一种工业电解槽的制作方法

1.本发明涉及工业制氢技术领域，更具体地说，涉及一种工业电解槽。


背景技术：

2.质子交换膜电解池通过电解水产生氢气和氧气而作为氢气发生器。现有技术中，纯净水在电解槽的氧电极(阳极)处反应以形成氧气、电子和氢离子(质子)，氢离子由阳极侧输出，从而电解产生的氢离子在阴极侧产生较高的压力(例如1mpa-10mpa)，使得质子交换膜可能受到由mea和流场之间的不连续性引起的气压增加的不利影响。
3.虽然现有的框架之间对质子交换膜紧密接触，使得质子交换膜构造成与框架组件成一体。然而，由于框架的棱过深地穿透进入膜中，这种不连续性的穿透可能由mea在框架和流场之间的间隙中夹紧而导致mea损坏；或质子交换膜在反应腔内承受过大的压力，即质子交换膜因承受过大的轴向剪切力/应力，导致质子交换膜与框架的内框接触侧被刺穿或应力撕裂。
4.因此，如何减少质子交换膜与框架的内框接触侧的轴向剪切力/应力以保证质子交换膜结构的一致性成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述框架的棱过深地穿透进入膜中，这种不连续性的穿透可能由mea在框架和流场之间的间隙中夹紧而导致mea损坏；或质子交换膜在反应腔内承受过大的压力，即质子交换膜因承受过大的轴向剪切力/应力，导致质子交换膜与框架的内框接触侧被刺穿或应力撕裂的缺陷，提供一种结构稳定且衰减轴向剪切力效果较好的工业电解槽。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种工业电解槽，具备：
7.第一框架，其形成为中空结构；
8.第二框架，其与所述第一框架相互贴合，以形成反应腔；
9.质子交换膜，其设在所述第一框架与所述第二框架之间，用于交换质子；
10.第一密封部件，其设置于所述第一框架与所述质子交换膜的一侧贴合处之间，其内缘并延伸至所述反应腔；
11.第二密封部件，其设置于所述第二框架与所述质子交换膜的另一侧贴合处之间，其内缘并延伸至所述反应腔；
12.所述第二密封部件的内缘延伸的宽度大于所述第一密封部件的内缘延伸的宽度。
13.在一些实施方式中，所述第二密封部件的内边缘宽度大于所述第一密封部件的内边缘宽度。
14.在一些实施方式中，所述质子交换膜将所述反应腔分隔为第一反应腔及第二反应腔，
15.所述第一密封部件设置在所述第一反应腔，
16.所述第二密封部件设置在所述第二反应腔。
17.在一些实施方式中，所述第一反应腔设置为阳极腔，
18.所述第二反应腔设置为阴极腔。
19.在一些实施方式中，在所述第一反应腔内设置至少一层钛网及至少一层毡布，
20.所述钛网及所述毡布贴合设置，以形成阳极集电层。
21.在一些实施方式中，在所述第二反应腔设置至少两层毡布及至少一层钛网，
22.所述钛网及所述毡布贴合设置，以形成阴极集电层。
23.在一些实施方式中，所述第一密封部件、所述质子交换膜及所述第二密封部件层叠贴合设置，以形成所述第一框架与所述第二框架之间的密封。
24.在一些实施方式中，在所述第一框架及所述第二框架上形成有多条流道，且在同一平面上的所述流道对称或不对称设置。
25.在一些实施方式中，在所述第一框架及所述第二框架上形成有多条环形的凸肋。
26.在一些实施方式中，在所述第一框架及所述第二框架的转角侧设有至少一个向上延伸的支撑部。
27.在本发明所述的工业电解槽中，包括第一框架、第二框架、质子交换膜、第一密封部件及第二密封部件，其中，第一密封部件设置于第一框架与质子交换膜的一侧贴合处之间，其内缘并延伸至反应腔；第二密封部件设置于第二框架与质子交换膜的另一侧贴合处之间，其内缘并延伸至反应腔；第二密封部件的内缘延伸的宽度大于第一密封部件的内缘延伸的宽度。与现有技术相比，通过将第一密封部件及第二密封部件的内缘均延伸至反应腔内，且第二密封部件延伸的内缘宽度大于第一密封部件延伸的内缘宽度，使得第一密封部件及第二密封部件延伸的内缘对质子交换膜与第一框架及第二框架的内边形成支撑，可有效解决电解槽工作时，反应腔内形成的高气压对质子交换膜与第一框架及第二框架的内框接触侧的轴向剪切力或应力，避免质子交换膜与框架的内框接触处被刺穿或应力撕裂的问题。
附图说明
28.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
29.图1是本发明提供工业电解槽一实施例的立体图；
30.图2是本发明提供工业电解槽另一实施例的立体图；
31.图3是本发明提供工业电解槽一实施例的剖视图；
32.图4是本发明提供工业电解槽一实施例的局部剖视图；
33.图5是本发明提供工业电解槽一实施例的部分爆炸图；
34.图6是本发明提供框架一实施例的立体图；
35.图7是本发明提供框架一实施例的局部示意图；
36.图8是本发明提供第一密封部件与第二密封部件一实施例的局部示意图。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
