浓度分布不均衡，易形成浓差腐蚀。因此要保证各电极板5等距定位，这样有助于调节电解的工作效率，有利于实现电解槽中浓度的均衡，避免因此而造成的浓差腐蚀。

在组装时，优选先将电极板利用多层级电极板5固定装置等位装套后，再整体装入绝缘外壳7中。

为了能够使电解液平稳、均衡的分布在相邻两块电极板5之间，减小因流动造成的体积或浓度差，优选的，绝缘外壳7的底部设置有定位分水管11；定位分水管11沿绝缘外壳7的轴线延伸，且覆盖入口9；在定位分水管11朝向电极板5的一侧设置有与电极板5之间的间隙相对应的出水口12。

为了使电解液的流动更加平缓，减小流动阻力，优选的，定位分水管11的径向截面为向上凸出的弧形。

电极板5可以通过多种方式固定在绝缘外壳7内，其中，比较简便的一种方法为：每块电极板上均对应设置多个插孔(图中未示出)；电极板固定装置包括定位支撑棒13以及定距垫片14；定位支撑棒13穿过每块电极板5上对应的插孔，以使电极板5在绝缘外壳7的径向固定；相邻两块电极板5之间均设置定距垫片14，以使其之间的间隙固定不变。其中，定位支撑棒13的两端可以分别顶住阳极板3和阴极板4以达到固定效果。

为了使电极板5固定效果更好，优选的，插孔沿电极板5的边缘以及中部分布。

优选的，定距垫片14为环状，且套在定位支撑棒13上。这样定距垫片14的能够借助定位支撑棒13固定，结构简单。

根据电解单元1的组合方式不同，外部固定装置2的样式也多种多样。其中，由于将电解单元1沿绝缘外壳7的轴线排布能够使相邻两个电解单元1共用一个阳极板3或阴极板4，因此这种排布方式为最优排布。

本实施例配合这种组合方式提供了一种优选的外部固定装置2，包括两片法兰盘15、双头螺栓16以及螺母17；两片法兰盘15分别位于多个电解单元1的两端，，且其与电解单元1的阴极板4以及阳极板3之间设置有绝缘垫板6；法兰盘15通过双头螺栓16以及螺母17将两片法兰盘15以及其中的多个电解单元1夹紧，实现固定。

外部固定装置2采用两片法兰盘15、双头螺栓16以及螺母17相互配合，能够符合GB/T11352的规定；绝缘垫板6使外部固定装置2与电解单元1的绝缘电阻大于200M，能够有效防止内部电流传导至法兰盘15上。

根据工程需要，螺母17与法兰盘15之间可以设置垫片18、弹簧垫6等，以减小起到提高紧固效果、防止脱落等效果。还可以使每个双头螺栓16的两端均配合两个螺母17。

图4至6示出了几种不同规模的可扩展组合式多极电解槽。其中，图4为机箱式，总长不超过2000m。图5为小型集装箱式，总长为2000-5000m。图6为大中型基站式，总长在5000m以上。

如图7所示，本实用新型的一个实施例提供了另一种电解单元1与外部固定装置2的结构，如图8所示，绝缘外壳7的两端均向其径向延伸形成突缘20；外部固定装置2包括两片法兰盘15、双头螺栓16以及螺母17；两片法兰盘15分别位于多个电解单元1的两端，且其与电解单元1的阴极板4以及阳极板3之间设置有绝缘垫板6；法兰盘15与突缘20之间、相邻两个突缘20之间均通过双头螺栓16以及螺母17实现固定。

采用这种方式由于采用分段固定，因此拆卸更加方便，而且装置整体的结构强度更高。

同样的，根据工程需要，螺母17与法兰盘15之间可以设置垫片18、弹簧垫6等，以减小起到提高紧固效果、防止脱落等效果。还可以使每个双头螺栓16的两端均配合两个螺母17。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围，其拓展及延伸均为其权利主张保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：包括至少一个电解单元以及外部固定装置； 

所述电解单元包括阳极板、阴极板、多层级电极板、电极板固定装置以及筒状的绝缘外壳；所述阳极板以及所述阴极板分别覆盖所述绝缘外壳的两端，将所述绝缘外壳的内部封闭；所述阳极板以及所述阴极板与所述绝缘外壳之间均通过密封垫圈密封；所述阳极板、所述阴极板以及所述绝缘外壳之间通过所述外部固定装置固定在一起；所述绝缘外壳的底部设置有入口；所述绝缘外壳的顶部设置有出口； 

所述多层级电极板包括多块电极板；多块所述电极板均通过所述电极板固定装置固定于所述绝缘外壳的内部，所述电极板沿所述绝缘外壳的轴向排布，且其延展方向垂直于所述绝缘外壳的轴向；相邻两块所述电极板之间均留有等量的间隙；所述电极板的底部以及顶部均为切口式设计； 

多个所述电解单元沿所述绝缘外壳的轴向排布，且相邻两个电解单元之间共用一块阳极板或阴极板；所有所述电解单元通过外部固定装置固定在一起。 

2.根据权利要求1所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述绝缘外壳的底部设置有定位分水管；所述定位分水管沿所述绝缘外壳的轴线延伸，且覆盖所述入口；在所述定位分水管朝向所述电极板的一侧设置有与所述电极板之间的间隙相对应的出水口。 

3.根据权利要求2所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述定位分水管的径向截面为向上凸出的弧形。 

4.根据权利要求1所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：每块所述电极板上均对应设置多个插孔；所述电极板固定装置包括定位支撑棒以及定距垫片；所述定位支撑棒穿过每块所述电极板上对应的所述插孔，以使所述电极板在所述绝缘外壳的径向固定；相邻两块所述电极板之间均设置所述定距垫片，以使其之间的间隙固定不变。 

5.根据权利要求4所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述插孔沿所述电极板的边缘以及中部分布。 

6.根据权利要求4所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述定距垫片为环状，且套在所述定位支撑棒上。 

7.根据权利要求1所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述外部固定装置包括两片法兰盘、双头螺栓以及螺母；两片所述法兰盘分别位于多个所述电解单元的两端，且其与所述电解单元的阴极板以及阳极板之间设置有绝缘垫板；所述法兰盘通过所述双头螺栓以及所述螺母将两片所述法兰盘以及其中的多个所述电解单元夹紧，实现固定。 

8.根据权利要求1所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述绝缘外壳的两端均向其径向延伸形成突缘；所述外部固定装置包括两片法兰盘、双头螺栓以及螺母；两片所述法兰盘分别位于多个所述电解单元的两端，且其与所述电解单元的阴极板以及阳极板之间设置有绝缘垫板；所述法兰盘与所述突缘之间、相邻两个所述突缘之间均通过所述双头螺栓以及所述螺母实现固定。 

9.根据权利要求7或8所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述螺母与所述法兰盘或所述突缘之间设置有垫片。 

10.根据权利要求9所述的可扩展组合式多极电解槽，其特征在于：所述垫片与所述螺母之间设置有弹簧垫。