CN217418830U - 一种电解槽及制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电解槽及制氢系统，包括：至少两个压装端板，所述压装端板相对设置在所述电解槽的两端；其中，至少一个压装端板包括进口、出口和通道，所述通道设置在所述压装端板内，所述通道连通所述进口和所述出口；所述进口和所述出口分别连通外部，所述通道用于容纳防冻物质。本实用新型实施例提供的技术方案使电解槽的内部温度大于液体结冰温度，从而避免零下低温环境中，电解槽中膜电极组件内水分结冰的问题，在不改变电解槽的原有零部件结构情况，即可实现电解槽的耐低温运行和存储，提高电解槽在低温环境下的运行可靠性。

Description

一种电解槽及制氢系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电解设备技术领域，尤其涉及一种电解槽及制氢系统。

背景技术

氢能以其稳定，清洁和高效等诸多优点引起世界各国广泛的关注，在众多的制氢方式中，固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte，SPE)电解水制氢技术拥有响应速度快，安全清洁和运行电密高等优点，采用SPE电解水技术的电解槽以去离子水为原料，在直流电的作用下，分别在阳极产生氧气，阴极产生氢气。

现有的电解槽技术中，环境温度需控制在5℃以上，在低温环境下电解槽中膜电极内易结冰，导致膜与催化剂层剥离，将会极大的降低电解槽的使用寿命，强行开机可能还会引发安全问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种电解槽及制氢系统，实现电解槽的低温运行和存储，提高电解槽在低温环境下的运行可靠性。

第一方面，本实用新型提供一种电解槽，包括：至少两个压装端板，所述压装端板相对设置在所述电解槽的两端；其中，至少一个压装端板包括进口、出口和通道，所述通道设置在所述压装端板内，所述通道连通所述进口和所述出口；所述进口和所述出口分别连通外部，所述通道用于容纳防冻物质。

可选的，所述通道以蛇形流道排布、盘形流道排布或直流道排布。

可选的，所述压装端板内设置内槽，所述内槽形成所述通道。

可选的，所述的电解槽，还包括防护管道，所述防护管道嵌入所述通道；所述防护管道连通所述进口和所述出口。

可选的，所述的电解槽，还包括防护管道，所述压装端板的表面上开设凹槽，所述凹槽作为所述通道嵌入放置所述防护管道，其中，所述凹槽的深度大于或等于所述防护管道的直径。

可选的，所述的电解槽，还包括防护管道，所述压装端板为空心结构，所述防护管道铺设在所述空心结构的内部，所述防护管道作为所述通道。

可选的，所述的电解槽，还包括保温结构和膜电极组件；所述膜电极组件设置在相对设置的所述压装端板之间，所述保温结构至少部分包覆所述膜电极组件；所述保温结构用于隔热保温。

可选的，所述保温结构包覆所述膜电极组件和所述压装端板的侧端面。

可选的，所述进口和所述出口并排设置在所述压装端板的侧端面上；所述保温结构包括第二通孔和第三通孔；所述第二通孔在所述压装端板的侧端面上的垂直投影与所述进口重合；所述第三通孔在所述压装端板的侧端面上的垂直投影与所述出口重合。

可选的，所述压装端板还包括连接孔，所述连接孔设置在所述压装端板的侧端面上，所述保温结构还包括第四通孔；所述第四通孔在所述压装端板的侧端面上的垂直投影与所述连接孔重合；所述第四通孔用于配合所述连接孔固定所述保温结构。

可选的，至少两个所述压装端板包括进口、出口和通道，其中，一所述压装端板还包括第一通孔，所述第一通孔贯穿所述压装端板；所述第一通孔在所述压装端板上的垂直投影与所述通道在所述压装端板上的垂直投影不交叠。

第二方面，本实用新型还提供一种制氢系统，包括本实用新型任意所述的电解槽。

本实用新型实施例提供的技术方案，通过在压装端板内设置通道，进口和出口设置在压装端板的表面上连通外部，利用外部的管道接入进口然后通入防冻物质，防冻物质在通道内流通最终从出口流出，从而形成一个流动回路。通过通入防冻物质，利用热传递原理，使压装端板的温度大于液体结冰温度，进而使电解槽的内部温度大于液体结冰温度，从而避免零下低温环境中，电解槽中膜内水分结冰的问题，在不改变电解槽的原有零部件结构情况，即可实现电解槽的低温运行和存储，提高电解槽在低温环境下的运行可靠性。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种电解槽的结构示意图。

