具有一体化电解小室的水电解电解槽的制作方法

1.本发明涉及水电解制氢技术领域，尤其涉及一种具有一体化电解小室的水电解电解槽。


背景技术：

2.目前，在水电制氢电解槽的组装过程中，隔膜与电机大多是分开的结构，组装时需要一层层的紧密贴合，然后再安装双极板，所有电解小室组装完成后，安装端压板进行紧固。
3.现有的这种电解小室的层层叠加的结构为了确保安装的位置准确和电解槽气密性良好，一般都会在双极板、密封垫、极框上开设多个限位孔，通过拉紧螺杆来进行准确定位和密封，但这种方式有以下缺点：(1)多个电解小室的组装依靠双极板、密封垫、极框的限位孔很难保证位置完全对准，且限位孔的尺寸要略大于拉紧螺杆的外径，因此难免产生位置轻微的偏差，当多个小室组装时，这种误差会被放大；(2)电解槽安装复杂性，电解槽的组装是人工完成，膜与电极分别单独安装增加了安装复杂性，也影响了安装效率；(3)膜与电极分别单独的结构组装过程中会产生相对位移，很难保证安装后膜与电极的优良接触，继而电极与膜的接触电阻增大，系统能耗增加，相同电压下，电流密度降低；(4)多层的密封圈安装不能保证各部件良好的接触密封，且端压板需要很大的拉力安装，长期使用后，耐压性能降低，密封材料也不能二次使用。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种具有一体化电解小室的水电解电解槽，旨在解决现有水电解电解槽的结构复杂，安装不便的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种具有一体化电解小室的水电解电解槽，具有一体化电解小室的水电解电解槽包括正端压板、负端压板以及多个电解小室；
6.所述电解小室包括极框和膜电极；
7.所述膜电极包括聚合物膜、阴电极和阳电极；所述聚合物膜位于所述阴电极和所述阳电极之间，且与阴电极、阳电极贴合成一体；
8.所述电解小室之间通过双极板隔开；
9.多个所述电解小室位于所述正端压板、所述负端压板之间。
10.可选的，所述极框为环形结构，所述极框设有o型密封圈沟槽；
11.所述极框包括第一侧面和第二侧面，所述o型密封圈沟槽包括第一o型密封圈沟槽和第二o型密封圈沟槽，所述第一o型密封圈沟槽设于所述第一侧面，所述第二o型密封圈沟槽设于所述第二侧面；
12.所述第一侧面、所述第二侧面均设有电解液入口和出气口。
13.可选的，所述极框外沿设有固定销，所述双极板设有与所述固定销相适配的通孔，所述固定销用于将所述极框和所述双极板卡紧。
14.可选的，所述o型密封圈还包括第三o型密封圈，所述极框内沿由内向外分别设有所述第三o型密封圈沟槽和填充电极沟槽。
15.可选的，所述极框的第一侧面、第二侧面均设有分散流道，所述分散流道分别与所述电解液入口对应形成液体流道。
16.可选的，所述正端压板、所述负端压板的内侧均设有一层极板，分别作为电解槽正极和负极，所述极板的外侧与直流电源连接。
17.可选的，所述极框外侧均设有定位孔，所述正端压板、所述极框和所述负端压板通过紧固件连接；所述极框位于所述正端压板、所述负端压板之间。
18.可选的，所述紧固件为螺杆，所述螺杆外包裹绝缘套。
19.本发明提供的技术方案中，通过一体化电解小室结构，将隔膜与电极进行紧密贴合一体化，即将聚合物膜、阴电极和阳电极进行紧密贴合一体化，解决了制氢电解槽的组装复杂性问题；且采用双流通道进液和o型密封圈结构，分别解决了电解槽自身散热不均衡和系统密封不良的问题，也实现了系统运行更高的稳定型，提高了电解槽的系统压力和制氢产量。
附图说明
20.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
21.图1为本发明具有一体化电解小室的水电解电解槽极框示意图；
22.图2为本发明具有一体化电解小室的水电解电解槽固定销示意图；
