CN220977177U - 一种水电解槽一体式端电极组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电解制氢技术领域，具体涉及一种水电解槽一体式端电极组件，包括端极板，反面用于与水电解槽的端压板配合，正面用于配合水电解槽中的下一极板组件，正面上有凹槽，凹槽底部为端极板主体，凹槽外缘为端极板边框，端极板边框外侧面固定连接接线板，端极板边框内边沿固定连接平极板、支撑网和副电极，正面在端极板边框上还设有密封面，密封面设置在端极板边框的外边缘，密封面上设有密封水线，在端极板边框上设有出气孔和进液口，出气孔和进液口设置在密封面与端极板边框的内边沿之间。端极板可机加工一体成型，不用单独焊接，避免了焊接缺陷，不会存在从焊缝位置出现腐蚀，有效避免了水电解槽的损坏，提高了水电解槽的使用寿命。

Description

一种水电解槽一体式端电极组件

【技术领域】

本实用新型属于电解制氢技术领域，具体涉及一种水电解槽一体式端电极组件。

【背景技术】

绿氢是21世界公认的终极能源，是实现人类能源可持续发展的重要保障，是实现节能减排实现双碳目标的重要措施，在世界未来能源占比中将具有重要的地位。光伏、风电等绿电结合水电解制氢是获取绿氢的重要方式，近年来，随着我国双碳目标的制定与实施，绿氢能源项目如雨后春笋，绿氢能源产业的发展对制氢装备的单体规模及产能有了更高的要求。

水电解制氢的核心装备为水电解槽，在各制氢装备制造中，水电解槽的加工制造周期最长，加工成本高，近乎占整个水电解制氢系统成本的三分之二，端电极组件是水电解槽的重要零部件，水电解槽通过端电极组件连接电源。

对于压滤式结构的水电解槽，其接电方式为一个正极极板一个负极极板串联，对于压滤式结构的水电解槽的端电极组件，现有技术中通常将端极板框与端极板主体分别加工后再进行焊接，并在校平后与其他零部件组装为完整的水电解槽。但是，水电解槽在高温高压、强碱、强氧化的环境中长期使用，焊接部位非常容易发生腐蚀，造成水电解液泄漏，影响水电解槽的正常使用，降低水电解槽的使用寿命。

在一篇申请号为202210267373.X的中国发明专利申请中，公开了一种电解槽极板及电解槽，该电解槽中不单独设置极板框，该电解槽极板由主极板和主极板外周的密封面构成，通过整体模压加工出电解槽极板的一体式结构。但该一体式极板结构为电解槽内部极板，端极板位于整个电解槽的端部，承压较大，整体模压加工会造成极板与极板框连接部分的位置处出现减薄，使得极板的承压能力下降，并不能作为压滤式结构的电解槽的端极板使用。

【实用新型内容】

本实用新型提供一种水电解槽一体式端电极组件，在保证正极端极板具有良好承压能力的同时，解决现有技术中水电解槽的端电极组件易焊接位置处被腐蚀穿孔而造成的水电解槽损坏和使用寿命低的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，提供的一种水电解槽一体式端电极组件，技术方案为：

水电解槽一体式端电极组件，包括端极板，端极板的反面用于与水电解槽的端压板配合，端极板的正面用于配合水电解槽中的下一极板组件，端极板的正面上具有凹槽，凹槽底部为端极板主体，凹槽外缘为端极板边框，端极板边框的外圆周面上固定连接有接线板，端极板边框的内边沿上固定连接有平极板、支撑网和副电极，支撑网固定连接在平极板上并设置在副电极与平极板之间，平极板与端极板主体相邻，平极板与端极板主体之间为平衡腔室，端极板的正面在端极板边框上还设有密封面，密封面设置在端极板边框的外边缘，密封面上设有密封水线，在端极板边框上还设有出气孔和进液口，出气孔和进液口设置在密封面与端极板边框的内边沿之间。

有益效果是：端电极组件中的端极板为一体式结构，可以通过机加工一体成型，直接在圆形板件上加工出凹槽，形成一体的端极板主体和端极板边框，不用再单独加工极板主体和极板框后再进行焊接连接，有效避免了焊接缺陷和变形，还可以有效避免焊缝位置处存在的腐蚀问题，可防止水电解槽损坏，提高水电解槽的使用寿命。另外，整个端电极组件在端极板边框外侧面上直接设置有接线板，当端电极组件安装在水电解槽中后，可以通过接线板进行电力接电，为水电解槽提供电力输入，同时设置密封水线可以保证端极板边框与下一极板组件的极板框配合时，可以将该位置处的密封垫压紧变形，进一步提升密封效果。副电极是端极板组件在工作时主要发生电化学反应产气的元件，一般表面涂覆有提高电解反应催化的涂层材料，平极板和端极板主体之间形成平衡腔室，支撑网设置在平极板与副电极之间，一方面将通过接线板输入的电流均匀分布在副电极上，另一方面为电解液和电解反应产生的气体提供流畅通道，支撑网具备一定的柔性功能，在水电解槽紧固后支撑网紧贴平极板和副电极，可降低电解反应时接触电阻，亦可保护水电解槽的隔膜布避免因压紧后出现的损伤。

