一种带有辅助压紧装置的立式水电解槽的制作方法

本发明涉及水电解技术领域，尤其涉及一种大产氢量的水电解工厂级应用领域，具体涉及一种带有辅助压紧装置的立式水电解槽。

背景技术：

能源是国家发展的驱动力，是社会繁荣的物质基础。目前我国绿色能源发展驶入快车道。发展绿色能源可持续发展的必然选择，积极推动绿色能源发展必将有效控制二氧化碳排放，减少大气污染，促进国民经济可持续发展；另外加强绿色能源利用不仅有助于降低对石油、天然气、煤炭等能源的依赖，而且能促进能源多样化，保障国家能源安全。

水电解制氢技术可以将电能转化为氢能储存起来。此技术主要在太阳能或水电丰富的地区使用优势特别大。制成的氢气作为绿色能源，可以用在化工或者新能源汽车等诸多领域。

目前，现有的水电解槽分为两类，一类是体积小，应用时需要的个数较多，相应出现问题时维修次数也随之增多；另一类是体积大，大型的水电解槽为保证氢气纯度，每年都要对电解槽进行2～3次的清洗，清洗电解槽电液中堆积的杂质，或是发现氢气测试纯度小于预设值后，对其进行检修，维护和检修操作都不太方便。因此水电解槽运行的高效性和可靠性，维护的方便性等方面是电解槽广泛应用的关键。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种带有辅助压紧装置的立式水电解槽。本发明采用的技术手段如下：

一种带有辅助压紧装置的立式水电解槽，包括：固定架和用于制氢的电解机构，所述固定架包括若干中间立柱、底板和所述平台，所述电解机构包括上端板和固定在上端板与平台之间的电解功能部，各中间立柱的顶端固定在所述底板上，底端固定在所述平台上，还包括压紧机构，所述底板开设匹配压紧机构的通孔，所述压紧机构的一端可拆卸的连接在所述上端板上，所述压紧机构用于在外力的作用下可调节压力地压紧于或分离于所述电解机构。

进一步地，所述中间立柱两端留有轴肩，固定架包括上层结构，其具体为箱型结构，包括所述底板和盖板、前后侧板、左右侧板、轴套，所述底板、盖板开有四个圆孔并在其间镶嵌所述轴套，所述中间立柱穿过所述轴套紧固，所述底板和盖板之间还固设有若干隔板。

进一步地，所述下层结构包括所述平台和支腿总成，所述平台为整块金属板，其上开有倒t形槽，倒t形槽内卡接有若干螺栓，所述螺栓另一端与所述上端板连接紧固，所述平台在所述电解机构的水通道对应位置开有不少于一处的放水孔，放水管路上安装有阀门。

进一步地，所述电解功能部包括绝缘板、集流板、双极板和膜电极，上端板与平台侧分别对称设置绝缘板和集流板，所述双极板、膜电极为多个，其设置于上侧集流板与下侧集流板之间，多个双极板、膜电极交替布置形成多个电解小室，并通过密封胶线对电解小室进行密封，绝缘板、集流板、双极板和膜电极罗列布置于上端板与平台之间，其上均开设有水口和氢出口，所述上端板开有至少两个水口和至少一个氢出口。

进一步地，所述压紧机构包括压紧油缸、液压系统和电气控制系统，所述压紧油缸为双作用油缸，其包括依次连接的缸体和活塞杆，所述缸体与所述固定架的上层结构通过法兰连接，所述活塞杆端部连接有销轴，所述上端板设有匹配销轴的销轴座。

进一步地，所述液压系统包括：电机、液压泵、换向阀、调速阀、卸荷阀、双向液压锁、蓄能器、液压油箱、液压管路，所述电机、液压泵、换向阀、调速阀、卸荷阀安装于所述液压油箱上，所述双向液压锁、蓄能器安装于所述压紧油缸缸体上，所述液压泵的输出端通过液压管路连接压紧油缸，电机与电气控制系统相连，其用于为水电解槽提供逻辑控制。

进一步地，所述液压系统的液压油为不可燃液压油。

进一步地，所述压紧机构包括丝杠总成，其包括丝杠、丝杠套筒、施力杆，所述丝杠一端与所述丝杠套筒螺纹连接，另一端为球头结构，其与连接在所述上端板的旋转底座相匹配，所述丝杠套筒通过法兰与固定架的底板相连，所述施力杆穿过丝杠上的圆孔，通过对其施加外力改变丝杠的扭矩。

进一步地，所述旋转底座包括球形座、连接轴、底座、圆锥滚子轴承。所述球形座为对开结构，其与所述丝杠球头连接，另一端通过法兰与所述连接轴连接，所述底座套接在连接轴外侧，其间安装两个圆锥滚子轴承，所述底座焊接在端板上。