图2为本实用新型提供的一种电解槽的压装端板的结构示意图。

图3为本实用新型提供的一种电解槽的结构示意图。

图4为本实用新型提供的又一种电解槽的压装端板的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

电解槽主要由膜电极组件(Membrane Electrode Assembly,MEA)，双极板，集流板，密封材料和压装端板等组成，其中核心部件是膜电极组件。膜电极组件中的质子交换膜在润湿的情况下，会起到传导质子，隔绝电子的作用。在零下的环境中，质子交换膜内含水结冰，导致催化剂层与膜剥离，降低电解槽的使用寿命。

有鉴于此，图1为本实用新型提供的一种电解槽的结构示意图，图2为本实用新型提供的一种电解槽的压装端板的结构示意图，参见图1和图2，包括：至少两个压装端板110，压装端板110相对设置在电解槽的两端，其中，至少一个压装端板110包括进口120、出口130和通道210，通道210设置在压装端板110内，通道210连通进口120和出口130；进口120和出口130分别连通外部，通道210用于容纳防冻物质。

具体的，图1中示例性地示出了电解槽包括两个压装端板110，通过螺杆穿过压装端板110的螺孔220穿过层叠的电极板和膜电极组件520，利用螺母紧固成一体。压装端板110设置在电解槽的两端，压装端板110可以作为电解槽的外壳。其中，至少一个压装端板110内开设凹槽，凹槽在压装端板110内形成通道210，压装端板110上的螺孔220避开通道210路径。进口120和出口130设置在压装端板110的表面上连通外部，利用外部的管道接入进口120然后通入防冻物质，防冻物质在通道210内流通最终从出口130流出，从而可以形成一个循环流动的回路。通过通入防冻物质，利用热传递原理，使压装端板110的温度大于液体结冰温度，进而使电解槽的内部温度大于液体结冰温度，从而避免零下低温环境中，电解槽中膜电极组件520内水分结冰的问题，在不改变电解槽的原有零部件结构情况，即可实现电解槽的低温运行和存储，提高电解槽在低温环境下的运行可靠性。

需要说明的是，进一步的，在本实用新型实施例可以通在通道内通入加热的防冻物质，进一步提高电解槽的温度，避免膜电极组件结冰。在另一使用场景中，例如冷却降温场景，同样可以在通道内加入冷却的防冻物质，来降低电解槽的温度，两者应属于相同的发明构思。

可选的，通道以蛇形流道排布、盘形流道排布或直流道排布。

具体的，通道的排布方式可以呈蛇形、盘形或直形。通道在压装端板内形成连贯的“S”型路径，即蛇形流道排布，通过将通道轨迹盘绕设计形成蛇形流道，其中，蛇形流道的一端连接进口120，蛇形流道的另一端连接出口130。示例性的，通道在压装端板内还可以形成连贯的螺旋型路径，即盘形流道排布，通过将通道轨迹盘绕设计形成类似圆形的盘形流道。参见图2，示例性的，本实用新型实施例提供一种直流道排布，进口120和出口130分别设置在压装端板110的侧端面上，分别与进口120和出口130连接的通道，在延伸方向上互相平行，在平行的通道中间设置多个连接通道，其中，连接通道可以采用直线连接，也就是说，与进口120和出口130连接的通道和设置的连接通道都可以应用直线通道组成直流道排布，直流道在加工工艺上更加简单，有利于降低加工成本。进一步的，通道轨迹可以均匀的排布在压装端板内。通过均匀分布的管道可以使压装端板均匀受热，提高压装端板110向膜电极组件520热传递面积，进一步避免电解槽中膜电极组件内水分结冰。

可选的，压装端板内设置内槽，内槽形成通道。

具体的，可以在压装端板内直接开设内槽，还可以将压装端板分为上层端板部和下层端板部，在上层端板部和下层端板部相互接触的表面上开设凹槽，上层端板部和下层端板部扣合后，凹槽对合组成连贯的内槽，即形成通道。

基于上述实施例，可选的，电解槽，还包括防护管道，防护管道嵌入通道；防护管道连通进口和出口。

具体的，防护管道可以为不锈钢或聚四氟乙烯等耐腐蚀，耐高温的材料制成，通道直接流通防冻物质，在长时间使用后，容易对通道壁产生腐蚀，易产生漏液隐患，因此在通道内可以嵌入安装防护管道，在后期维护中可以通过更换防护管道，以提高电解槽的压装端板的使用寿命。