23.图3为本发明具有一体化电解小室的水电解电解槽极板和双极板示意图；
24.图4是本发明具有一体化电解小室的水电解电解槽端压板示意图。
25.附图标记：1、极框；2、固定销；3、o型密封圈沟槽；4、氢气出口；5、氧气出口；6、分散流道；7、填充电极沟槽；8、膜电极；9、电解液入口；10、定位销；11、极框内沿；12、负端压板；13、拉紧螺栓孔；14、正端压板；15、极板；16、固定销孔；17、电源接线；18、双极板。
具体实施方式
26.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
27.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例
如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.如图1至图4所示，本发明的一种具有一体化电解小室的水电解电解槽，包括正端压板14、负端压板12以及多个电解小室；电解小室包括极框1和膜电极8；膜电极8包括聚合物膜、阴电极和阳电极，其中，聚合膜位于阴电极和阳电极之间，且与阴电极、阳电极贴合成一体；电解小室之间通过双极板18隔开；正端压板14与负端压板12分别位于多个电解小室的两端。
30.具体的，膜电极8包括中间一层聚合物膜和两侧的阴阳电解组成，并通过特殊粘合剂沿着外沿侧粘合形成一体。正端压板14和负端压板12的内侧均设有一层极板15，分别作为电解槽正极和负极。其中，极板15连接着直流电源，只带一种电荷，给电解小室提供了电源的正负极，而双极板18的两面带有两种电荷，给相邻的两个电解小室提供正极和负极。一体化电解小室在满足密封性良好和结构稳定的同时，降低了电解槽整体的安装复杂性和难度，节省了电解槽工业生成的人工成本，减少了由于膜和电极组装定位误差产生的气密性和电极接触不良因素，相应的降低了电解槽的能耗。
31.进一步地，在一实施例中，极框1为环形结构，极框1设有o型密封圈沟槽3；极框1包括第一侧面和第二侧面，o型密封圈沟槽3包括第一o型密封圈沟槽和第二o型密封圈沟槽，其中，第一o型密封圈沟槽设于第一侧面，第二o型密封圈沟槽设于第二侧面；第一侧面、第二侧面均设有电解液入口9和出气口。
32.具体的，所述o型密封圈沟槽3用于o型密封圈的密封，其中，o型密封圈沟槽3与o型密封圈相适应。电解液入口9在极框1两侧(第一侧面为氢侧面，第二侧面为氧侧面)的下部各一个，出气口(第一侧面为氢气出气口，第二侧面为氧气出气口)在极框1两侧的上部，作为氢气和氧气的逸出通道。其中，氢气出口4与氢侧电解液入口9相通，氧气出气口与氧气侧电解液入口9相通。
33.进一步地，在本实施例中，极框1外沿设有固定销2，双极板18设有与固定销2相适配的通孔，固定销2用于将极框1和双极板18卡紧。极框1内沿由内向往分别设有第三o型密封圈沟槽和填充电极沟槽7。
34.具体的，固定销2有四个，用于固定双极板18，均匀分布在极框1的外沿，双极板18在相对的位置设有四个固定销孔16，固定销2插入到固定销孔16后旋转固定，固定销孔16为通孔。填充电极沟槽7与第三o型密封圈沟槽形成极框内沿11的两个台阶，其中，填充电极沟槽7台阶的高度高于第三o型密封圈沟槽的槽高，此外，双极板18的大小和形状与极框1的一致；极框1与双极板18之间安装填充电极和膜电极8；填充电极进一步保证了膜电极8与双极板18充分接触，同时利于电解液的流动和电解槽内部的散热。
35.其中，o型密封圈沟槽3有四种大小，均用于o型密封圈的密封，双极板18与极框1、
一体化膜电极8与极框1、端压板与极板15之间都安装o型密封圈；第一o型密封圈沟槽、第二o型密封圈沟槽用于安装双极板18与极框1之间分别相对应的o型密封圈的密封；第三o型密封圈沟槽用于安装膜电极8与极框1之间相对应的o型密封圈的密封。
