CN219637358U - 一种电解槽用密封垫片及电解槽 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电解槽用密封垫片及电解槽，其中电解槽用密封垫片包括：垫片主体，所述垫片主体内设有开口，所述垫片主体上设置有流道孔；外圈，固定设置在所述垫片主体的外侧壁；其中，所述垫片主体由氟塑料制成，所述外圈由遇水膨胀橡胶制成。本申请提供的电解槽用密封垫片利用氟塑料耐高温、耐热氧老化、耐强碱等特性隔绝遇水膨胀橡胶材料与电解槽内部碱液和氧气，提高垫片使用寿命；并且利用遇水膨胀橡胶材料回弹性高、应力补偿性好、蠕变低等优异特性补偿PTFE回弹缺陷，同时，遇水膨胀橡胶具备以水止水功能，与少量电解液接触即能够迅速体积膨胀，膨胀后可填补密封界面缝隙，提高接触应力，进一步提高密封效果，降低密封失效风险。
Description
技术领域
本申请属于碱性电解水制氢领域，具体涉及一种电解槽用密封垫片及电解槽。
背景技术
电解水制氢电解槽，通常由数个乃至数百个电解小室构成，其中小室与小室间及隔膜与极框间的密封垫片起核心作用，垫片受到电解槽两端紧固螺栓及碟簧传递的压缩力引起形变，依靠回弹作用在接触面产生接触应力，实现弹性补偿来密封。
现有制氢电解槽极板密封一般采用PTFE(聚四氟乙烯)垫片来密封，尤其是在大电解槽领域。PTFE属于工程塑料，分子链为线型螺旋构象，分子链间相互作用力小，结晶度高，有易蠕变松弛、回弹率低、弹性补偿差等缺点。应用在电解槽密封领域，PTFE蠕变后，尺寸难以恢复，需定期锁紧螺栓，锁紧周期难以确定，在锁紧螺栓过程中又会进一步加速PTFE蠕变，影响垫片使用寿命；在设备启停或高低温环境转换工况中，PTFE回弹率低、回弹速率慢，垫片不能够及时回弹，有密封失效风险。
实用新型内容
为解决现有技术中的问题，本申请提供了一种电解槽用密封垫片。本申请技术方案如下：
一种电解槽用密封垫片，包括：
垫片主体，所述垫片主体内设有开口，所述垫片主体上设置有流道孔；
外圈，固定设置在所述垫片主体的外侧壁；
其中，所述外圈由遇水膨胀橡胶制成。
进一步地，所述垫片主体由氟塑料或乙丙橡胶制成。
进一步地，所述外圈通过黏结固定设置在所述垫片主体的外侧壁。
进一步地，沿所述电解槽用密封垫片的厚度方向，所述垫片主体与所述外圈设置有相互配合的齿槽。
进一步地，所述遇水膨胀橡胶包含乙丙橡胶、EVA橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶中的一种或两种以上的组合。
进一步地，所述遇水膨胀橡胶的遇水最大膨胀率大于等于1000％。
进一步地，所述氟塑料包含聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚乙烯氟化物(PVDF)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、或三氟氯乙烯-乙烯共聚物中的一种或两种以上的组合。
进一步地，所述氟塑料中含有无机添加剂，所述无机添加剂选自SiO2、无机纤维、二硫化钼中的一种或两种以上的组合。
进一步地，所述乙丙橡胶选自二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶中的一种或两种的组合。
进一步地，所述电解槽用密封垫片的宽度为1mm～500mm，优选为5mm-150mm；和/或，所述电解槽用密封垫片的厚度为0.1mm～300mm；和/或，所述电解槽用密封垫片的等效内径为0.1mm～5000mm；和/或，所述外圈的宽度占所述电解槽用密封垫片的宽度的5％～80％。
进一步地，所述电解槽用密封垫片为多边形框体或环形。
进一步地，所述流道孔为圆孔或腰形孔；和/或，所述流道孔横截面积为1mm2～100000mm2。
另外，本申请还提供了一种电解槽，其设置有上述电解槽用密封垫片。
进一步地，所述电解槽还包含阴极室和阳极室，在所述阴极室和阳极室之间设置所述电解槽用密封垫片。