38.如图1所示，在本发明的工业电解槽第一实施例中，工业电解槽10包括第一端板101a及第二端板101b。其中，在第一端板101a的一侧开设有多个进水孔101a1及回水孔(未图示)及出氢孔(未图示)。
39.具体地，第一端板101a与第二端板101b层叠设置，在第一端板101a与第二端板101b层叠设置有绝缘板、导电板、钛板、框架、阳极集电层、质子交换膜、框架、阴极集电层及双极钛板及绝缘板等组件。
40.如图2及图3所示，电解组件200包括设置在第一端板101a及第二端板101b内侧的绝缘板(对应102a及102b)，其中，绝缘板(对应102a及102b)包括第一绝缘板102a及第二绝缘板102b，其设置为方形结构或圆形结构。
41.第一绝缘板102a贴合在第一端板101a的内侧面，第二绝缘板102b贴合在第二端板101b的内侧面。
42.进一步地，在第一绝缘板102a及第二绝缘板102b的另一侧面(即未与端板的另一面)设有导电板(对应103a及103b)。其中，导电板包括第一导电板103a及第二导电板103b。
43.在第一导电板103a及第二导电板103b的外延(未覆盖绝缘板)设有接线端子，通过接线端子连接外部的直流电源。
44.其中，通过导电板(对应103a及103b)与端板(对应101a及101b)分别设置绝缘板(对应102a及102b)，以保证在通电时，在端板(对应101a及101b)未带电流，进而提高电解槽使用的安全性。
45.如图4及图5所示，在钛板(对应104a)的内侧设置第一框架105a，其形成为中空结构，可将其设置为方形或圆形。
46.进一步地，在双极钛板(对应104d)的一侧设置第二框架105b，其形状、结构与第一框架105a一致。
47.具体地，配合时，将第一框架105a与第二框架105b相互贴合设置，以形成电解反应腔(对应300a及300b)。其中，框架采用无定形的热性塑料制成，其具有高度透明性、高水解稳定性。
48.其中，质子交换膜110a设置在阳极电极与阴极电极之间。电解时，纯净水在阳极电极处电解反应以形成氧气、电子、和氢离子(质子)。氧气和部分纯净水回流至储水部件，同时质子和水穿过质子交换膜110a迁移到阴极侧，通过阴极催化层及阴极扩散层，使得氢离子在阴极处形成氢气。
49.参考图4，质子交换膜110a设在第一框架105a与第二框架105b之间，且覆盖第一框架105a与第二框架105b的中空部分，其用于交换质子。
50.进一步地，第一密封部件106a采用硅胶或铁氟龙等柔性材料，以增加密封的可靠性。
51.具体地，第一密封部件106a设置于第一框架105a与质子交换膜110a的一侧贴合处之间，且第一密封部件106a的内缘延伸至反应腔(对应300a及300b)内。
52.第二密封部件106b设置于第二框架105b与质子交换膜110a的另一侧贴合处之间，且第二密封部件106b的内缘延伸至反应腔(对应300a及300b)内。
53.参考图4，第二密封部件106b的内缘延伸的宽度大于第一密封部件106a的内缘延伸的宽度，第二密封部件106b与第一密封部件106a配合形成对质子交换膜110a夹持的支撑
台，使得阴极侧300b侧气压形成轴向剪切力或应力施加在第二密封部件106b向外延伸的支撑台上，通过第二密封部件106b对阴极侧300b的压力或剪切力进行分散。
54.具体而言，电解槽工作时，即在导电板(对应103a及103b)接入直流电源，且在持续通入纯净水情况下，纯净水在阳极侧(对应层叠设置的钛网107a及毡布107b)电解产生氧气、电子和氢离子，而氧气与纯净水通过排出口(未图示)回流至储水部件，氢离子透过质子交换膜110a在阴极侧300b形成氢气，即大量的氢气在阴极侧300b，使得阴极侧300b产生较高的气压(例如15mpa-30mpa)，使得质子交换膜110a在阴极侧300b承受较大的轴向剪切力或应力，导致质子交换膜110a产生蠕动形变或机械变形；或
55.在质子交换膜110a与框架(对应105a及105b)的内框接触处被轴向剪切力刺穿或应力撕裂。阴极侧300b侧气压形成轴向剪切力或应力施加在第二密封部件106b向外延伸的支撑台上，使得第二密封部件106b与第一密封部件106a形成错位，避免第二密封部件106b、质子交换膜110a及第一密封部件106a与反应腔(对应300a及300b)的内缘相切，通过第二密封部件106b对阴极侧300b对轴向剪切力或应力进行分散或释放，从而提高质子交换膜110a的使用寿命。
56.使用本技术方案，通过将第一密封部件106a及第二密封部件106b的内缘均延伸至反应腔(300a及300b)内，且将第二密封部件106b延伸的内缘宽度大于第一密封部件106a延伸的内缘宽度，使得第一密封部件106a及第二密封部件106b延伸的内缘对质子交换膜110a与第一框架105a及第二框架105b的内边形成支撑，可有效解决电解槽工作时，反应腔(300a及300b)内形成的高气压对质子交换膜110a与第一框架105a及第二框架105b的内框接触侧的轴向剪切力或应力，避免质子交换膜110a与框架(对应105a及105b)的内框接触处被刺穿或应力撕裂的问题。