进一步地，所述电解机构数量≥1，所述压紧机构的数量与电解机构数量相同。

本发明具有以下优点：

1、由于合理的压紧力可以减小内阻，保证透水板孔隙率，提高水电解效率，故本发明所述的压紧机构可以为水电解效率提供重要保证；

2、若压紧机构选用液压系统，则其性能稳定可靠，保证压紧力准确。配合电气系统的逻辑控制，可以保证压紧力自动控制在合理范围内；

3、压紧油缸在电解槽维护时可以提升上端板，不用配备其他的起重设备，从而方便电解槽检修。

4、若压紧机构选用丝杠总成，则可以通过将施力杆插入丝杠的圆孔中转动，使丝杠旋回，带动上端板上升，从而避免使用起重设备，也可检查电解机构各元件的状态，降低现场作业难度。

基于上述理由本发明可在水电解技术领域，尤其是工厂级大型水电解槽广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1总体结构示意图；

图2为本发明实施例中固定架示意图；

图3为本发明实施例1中压紧油缸结构示意图；

图4为本发明实施例中电解机构示意图；

图5为本发明实施例1中液压系统原理图；

图6为本发明实施例2中机械式结构示意图；

图7为本发明实施例2中丝杠组成示意图；

图8为本发明实施例2中旋转底座示意图；

其中，1固定架、11上层结构、111底板、112盖板、113隔板、114前/后侧板、115左/右侧板、116轴套、12中间立柱、13下层结构、131平台、132球阀、133支腿总成、2压紧油缸、21缸体、22活塞杆、3电解机构、31绝缘板、32集流板、33双极板、34膜电极、35密封胶线、36上端板、361销轴座、37螺栓、4液压系统、41电机、42液压泵、43换向阀、44调速阀、45卸荷阀、46双向液压锁、47蓄能器、48液压油箱、49液压管路、491压力传感器、5电气控制系统、6销轴、7丝杠总成、71丝杠、72丝杠套筒、73施力杆、8旋转底座、81球形座、82连接轴、83底座、84圆锥滚子轴承。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种带有辅助压紧装置的立式水电解槽，包括：固定架1和用于制氢的电解机构3，所述固定架1包括若干中间立柱12、底板111和所述平台131，所述电解机构3包括上端板36和固定在上端板36与平台131之间的电解功能部，各中间立柱12的顶端固定在所述底板111上，底端固定在所述平台131上，还包括压紧机构，所述底板111开设匹配压紧机构的通孔，所述压紧机构的一端可拆卸的连接在所述上端板36上，所述压紧机构用于在外力的作用下可调节压力地压紧于或分离于所述电解机构3，本实施例中，固定架1选用钢结构。

如图2所示，所述中间立柱12两端留有轴肩，固定架1包括上层结构11，其具体为箱型结构，包括所述底板111和盖板112、前后侧板114、左右侧板115、轴套116，底板111和盖板112、前后侧板114、左右侧板115形成六面体箱型结构，所述底板111、盖板112开有四个圆孔并在其间镶嵌所述轴套116，所述中间立柱12穿过所述轴套116紧固，所述底板111和盖板112之间还固设有若干用于增强整体结构强度的隔板113。

固定架1的下层结构13包括所述平台131和支腿总成133，所述支腿总成133用于对整体结构支撑，根据不同应用情况下平台131上方安装总重量的差异，可选用墩式、凳子腿式或是带有横梁的凳子腿式等任何能够支撑住的结构。所述平台131为整块金属板，其上开有倒t形槽，倒t形槽内卡接有若干螺栓37，即螺栓的有效直径大于倒t形槽的顶部豁口，小于倒t形槽的t型边长。所述螺栓另一端与所述上端板36连接紧固，所述平台131在所述电解机构3的水通道对应位置开有不少于一处的放水孔，放水孔连接的放水管路上安装有阀门，本实施例选用球阀132。

所述电解功能部包括绝缘板31、集流板32、双极板33和膜电极34，上端板36与平台131侧分别对称设置绝缘板31和集流板32，所述双极板33、膜电极34为多个，其设置于上侧集流板32与下侧集流板32之间，多个双极板33、膜电极34交替布置形成多个电解小室，并通过密封胶线35对电解小室进行密封，绝缘板31、集流板32、双极板33和膜电极34罗列布置于上端板36与平台131之间，各元件上均布开设有水口和氢出口，所述上端板36开有至少两个水口和至少一个氢出口。

实施例1

本实施例的压紧机构包括压紧油缸2、液压系统4和电气控制系统5，所述液压系统4作为水电解槽的辅助压紧装置，液压系统4作为动力输出，配合电气控制系统5实现自动控制。

具体地，如图3所示，所述压紧油缸2为双作用油缸，其包括依次连接的缸体21和活塞杆222，所述缸体21与所述固定架1的上层结构11通过法兰连接，所述活塞杆222端部连接有销轴6，所述上端板36设有匹配销轴6的销轴6座361。