本申请提供一种电解槽用密封垫片，由垫片主体和遇水膨胀橡胶制成的外圈形成。从而利用垫片主体隔绝遇水膨胀橡胶材料与电解槽内部碱液和氧气，提高垫片使用寿命；并且利用遇水膨胀橡胶材料回弹性高、应力补偿性好、蠕变低等优异特性补偿PTFE回弹缺陷，在设备启停或高低温转换过程，遇水膨胀橡胶能够迅速回弹，起到密封作用，同时，遇水膨胀橡胶具备以水止水功能，与少量电解液接触即能够迅速体积膨胀，膨胀后可填补密封界面缝隙，提高接触应力，进一步提高密封效果，降低密封失效风险。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够使得本申请的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本申请的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
图1：一个实施例中电解槽用密封垫片的结构示意图；
图2：图1中A-A’截面示意图。
附图标记说明：
1、垫片主体；2、开口；3、流道孔；4、外圈。
具体实施方式
本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制。其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电解槽用密封垫片，包括：
垫片主体1，所述垫片主体1内设有开口2，所述垫片主体1上设置有流道孔3；
外圈4，固定设置在所述垫片主体1的外侧壁侧。
其中，所述外圈4由遇水膨胀橡胶制成。
本实施方式对现有技术进行改进，提供了一种电解槽用密封垫片，主要用于电解水制氢领域所用的小室间极框之间密封。在垫片主体1的外侧壁设置外圈4，外圈4的材料为遇水膨胀橡胶，利用遇水膨胀橡胶材料回弹性高、应力补偿性好、蠕变低等优异特性补偿PTFE回弹缺陷，在设备启停或高低温转换过程，遇水膨胀橡胶能够迅速回弹，起到密封作用，同时，遇水膨胀橡胶具备以水止水功能，与少量电解液接触即能够迅速体积膨胀，膨胀后可填补密封界面缝隙，提高接触应力，提高密封效果，降低密封失效风险。
在一个实施方式中，所述垫片主体由氟塑料或乙丙橡胶制成。
氟塑料指用氟树脂制成的塑料。由于氟塑料分子结构中含有氟原子，所以具有许多优异的性能，如优良的高度的耐高温、突出的耐油性、耐溶剂和耐磨性能，良好的耐湿性和耐低温性、耐热氧老化、耐强碱。
乙丙橡胶是以乙烯、丙烯为主要单体的合成橡胶。乙丙橡胶因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，故其耐碱、耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，具有良好的耐化学品、电绝缘性能、冲击弹性、低温性能、低密度和高填充性及耐热水性和耐水蒸气性、良好的回弹性等。
本实施方式对垫片主体1进行了进一步限定，当垫片主体1采用氟塑料(如PTFE等)或者乙丙橡胶材料时，利用氟塑料耐高温、耐热氧老化、耐强碱等特性或者利用乙丙橡胶具备良好耐碱、耐天候、回弹性好、耐低温等特性隔绝遇水膨胀橡胶材料与电解槽内部碱液和氧气，进一步提高垫片使用寿命。
在一个实施方式中，如图1所示，所述外圈4通过黏结固定设置在所述垫片主体1的外侧壁。
本实施方式给出了一种通过黏结来将所述外圈4固定设置在所述垫片主体1的外侧壁的方式。关于黏结，可以采用现有的方式进行，如首先在黏结面进行喷砂或者通过溶剂洗涤等方法除油污，然后采用胶黏剂进行黏合。
在一个实施方式中，如图2所示，沿所述电解槽用密封垫片的厚度方向(即图2中的上下方向)，所述垫片主体1与所述外圈4设置有相互配合的齿槽。
相较于所述垫片主体1与所述外圈4之间通过断面连接，通过本实施方式的在所述垫片主体1的外侧壁与所述外圈4的内侧壁分别设置齿槽，二者的齿槽间相互配合，首先，可以增加接触面(如采用胶黏剂粘合时，增加粘合面积)，从而增加所述垫片主体1与所述内圈2的拉伸方向(如图2中的左右方向)连接强度，其次，所述垫片主体1与所述外圈4的齿槽之间本身也可以相互作用，从而在受压时增加剪切方向(如图2中的上下方向)的连接强度，防止二者受压而错位分离。