57.在一些实施方式中，为了提高质子交换膜110a工作的稳定性，参照图8所示，可将第二密封部件106b的内边缘宽度大于第一密封部件106a的内边缘宽度。其中，参照图4所示，第一密封部件106a及第二密封部件106b的内边缘均延伸至反应腔(300a及300b)内，以形成质子交换膜110a与框架(对应105a及105b)的内框接触处夹持的支撑台，使得质子交换膜110a与框架(对应105a及105b)的内框贴合处形成错位。
58.其中，由于质子交换膜110a在阴极侧(反应腔300b的一侧)承受的轴向压力大于阴极侧(反应腔300a的一侧)的压力，因此，将第二密封部件106b的内边缘设置为大于第一密封部件106a的内边缘宽度，二者之间相差的宽度采用w(例如2mm-5mm)示出。
59.进一步地，设置在框架(对应105a及105b)之间的质子交换膜110a将反应腔(300a及300b)分隔为第一反应腔(对应300a)及第二反应腔(对应300b)。其中，第一密封部件106a设置在第一反应腔(对应300a)，第二密封部件106b设置在第二反应腔(对应300b)。
60.更进一步地，第一反应腔(对应300a)设置为阳极腔，第二反应腔(对应300b)设置为阴极腔。
61.在一些实施方式中，参考图4，为了保证质子交换膜110a的工作性能，可在第一反应腔(对应300a)内设置至少一层钛网(对应107a)及至少一层毡布(对应107b)，其中，钛网(对应107a)用于输送电解水，毡布(对应107b)用于保护质子交换膜110a。
62.具体地，钛网(对应107a)的厚度大于毡布(对应107b)的厚度，其均呈方形结构，其相互贴合设置，以形成阳极集电层。
63.进一步地，在第二反应腔(对应300b)设置至少两层毡布(对应107c及对应107d)及至少一层钛网(对应107e)，
64.毡布(对应107c及对应107d)及钛网(对应107e)相互贴合设置，以形成阴极集电层。
65.在一些实施方式中，为了保证框架(对应105a及105b)的密封性，可将第一密封部件106a、质子交换膜110a及第二密封部件106b层叠贴合设置，其中，第一密封部件106a、质子交换膜110a及第二密封部件106b的外缘与第一框架105a与第二框架105b的外缘平齐设置，第一密封部件106a及第二密封部件106b的内缘径向(即向反应腔内)延伸，进而在一框架105a与第二框架105b之间形成密封。
66.在一些实施方式中，参考图6，为了质子交换膜110a工作的稳定性，可在第一框架105a及第二框架105b上形成有多条流道(对应108a)。
67.需要说明的是，虽然图6仅示出第二框架105b，将第二框架105b旋转180度时即是第一框架105a的一端面的结构。
68.其中，多条流道(对应108a)设置在同一平面上，且对称或不对称设置。在流道(对应108a)内径向设置多条分隔件108b，分隔件108b将流道(对应108a)分隔为多条小流道。
69.进一步地，分隔件108b还用于对质子交换膜110a与第二框架105b贴合面的支撑，避免质子交换膜110a在安装时，因为挤压而塌陷在流道(对应108a)内而造成水路堵塞。
70.其中，在第二框架105b的一侧开设有进水通孔120a，在第二框架105b的另一侧出水通孔120b，即，电解水从第一端板101a的进水孔101a1进入槽内，通过进水通孔120a流经毡布(对应107c及对应107d)及钛网(对应107e)，同时电解，再从出水通孔120b回流至外部。
71.在一些实施方式中，为了框架(对应105a及105b)的密封性，参考图6及图7，可在第一框架105a及第二框架105b设置多组凸肋(对应108c及108d)，其中，凸肋(对应108c及108d)环形在第一框架105a及第二框架105b的两端面，且凸肋(对应108c及108d)包围第一框架105a及第二框架105b上开设的固定通孔(对应130)，进而保证框架(对应105a及105b)配合的密封性。
72.进一步地，在第一框架105a及第二框架105b的转角侧设有至少一个向上延伸的支撑部140，将第一密封部件106a、质子交换膜110a及第二密封部件106b依次层叠在第一框架105a及第二框架105b上，此时，支撑部140与环形凸肋(对应108c及108d)相互配合，使得第一密封部件106a、质子交换膜110a及第二密封部件106b可水平贴合在第一框架105a或第二框架105b上，进而保证框架(对应105a及105b)配合的密封性。
73.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。