可选的，在压装端板110的表面上开设凹槽，凹槽作为通道210嵌入放置防护管道，其中，凹槽的深度大于或等于防护管道的直径。

具体的，压装端板110与电极板接触的表面和/或相对表面上开设凹槽，在凹槽内铺设防护管道，凹槽的深度大于或等于防护管道的直径，防护管道可以完全没入压装端板110内部，因此不会影响压装端板110与电极板接触的表面的贴合安装，进一步的，可以降低通道210的加工工艺难度。

可选的，压装端板为空心结构，防护管道铺设在空心结构的内部，防护管道作为通道。

具体的，压装端板可以采用空心的盒体结构，在盒体内部可以设置辅助防护管道铺设的连接结构，例如支撑架、螺栓孔等，将防护管道铺设在压装端板内。示例性的，压装端板可以分为上层端板部和下层端板部，在上层端板部或下层端板部结构中铺设防护管道后，扣合另一端板部，组合后形成压装端板，从而降低通道的加工过程，降低加工成本。

基于上述实施例，压装端板可以采用实心结构，示例性的，可以在实心结构内直接开设凹槽，也可以将压装端板可以分为上层端板部和下层端板部，在上层端板部和下层端板部相互接触的表面上开设凹槽，上层端板部和下层端板部扣合后，凹槽对合组成连贯的通道，上层端板部和下层端板部扣合前，在凹槽内嵌入防护管道，凹槽对合后可以完全容纳防护管道，从而可以进一步的降低通道的加工过程，同时在嵌入防护管道后，有利于后期维护或更换防护管道。

图3为本实用新型提供的又一种电解槽的结构示意图，结合图1，参见图3，电解槽还包括保温结构510和膜电极组件520；膜电极组件520设置在相对设置的压装端板110之间，保温结构510至少部分包覆膜电极组件520；保温结构510用于隔热保温。

具体的，压装端板110、电极板和膜电极组件520利用螺栓和螺母紧固成一体的结构，平行于层叠的延伸方向，在两个压装端板110侧端面的延伸面之间的区域至少部分包覆保温结构510，进一步的可以防止压装端板110加热后的电解槽的热散失，提高电解槽的保温性。

可选的，保温结构510包覆膜电极组件520和压装端板110的侧端面。具体的，保温结构510完全覆盖膜电极组件520，同时覆盖在压装端板110的侧端面。从而进一步提高电解槽的保温性。其中，保温结构510的可以选用塑性、抗老化性和耐腐蚀的保温性能的材料，例如绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS挤塑板)和或聚苯乙烯泡沫板(EPS泡沫板)等。

继续参见图1-图3，进口120和出口130并排设置在压装端板110的侧端面上。保温结构510包括第二通孔和第三通孔；第二通孔在压装端板110的侧端面上的垂直投影与进口120重合；第三通孔在压装端板110的侧端面上的垂直投影与出口130重合。

具体的，进口120和出口130设置在压装端板110的侧端面上，有利于防冻物质的接入和接出，做出标识即可快速识别，降低连接难度。保温结构510完全覆盖电极组件，同时覆盖在压装端板的侧端面表面时，保温结构510设置有贯穿的第二通孔和第三通孔，第二通孔和进口120位置重合，第三通孔和出口130位置重合，第二通孔和第三通孔分别避让进口120和出口130。

进一步的，压装端板110还包括连接孔，连接孔设置在压装端板110的侧端面上，保温结构510还包括第四通孔；第四通孔在压装端板110的侧端面上的垂直投影与连接孔重合；第四通孔用于配合连接孔固定保温结构510。

具体的，保温结构510表面设置有贯穿的第四通孔，在压装端板110的侧端面上设置连接孔，保温结构510完成包覆后，第四通孔和连接孔位置重合，利用螺丝通过第四通孔拧入连接孔中，使保温结构510固定安装在压装端板110上，提高保温结构510包覆电解槽的结构稳定性。

可选的，保温结构510表面还可以设置有贯穿的第五通孔，第五通孔可以用于避让电极板延伸出来电极。

继续参见图1和图2，可选的，电解槽包括至少两个压装端板110，其中，一压装端板110还包括第一通孔310，第一通孔310贯穿压装端板110；第一通孔310在压装端板110上的垂直投影与通道210在压装端板110上的垂直投影不交叠；第一通孔310用于避让的电解槽的膜电极组件的阳极入口410、阳极出口420或阴极出口430。