在一个实施方式中，所述遇水膨胀橡胶包含乙丙橡胶、EVA橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶中的一种或两种以上的组合，优选乙丙橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯化聚乙烯橡胶中的一种或两种以上的组合。
其中，优选遇水膨胀橡胶中还含有产生遇水膨胀效果的成分，例如膨润土、聚氨酯预聚体、吸水树脂中的一种或两种以上的组合；更优选遇水膨胀橡胶中还含有炭黑、白炭黑、增塑剂、硫化剂、促进剂，经炼胶做成混炼胶。
优选地，所述遇水膨胀橡胶的遇水最大膨胀率大于等于1000％。
在一个实施方式中，所述垫片主体1由氟塑料或乙丙橡胶制成；
其中，所述氟塑料包含聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚乙烯氟化物(PVDF)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)或三氟氯乙烯-乙烯共聚物中的一种或两种以上的组合。
所述乙丙橡胶选自二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶中的一种或两种的组合。
优选地，所述氟塑料中含有无机添加剂，所述无机添加剂选自SiO2、无机纤维、二硫化钼中的一种或两种以上的组合。进一步地，无机纤维选自碳纤维、钙镁硅酸盐、玻璃纤维中的一种或两种以上的组合。
可以通过在氟塑料中添加以上无机添加剂来对氟塑料进行改性，以进一步提高氟塑料的耐高温、耐热氧老化、耐强碱等性能。
在一个实施方式中，所述电解槽用密封垫片的宽度w1(如图2中电解槽用密封垫片截面从左到右的宽度)为1mm～500mm；和/或，
所述电解槽用密封垫片的厚度t1(如图2中电解槽用密封垫片截面从上到下的厚度)为0.1mm～300mm；和/或，
所述电解槽用密封垫片的等效内径(即图1中垫片主体内部开口2的等效圆面积的直径)为0.1mm～5000mm；
和/或，所述外圈的宽度w2占所述电解槽用密封垫片的宽度w1的5％-80％。
以上给出电解槽用密封垫片的尺寸范围，本领域技术人员可以根据具体的电解槽部件的尺寸进行具体选择。
在一个实施方式中，所述电解槽用密封垫片为多边形(如三角形、矩形、菱形、五边形等)框体或环形。
以上给出电解槽用密封垫片的形状，本领域技术人员可以根据具体的电解槽进行具体选择。优选为矩形框体或环形。
当为矩形框体时，其外侧边长优选为100～2500mm，在进行密封时，具体的密封宽度(密封垫片单边被极板挤压的宽度)优选为3～200mm。
在一个实施方式中，所述流道孔3为圆孔或腰形孔；和/或，
所述流道孔3横截面积为1mm2～100000mm2。
以上给出流道孔3的形状、尺寸，本领域技术人员可以根据具体电解槽的流道要求进行具体选择。例如在碱性水电解槽中，在密封垫片的下方设置数个用于碱液输入流道孔，在上方设置数个用于氢气输出的流道孔和数个用于氧气输出的流道孔，所设置的数量与阴极室和阳极室相应的极板框上设置的流道孔数量一致，所设置的形状、尺寸与阴极室和阳极室相应的极板框上设置的流道孔相匹配。
关于以上电解槽用密封垫片的制备方法，可以根据现有的方案进行。如，可以先用氟塑料(如PTFE材料)制作垫片主体，氟塑料(如PTFE材料)制作的垫片主体采用改性氟塑料材料，配方除氟塑料粉料之外，可以根据需要选用改性剂如SiO2、无机纤维(例如碳纤维、钙镁硅酸盐、玻璃纤维)、二硫化钼、硫酸钡中的一种或两种以上，经过例如混料、模压、烧结等工艺来制备；氟塑料的垫片主体制作完成后做喷砂或清洗处理，处理完成后喷涂胶黏剂；最后将喷涂了胶黏剂的氟塑料垫片主体放入模具中与遇水膨胀橡胶用硫化设备共硫化，以制备电解槽用密封垫片。
另外，本领域技术人员知晓使用上述的电解槽用密封垫片与其他配件一起组装成电解槽，特别适用于压滤式电解槽。电解槽还包含阴极室和阳极室，在所述阴极室和阳极室之间设置所述的电解槽用密封垫片。例如在碱性水电解槽中，由电极板、隔膜、密封垫和夹紧装置(包含端压板)以及其他附件组成，其中电极板的两面分别构成阴极室的阴极面和阳极室的阳极面，电极板的外周具有极框，密封垫片压设于两个极板的极框上，从而实现两个极板之间的绝缘。
