一种具有新型通道布置方式的水电解槽的制作方法

本实用新型属于水电解制氢技术领域，具体涉及一种具有新型通道布置方式的水电解槽。

背景技术：

水电解制氢技术是在充满电解液的电解槽中通入直流电，从而使水分子在电极上发生电化学反应，分解产生氧气和氢气。电解槽的反应区域为电解小室，由阴、阳电极、膜电极和电解液构成。电解时，在阳电极界面上发生氧化反应，在阴电极界面上发生还原反应。隔膜将水电解槽的水电解小室分隔为阴极、阳极，并使产生的氢气、氧气分隔，防止氢气、氧气互相穿透，但离子可迁移。

对于水电解槽而言，电解小室中的流场分布十分重要。流场分布的均匀性不仅为产气的顺利进行提供原料，还起到了交换电解过程中的电解槽内废热的作用。现有技术中，水电解槽通常为单通道电解液进口与出口，从而会造成电解液在双极板上分布不均匀的情况。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有新型通道布置方式的水电解槽。

本实用新型采用了如下的技术方案：

一种具有新型通道布置方式的水电解槽，所述水电解槽包括上端板、上绝缘板、上集流板、至少一组包夹了膜电极的双极板、下集流板、下绝缘板、下端板依次堆叠，并通过螺栓和螺母紧固，相邻两板以及相邻双极板与膜电极之间设有密封圈；

所述上端板两端设有互相平行的孔道组，每组孔道组包括位于中间的气体孔道，和位于气体孔道两侧的电解液循环水孔道；上端板、上绝缘板、上集流板、双极板和膜电极的两端均设有互相平行的公用通道组，每组公用通道组包括位于中间的氢气公用通道，和位于氢气公用通道两侧的电解液循环水公用通道；气体孔道与氢气公用通道相对应设置，电解液循环水孔道与电解液循环水公用通道相对应设置；所述双极板两侧面且位于两端公用通道组之间区域分别设有阳极流道和阴极流道；阳极流道与电解液循环水公用通道连通，阴极流道与氢气公用通道连通。

进一步地，上述技术方案中，阳极流道中液体流动方向和阴极流道中气体流动方向与孔道组和公用通道组中的气体或液体流动方向垂直。

进一步地，上述技术方案中，所述阳极流道和膜电极组合形成的空间为电解小室阳极，阴极流道和膜电极组合形成的空间为电解小室阴极。

进一步地，上述技术方案中，上端板上每个气体孔道两侧设置的电解液循环水孔道的数量为1～2个。

进一步地，上述技术方案中，所述水电解槽中上端板、上绝缘板、上集流板、至少一组包夹了膜电极的双极板、下集流板、下绝缘板、下端板依次堆叠后，通过螺栓和螺母紧固。

本实用新型所述具有新型通道布置方式的水电解槽工作时，电解液循环水入口处接供水管，电解液循环水出水口接回水管，供水管与循环泵出口连接，回水管与循环泵进口连接。启动循环泵，循环水从电解液循环水入口进入上端板，进而依次进入上绝缘板、上集流板、双极板、膜电极、双极板上的电解液循环水公用通道，通过阳极流道进入电解小室阳极，产生的氧气和剩余的水从另一端的电解液循环水公用通道流至电解液循环水出口，流入回水管，循环使用。电解小室阴极产生的氢气由两端的氢气公共通道流至氢气出口，进行收集。

为满足更大电解液流量，在端板上设置4个循环水入口和4个循环水出口。此时每两个循环水入口或出口对应一个电解液循环水公用通道。

有益效果

1、一种新型水电解槽的通道布置方式可以使电解槽中流场分布更均匀，有益于产气的波动性降低和带走废热能力的增强。

2、这种通道布置方式使得整个电解槽的零件成为对称结构，方便加工与装配。

3、所述电解槽通道为电解液进出口布置在两边、氢口布置在中间的形式。所述的电解槽端通道布置方案别适合用在对大反应区域的电解液分布均匀性要求较高的场合。

附图说明

图1为本实用新型所述具有新型通道布置方式的水电解槽的结构示意图。

图2为双极板上电解小室示意图。

图3为具有多个膜电极的水电解槽中公用通道与分配通道示意图。

其中，1、上端板；2、上绝缘板；3、上集流板；4、双极板；5、膜电极；6、密封圈；7、下集流板；8、下绝缘板；9、下端板；10、螺栓；11、螺母；12、电解液循环水入口；13、氢气出口a；14、电解液循环水出口；15、氢气出口b；16、电解液循环水公用通道；17、氢气公用通道；18、电解液循环水分配通道；19、氢气分配通道；20、电解小室阴极；21、电解小室阳极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

如图1-3所示，一种具有新型通道布置方式的水电解槽，所述水电解槽包括上端板1、上绝缘板2、上集流板3、至少一组包夹了膜电极的双极板、下集流板7、下绝缘板8、下端板9依次堆叠，并通过螺栓10和螺母11紧固，相邻两板以及相邻双极板与膜电极之间设有密封圈6；