所述液压系统4包括：电机41、液压泵42、换向阀43、调速阀44、卸荷阀45、双向液压锁46、蓄能器47、液压油箱48、液压管路49，所述电机41、液压泵42、换向阀43、调速阀44、卸荷阀45安装于所述液压油箱48上，具体地，本实施例中，液压泵42的输出端与换向阀43之间设置所述调速阀44，输出端与油箱之间管路设置卸荷阀45，所述双向液压锁46、蓄能器47安装于所述压紧油缸2缸体21上，所述液压泵42的输出端通过液压管路49连接压紧油缸2，电机41与电气控制系统5相连，电气控制系统5用于为水电解槽提供逻辑控制，所述电气控制系统5控制逻辑分为自动和手动模式。自动模式下通过压力传感器491自动检测系统压力，基于电气控制系统5控制液压系统工作从而保证压紧力；手动模式主要为测试和维护水电解槽时使用。

具体地，本实施例将电解机构3的绝缘板31、集流板32、双极板33、膜电极34、密封胶线35、上端板36按照图4顺序安装在固定架1的下层结构13上。

如图1所示，压紧油缸2安装在固定架1的上层结构11上，活塞杆222与上端板36连接，从而使液压系统4液压力通过活塞杆222作用在电解机构3。

压紧操作过程如下：1、打开电气控制系统5，进入自动模式，2、电机41和液压泵42开始工作，换向阀43动作，使活塞杆222下压，3、压到特定压力后卸荷阀45溢流，电、液压泵42、换向阀43停止工作。4、此时进入保压状态，双向液压锁46对液压管路49进行封闭，蓄能器47中的压力油对压紧油缸2无杆腔与液压锁之间的容积内保压，5、将螺栓拧紧，作为水电解槽的定位限制，保证电解机构33为一个整体。6、当压力降低到一定压力时，电气控制系统5启动电机41，重复上诉2-4步骤。

如图5所示，调速阀44可以调节活塞杆222的运动速度，卸荷阀45可以控制系统压力，从而改变压紧油缸2的输出力。

液压系统4配合压紧固定架1实现水电解槽压紧力自动控制，实现水电解高效可靠运行。

水电解系统需要检修时，卸下螺栓，电气控制系统5进入手动模式，电机41和液压泵42开始工作，换向阀43反向动作，使活塞杆222上升，带动上端板36上升，这样可以检查电解机构3各元件的状态。从而避免使用起重设备，降低现场作业难度。

本实施例中，所述液压系统4的液压油为不可燃液压油。

实施例2

本实施例的压紧机构包括如图7所示的丝杠总成7，其包括丝杠71、丝杠套筒72、施力杆73，所述丝杠一端与所述丝杠套筒72螺纹连接，另一端为球头结构，其与连接在所述上端板36的如图8所示的旋转底座8相匹配，所述丝杠套筒72通过法兰与固定架1的底板111相连，所述施力杆73穿过丝杠上的圆孔，通过对其施加外力改变丝杠的扭矩，具体可通过人力推动施力杆73作为施加的外力。

所述旋转底座8包括球形座81、连接轴82、底座83、圆锥滚子轴承84。所述球形座81为对开结构，其与所述丝杠球头连接，球座包围的范围大于半个球体，使油缸向上运动时可以承受拉力，球形座81另一端通过法兰与所述连接轴82连接，所述底座套接在连接轴82外侧，其间安装两个圆锥滚子轴承84，所述底座焊接在端板上。

本实施例中，将电解机构3的绝缘板31、集流板32、双极板33、膜电极34、密封胶线35、上端板36按照图4顺序安装在压紧固定架1的下层结构13上。

如图6所示，丝杠总成7安装在压紧固定架1的上层结构11上，丝杠的球头与底座连接，从而使人力施加在施力杆73上的力矩转化成丝杠的压力并作用在球形座81，球形座81将压力依次传给连接轴82、圆锥滚子轴承84、底座，最终传给电解机构3。球头可以保证在丝杠偏心时压力也能准确传导。

压紧操作过程如下：1.将施力杆73插入丝杠的圆孔中转动，使丝杠旋出，2.丝杠旋转会的带动球形座81、连接轴82转动，但并不会影响上端板36，这样将压力转给电解机构3而不影响其形状；3.丝杠转动至预设的伸出长度后停止，取下施力杆73。4.将螺栓拧紧，作为水电解槽的定位限制，保证电解机构3为一个整体。

水电解系统需要检修时，卸下螺栓，将施力杆73插入丝杠的圆孔中转动，使丝杠旋回，带动上端板36上升，这样可以检查电解机构3各元件的状态。从而避免使用起重设备，降低现场作业难度。

上述实施例中，所述电解机构3数量至少为一个，所述压紧机构的数量与电解机构3数量相同。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。