本申请提供一种电解槽用密封垫片，由氟塑料制成的垫片主体和遇水膨胀橡胶制成的外圈形成。电解槽用密封垫片利用氟塑料耐高温、耐热氧老化、耐强碱等特性隔绝遇水膨胀橡胶材料与电解槽内部碱液和氧气，提高垫片使用寿命；并且利用遇水膨胀橡胶材料回弹性高、应力补偿性好、蠕变低等优异特性补偿PTFE回弹缺陷，同时，遇水膨胀橡胶具备以水止水功能，与少量电解液接触即能够迅速体积膨胀，膨胀后可填补密封界面缝隙，提高接触应力，进一步提高密封效果，降低密封失效风险。
尽管以上对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请要求保护之列。
Claims (13)
1.一种电解槽用密封垫片，其特征在于，包括：
垫片主体，所述垫片主体内设有开口，所述垫片主体上设置有流道孔；
外圈，固定设置在所述垫片主体的外侧壁；
其中，所述外圈由遇水膨胀橡胶制成。
2.如权利要求1所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，所述垫片主体由氟塑料或乙丙橡胶制成。
3.如权利要求1所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，所述外圈通过黏结固定设置在所述垫片主体的外侧壁。
4.如权利要求1所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，
沿所述电解槽用密封垫片的厚度方向，所述垫片主体与所述外圈设置有相互配合的齿槽。
5.如权利要求1所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，
所述遇水膨胀橡胶包含乙丙橡胶、EVA橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、丁腈橡胶或氟橡胶。
6.如权利要求1所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，
所述遇水膨胀橡胶的遇水最大膨胀率大于等于1000％。
7.如权利要求2所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，
所述氟塑料包含聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯氟化物、乙烯四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯或三氟氯乙烯-乙烯共聚物。
8.如权利要求2所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，
所述氟塑料中含有无机添加剂，所述无机添加剂选自SiO2、无机纤维、或二硫化钼。
9.如权利要求2所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，所述乙丙橡胶选自二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶。
10.如权利要求1所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，
所述电解槽用密封垫片的宽度为1mm～500mm；和/或，
所述电解槽用密封垫片的厚度为0.1mm～300mm；和/或，
所述电解槽用密封垫片的等效内径为0.1mm～5000mm；和/或，
所述外圈的宽度占所述电解槽用密封垫片的宽度的5％～80％。
11.如权利要求1所述的电解槽用密封垫片，其特征在于，
所述电解槽用密封垫片为多边形框体或环形；和/或，
所述流道孔为圆孔或腰形孔；和/或，
所述流道孔横截面积为1mm2～100000mm2。
12.一种电解槽，其特征在于，设置有权利要求1～11中任一项所述的电解槽用密封垫片。
13.如权利要求12所述的一种电解槽，其特征在于，还包含阴极室和阳极室，在所述阴极室和阳极室之间设置所述电解槽用密封垫片。
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