36.此外，o型密封圈沟槽3用于o型密封圈的填装，通过挤压，保证了极框1与双极板18之间的密封，膜电极8同样也是通过与极框1内沿的第三o型密封圈沟槽实现紧密接触。其中，极框1内沿的由内往外的两个台阶为第三o型密封圈沟槽和填充电极沟槽7，分别用于安装膜电极8和填充电极，且填充电极沟槽7台阶高度高于第三o型密封圈沟槽的槽高，第三o型密封圈沟槽的外半径要小于一体化膜电极8的直径。
37.进一步地，在本实施例中，极框1的第一侧面、第二侧面均设有分散流道6，分散流道6分别与电解液入口9对应形成液体流道。
38.具体的，由于极框1两侧均设有一个电解液入口9，电解液同时经一体化膜电极8的两侧进入，电解液入口9分别与分散流道6连接，分散流道6在极框1内侧，与一体化膜电极8直接接触，其中，氢气出口4与氢侧的电解液入口9相通，氧气出口5与氧侧的电解液入口9相通。第一侧面即氢侧面的分散流道6与电解液入口9形成液体流道；第二侧面即氧侧面的分散流道6与电解液入口9形成液体流道。
39.此时，双极板18、极框1组成的一个整体与另一个整体的双极板18侧通过定位销10形成一个电解小室，并进一步安装填充电极形成第二个电解小室。当所有的电解小室安装后，通过两端极板15上的电源界限接入直流电源的正负极，每块极板15设置一个接线。其中，正端压板14、负端压板12的内侧均设有一层极板15，分别作为电解槽正极和负极，极板15的外侧与直流电源连接。通过两端极板15上的电源界限接入直流电源的正负极。极板15连接着直流电源，只带一种电荷，给电解小室提供了电源的正负极，而双极板18的两面带有两种电荷，给相邻的两个电解小室提供正极和负极。
40.另外，极框1外侧均设有定位孔，正端压板14、极框1和负数压板通过紧固件连接，其中，极框1位于正端压板14、负数端压板之间；紧固件为螺杆，且螺杆外包裹绝缘套。
41.具体的，电解小室两端的极板15分别与正端压板14、负端压板12紧密接触，12根螺杆穿过拉紧螺栓孔13将电解槽所有的电解小室拉紧固定。进一步的，拉紧螺杆套上绝缘套，与绝缘槽绝缘，只穿过正、负端压板12的拉紧螺杆孔，沿着极框1外侧的圆弧缺口将所有极框1定位、卡住。电解液、氢气和氧气出口5也经端压板进入和逸出。
42.电解小室的具体组装过程：首先是极框1与膜电极8的组装，极框内沿11安装好与第三o型密封圈沟槽相应规格的o型密封圈，将膜电极8水平放置于o型密封圈上部，使膜电极8完全覆盖到密封圈的外径，在外侧的填充电极沟槽7安装一定厚度的填充电极，略高于极框1的厚度，极框1最外侧安装两种规格不同的o型密封圈；然后通过极框1的固定销2与双极板18外侧的固定销孔16对准旋转卡住，充分挤压内侧的填充电极；最后在极框1的另一侧进行电极填充，与另一极框1接触，形成电解小室的正极和负极。
43.当所有的电解小室安装后，通过两端极板15上的电源接线17接入直流电源的正负极，块款极板设置一个接线。
44.其中，固定销2为一种不规则结构，向外凸起形成包裹式挂，与固定销孔16连接后，旋转锁住双极板18；o型密封圈分布于极框1内侧、电解液入口9和气体流道，用于密封和隔绝氢氧气体，密封圈外径稍大于沟槽直径，卡住密封圈。图2中，a表示从正面看的固定销2，b
表示从侧面看的固定销2。
45.一体化电解小室在满足密封良好和结构稳定的同时，降低了电解槽整体的安装复杂性和难度，节省了电解槽工业生产的人工成本，减少了由于膜和电极组装定位误差产生的气密性和电极接触不良因素，相应的降低了电解槽的能耗，与此同时，o型圈线密封增大了系统压力和电解槽的制氢产量，带来更好的经济效益。
46.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述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。