进一步地，端极板主体的内边沿上具有阶梯槽，阶梯槽包括第一级阶梯槽和第二级阶梯槽，平极板固定连接在第一阶梯槽的槽底，第一级阶梯槽的深度与平极板的厚度一致，第二级阶梯槽的深度与支撑网的整体高度一致，支撑网被放置在第二级阶梯槽内，副电极固定连接在阶梯槽的边缘上。

有益效果是：通过设置阶梯槽，将平极板和支撑网均固定连接在阶梯槽中，可以很好的保证平极板和支撑网的稳定组装，可以确保端极板能与下一极板组件的极板框压紧配合。

进一步地，端极板的反面设有浅沉槽，浅沉槽用于安装绝缘板；浅沉槽内设有盲孔，盲孔中用于安装定位销以连接水电解槽的端压板。

有益效果是：通过设置浅沉槽还可以提高与相邻嵌件之间的摩擦力，进一步保证端极板组件在水电解槽中的稳定安装，起到安装定位功能。

进一步地，出气孔和进液口在端极板的反面上焊接有出气管和进液管。

有益效果是：出气管和进液管可以直接焊接连接在端极板的反面，可以减少水电解槽组装时的工序，缩短组装时间，并且，电解液可直接从端极板进入电解槽内部，不需要在电解槽的端压板上设置法兰孔进行边界连接，采用此种介质进出方式可以进一步提升整个电解槽的密封性。

【附图说明】

图1是本实用新型所提供的实施例1的水电解槽一体式端电极组件的正面视图；

图2是本实用新型所提供的实施例1的端极板的剖视图；

图3是本实用新型所提供的实施例1的水电解槽一体式端电极组件端极板边框处的局部放大图；

图4是本实用新型所提供的实施例1的水电解槽组装示意图；

图5是本实用新型所提供的实施例2的水电解槽一体式端电极组件的正面视图；

1、端极板边框；11、密封水线；2、端极板主体；3、凹槽；3、端电极组件主体；4、接线板；5、副电极；6、支撑网；7、平极板；8、浅沉槽；101、端压板；102、端极板组件；103、定位销；104、绝缘板。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型提供的一种水电解槽一体式端电极组件的具体实施例1：

本实施例所提供的一种水电解槽一体式端电极组件，如图1、图2所示，端电极组件包括端极板，端极板具有正面和反面，端极板的反面用于与水电解槽的端压板配合，端极板的正面用于配合水电解槽中的下一极板组件，端极板的正面上具有凹槽，凹槽底部为端极板主体，凹槽外缘为端极板边框，端极板边框的外侧面上还固定连接有接线板，本实施例中接线板焊接在端极板边框的外侧面上，接线板焊接有两个，两个接线板对称设置，并设置在端极板靠下的位置，在其他实施例中，接线板还可以设置1个、3个、4个或更多，具体的接线板数量和尺寸根据水电解槽通入的电流大小而定。端极板为一体式结构，可采用机加工一体成型，不再需要单独加工后再焊接连接，有效避免了因组合式焊接而遗留的焊接质量问题，避免因焊接缺陷在工况环境中腐蚀加剧问题，从而避免了因外侧焊缝腐蚀而引起的电解液泄漏，提升了产品长期运行安全性与稳定性。端极板的厚度范围可为40mm～150mm，直径范围2可为00mm～2500mm，具体的端极板尺寸根据实际的水电解槽尺寸有所不同。

如图3所示，端极板边框的内边沿上焊接连接有平极板、支撑网和副电极，支撑网焊接在平极板上并设置在副电极与平极板之间，平极板与端极板主体相邻。端极板正面的端极板边框在端极板主体的内边沿上具有阶梯槽，副电极焊接在阶梯槽的边缘上，阶梯槽包括第一级阶梯槽和第二级阶梯槽，平极板焊接在第一阶梯槽的槽底，第一级阶梯槽的深度与平极板的厚度一致，第二级阶梯槽的深度与支撑网的整体高度一致，支撑网被放置在第二级阶梯槽内确保支撑网可以稳定支撑在副电极上，支撑网整体高度根据电解小室结构尺寸确定。在其他实施例中，支撑网高度可略高于第二级阶梯槽的深度。端极板正面的端极板主体与平极板之间构成整个水电解槽的平衡腔室，当水电解槽工作时，由于内部压力会将平极板向外推，通过平衡腔室可以保证平极板两侧的介质相通，从而保障平极板两侧面压力平衡，避免平极板出现变形。