所述上端板1两端设有互相平行的孔道组，每组孔道组包括位于中间的气体孔道，和位于气体孔道两侧的电解液循环水孔道；上端板1、上绝缘板2、上集流板3、双极板4和膜电极5的两端均设有互相平行的公用通道组，每组公用通道组包括位于中间的氢气公用通道17，和位于氢气公用通道17两侧的电解液循环水公用通道16；气体孔道与氢气公用通道17相对应设置，电解液循环水孔道与电解液循环水公用通道16相对应设置；所述双极板4两侧面且位于两端公用通道组之间区域分别设有阳极流道18和阴极流道19；阳极流道18与电解液循环水公用通道16连通，阴极流道19与氢气公用通道17连通。阳极流道18中液体流动方向和阴极流道19中气体流动方向与孔道组和公用通道组中的气体或液体流动方向垂直。所述阳极流道18和膜电极组合形成的空间为电解小室阳极21，阴极流道19和膜电极组合形成的空间为电解小室阴极20。上端板1上每个气体孔道两侧分别设置一个电解液循环水孔道。

实施例2

本实用新型所述一种具有新型通道布置方式的水电解槽，根据图3所示，交替增加双极板和膜电极数量(3个双极板，2个膜电极)，组成产氢量25nm³/h的电解槽。外部电解液循环管路连接为：一侧为一条供水管，到接口位置分成两路进入电解液循环水公用通道；另一侧外部接管与之相同，作为产生氧气与剩余电解液循环水的出水管。供水管与循环泵出口连接，回水管与循环泵进口连接。外部氢管路连接为：两根管路分别和氢气出口a和氢气出口b连接。这样组成的电解槽及测试系统进行测试。实验结果显示，电解循环液温度稳定，产气量波动很小，说明电解槽通道布置合理。

技术特征：

1.一种具有新型通道布置方式的水电解槽，其特征在于，所述水电解槽包括上端板(1)、上绝缘板(2)、上集流板(3)、至少一组包夹了膜电极的双极板、下集流板(7)、下绝缘板(8)、下端板(9)依次堆叠，相邻两板以及相邻双极板与膜电极之间设有密封圈(6)；

所述上端板(1)两端设有互相平行的孔道组，每组孔道组包括位于中间的气体孔道，和位于气体孔道两侧的电解液循环水孔道；上端板(1)、上绝缘板(2)、上集流板(3)、双极板(4)和膜电极(5)的两端均设有互相平行的公用通道组，每组公用通道组包括位于中间的氢气公用通道(17)，和位于氢气公用通道(17)两侧的电解液循环水公用通道(16)；气体孔道与氢气公用通道(17)相对应设置，电解液循环水孔道与电解液循环水公用通道(16)相对应设置；所述双极板(4)两侧面且位于两端公用通道组之间区域分别设有阳极流道(18)和阴极流道(19)；阳极流道(18)与电解液循环水公用通道(16)连通，阴极流道(19)与氢气公用通道(17)连通。

2.根据权利要求1所述的一种具有新型通道布置方式的水电解槽，其特征在于，阳极流道(18)中液体流动方向和阴极流道(19)中气体流动方向与孔道组和公用通道组中的气体或液体流动方向垂直。

3.根据权利要求1所述的一种具有新型通道布置方式的水电解槽，其特征在于，所述阳极流道(18)和膜电极组合形成的空间为电解小室阳极(21)，阴极流道(19)和膜电极组合形成的空间为电解小室阴极(20)。

4.根据权利要求1所述的一种具有新型通道布置方式的水电解槽，其特征在于，上端板(1)上每个气体孔道两侧设置的电解液循环水孔道的数量为1～2个。

5.根据权利要求1所述的一种具有新型通道布置方式的水电解槽，其特征在于，所述水电解槽中上端板(1)、上绝缘板(2)、上集流板(3)、至少一组包夹了膜电极的双极板、下集流板(7)、下绝缘板(8)、下端板(9)依次堆叠后，通过螺栓(10)和螺母(11)紧固。

技术总结
本实用新型公开了一种具有新型通道布置方式的水电解槽，属于水电解制氢技术领域。所述水电解槽包括上端板、上绝缘板、上集流板、至少一组包夹了膜电极的双极板、下集流板、下绝缘板、下端板依次堆叠，并通过螺栓和螺母紧固，相邻两板以及相邻双极板与膜电极之间设有密封圈；所述上端板两端设有互相平行的孔道组，上端板、上绝缘板、上集流板、双极板和膜电极的两端均设有互相平行的公用通道组；阳极流道与电解液循环水公用通道连通，阴极流道与氢气公用通道连通。所述电解槽通道为电解液进出口布置在两边、氢口布置在中间的形式。所述的电解槽端通道布置方案别适合用在对大反应区域的电解液分布均匀性要求较高的场合。

技术研发人员：孙凯;迟军;俞红梅;邵志刚;刘凯
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2020.11.24
技术公布日：2021.07.27