具体的，膜电极组件包括阳极入口410、阳极出口420或阴极出口430。阳极入口410输入电解液，通电后阳极出口420输出氧气，阴极出口430输出氢气，因此在一压装端板110的表面设置贯穿的第一通孔310，使膜电极组件的阳极入口410、阳极出口420和阴极出口430穿过压装端板110，其中，设置第一通孔310的压装端板110通常设置在电解槽的正视图的上端部，因此也称为上压装端板111。图4为本实用新型提供的又一种电解槽的压装端板110的结构示意图，参见图4，图4所示为另一压装端板110的结构示意图，由于设置在电解槽的正视图的下端部，因此可以称为下压装端板112。在加工过程中，可以将下压装端板112和上压装端板111加工为相同的结构，在将加工完成的压装端板110进行第一通孔310加工，以区别下压装端板112和上压装端板111，因此有利于批量加工生产。其中，需要说明的是，压装端板110上形成的螺孔220和第一通孔310均应避让压装端板110内的通道210。

可选的，本实用新型实施例还提供一种电解槽，还可以包括至少一个供热结构，供热结构可以为腔体结构，腔体结构表面上设置进口和出口，在腔体结构中通入防冻物质，利用腔体结构的热传递进行电解槽的加热。其中，腔体结构可以设置在层叠的压装端板和双极板之间，和/或双极板与双极板之间。

示例性的，本实用新型实施例还提供一种电解槽，在电解槽的压装端板内部不设置通道的情况下，仍可以将腔体结构设置在层叠的压装端板和双极板之间，和/或双极板与双极板之间，直接利用腔体结构的供热作用加热电解槽。

可选的，本实用新型实施例还提供一种制氢系统，包括本实用新型任意所述的电解槽。

具体的，制氢系统是以水电解工艺制取氢气的工艺系统，制氢系统还包括制氢供电单元和氢气处理单元。电解槽的阳极入口通入电解液，制氢供电单元与电解槽的电极板连接，制氢供电单元用于向电解槽供电，在直流电的作用下，分别在阳极产生氧气，阴极产生氢气，氢气处理单元将产生的氢气与电解液分离，并进行氢气纯化，经过冷却、吸附、分离后得到高纯度氢气，气体纯度可达99.99％以上。高纯度氢气经氢气汇流排平衡压力后分配存储。其中，本实用新型实施例提供的制氢系统，因其包括本实用新型实施例任意的电解槽，因而也具有相同的有益效果，在此不再赘述。

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。

Claims (12)

1.一种电解槽，其特征在于，包括：至少两个压装端板，所述压装端板相对设置在所述电解槽的两端；其中，至少一个压装端板包括进口、出口和通道，所述通道设置在所述压装端板内，所述通道连通所述进口和所述出口；所述进口和所述出口分别连通外部，所述通道用于容纳防冻物质。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述通道以蛇形流道排布、盘形流道排布或直流道排布。

3.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述压装端板内设置内槽，所述内槽形成所述通道。

4.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于，还包括防护管道，所述防护管道嵌入所述通道；所述防护管道连通所述进口和所述出口。

5.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，还包括防护管道，所述压装端板的表面上开设凹槽，所述凹槽作为所述通道嵌入放置所述防护管道，其中，所述凹槽的深度大于或等于所述防护管道的直径。

6.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，还包括防护管道，所述压装端板为空心结构，所述防护管道铺设在所述空心结构的内部，所述防护管道作为所述通道。

7.根据权利要求1-6任一所述的电解槽，其特征在于，还包括保温结构和膜电极组件；所述膜电极组件设置在相对设置的所述压装端板之间，所述保温结构至少部分包覆所述膜电极组件；所述保温结构用于隔热保温。

8.根据权利要求7所述的电解槽，其特征在于，所述保温结构包覆所述膜电极组件和所述压装端板的侧端面。

9.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于，所述进口和所述出口并排设置在所述压装端板的侧端面上；所述保温结构包括第二通孔和第三通孔；所述第二通孔在所述压装端板的侧端面上的垂直投影与所述进口重合；所述第三通孔在所述压装端板的侧端面上的垂直投影与所述出口重合。

10.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于，所述压装端板还包括连接孔，所述连接孔设置在所述压装端板的侧端面上，所述保温结构还包括第四通孔；所述第四通孔在所述压装端板的侧端面上的垂直投影与所述连接孔重合；所述第四通孔用于配合所述连接孔固定所述保温结构。

11.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，至少两个所述压装端板包括进口、出口和通道，其中，一所述压装端板还包括第一通孔，所述第一通孔贯穿所述压装端板；所述第一通孔在所述压装端板上的垂直投影与所述通道在所述压装端板上的垂直投影不交叠。

12.一种制氢系统，其特征在于，包括权利要求1-11任一所述的电解槽。

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