如图3，端极板正面的端极板边框上还具有密封面，密封面设置在端极板边框的外边缘，密封面上设有密封水线，本实施例中密封水线的横截面形状为梯形，在其他实施例中，密封水线的截面形状也可以为三角形或矩形等其他形状，设置密封水线可以增大外密封区对密封垫的压力，增大密封垫的形变从而进一步提升密封效果。在阶梯槽与密封面之间设有出气孔和进液口，出气孔用于向水电解槽外部排出氢气或氧气，进液口用于补充电解液。出气孔设置在端极板的上侧，进液口设置在端极板的下侧。

端极板的反面还设有浅沉槽，浅沉槽内设有盲孔，如图4所示，当水电解槽组装时，可通过盲孔将端电极组件固定在端压板上，确保端电极组件可以稳定安装，并且，可以将绝缘板嵌入安装在浅沉槽中，保证端压板与端极板组件良好的电力隔离，确保水电解槽工作中端压板不会带电，提高生产安全性，通过浅沉槽可以有效避免绝缘板的滑移错位，有助于保证端极板组件在水电解槽中的稳定安装。

当水电解槽在工作时，端电极组件连接外接电源，电解反应在端电极组件正面的端电极组件主体上进行，电解液从电解液入口进入端电极组件内侧的电解室中，电解反应产生的氧气或氢气从气口排出电解室。

本实用新型提供的一种水电解槽一体式端电极组件的具体实施例2：

本实施例与实施例1的区别仅在于，如图5所示，在端极板边框的外侧面上焊接有一个接线板，在出气孔和进液口位置的端极板边框的反面上焊接有出气管和进液管。

本实用新型提供的一种水电解槽一体式端电极组件的具体实施例3：

本实施例与实施例1的区别仅在于，端电极组件整体为矩形，端电极组件的外轮廓为矩形，端电极组件主体为矩形，适用于整体外观为矩形的水电解槽，端电极组件矩形的拐角部位可以进行倒角。

本实用新型提供的一种水电解槽一体式端电极组件的具体实施例4：

本实施例与实施例1的区别仅在于，在出气孔和进液口上设置有螺纹结构，便于将出气管和进液管在水电解槽组装时安装在端电极组件上。

Claims (4)

1.一种水电解槽一体式端电极组件，其特征是，包括端极板，所述端极板的反面用于与水电解槽的端压板配合，所述端极板的正面用于配合水电解槽中的下一极板组件，所述端极板的正面上具有凹槽，所述凹槽底部为所述端极板主体，所述凹槽外缘为端极板边框，所述端极板边框的外圆周面上固定连接有接线板，所述端极板边框的内边沿上固定连接有平极板、支撑网和副电极，所述支撑网固定连接在平极板上并设置在副电极与平极板之间，所述平极板与所述端极板主体相邻，所述平极板与所述端极板主体之间为平衡腔室，所述端极板的正面在所述端极板边框上还设有密封面，所述密封面设置在所述端极板边框的外边缘，所述密封面上设有密封水线，在所述端极板边框上还设有出气孔和进液口，所述出气孔和进液口设置在所述密封面与所述端极板边框的内边沿之间。

2.根据权利要求1所述的水电解槽一体式端电极组件，其特征是，所述端极板主体的内边沿上具有阶梯槽，所述阶梯槽包括第一级阶梯槽和第二级阶梯槽，所述平极板固定连接在所述第一级阶梯槽的槽底，所述第一级阶梯槽的深度与所述平极板的厚度一致，所述第二级阶梯槽的深度与所述支撑网的整体高度一致，所述支撑网被放置在所述第二级阶梯槽内，所述副电极固定连接在所述阶梯槽的边缘上。

3.根据权利要求1所述的水电解槽一体式端电极组件，其特征是，所述端极板的反面设有浅沉槽，所述浅沉槽用于安装绝缘板；所述浅沉槽内设有盲孔，所述盲孔中用于安装定位销以连接水电解槽的端压板。

4.根据权利要求1所述的水电解槽一体式端电极组件，其特征是，所述出气孔和所述进液口在所述端极板的反面上焊接有出气管和进液管。