[发明专利]一种节能高压力水电解制氢电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及水电解制氢设备，特别涉及一种节能高压力水电解制氢电解槽，其具有高效节能，可承受较高压力的特点。

背景技术

水电解制氢是一种传统的制氢方法，水电解制氢设备的核心部分是电解槽，其主要消耗的是电和水。当今世界水电解制氢技术应用与发展，所面临的广泛挑战是降低设备运行电耗和制氢成本，提高市场应用的高效性和广泛性，提高设备的使用寿命和安全性。通过长期研究和生产实践，已经形成共识：改进电解槽极板结构和极板材料、提高电解槽的内部产气压力是是提高电解效率和满足市场广泛需求的重要有效途径。现有需氢行业对水电解制氢运行成本和产气压力的要求越来越高，需要制氢设备既要有很高的工作效率，且具备很高的产氢压力。传统的电解槽密封主要采用的是平垫密封，由于平垫密封的局限性和电解槽设备体积大的因素存在，电解槽密封效果只能达到3.2MPa，极少部分微小型电解槽可达到5MPa，而市场需氢行业需要更要压力的氢气，则需要在传统制氢系统再增加一套氢气增压机，不仅复杂了制氢工艺，而且提高了设备运行成本。本发明的密封结构就是依据这样的需求提出来的。

现有传统电解槽的密封方式采用的是聚四氟平垫压紧密封，通过极板框与聚四氟平垫之间的压紧力，达到电解槽的密封效果，由于平面密封的局限性，这种密封方法存在以下不足：

（1）平垫的密封效果是与极板框的压紧力来决定的，本身的材质的回弹性和耐压特性决定它不能承受很高的螺杆压紧力，也就决定了它的密封压力不会很高。

（2）平垫密封的密封效果与密封宽度是成正比的，电解槽的密封面宽度过大，极大的提高了电解槽自身重量和体积，也增加了装配难度和生产成本。

（3）现有用于电解槽密封的聚四氟平垫使用后存在一定的永久变形，无法二次使用，由聚四氟材料价格相对于较高，导致设备在清洗及维修时提高了维修成本。

由于电解过程中，在电极表面存在着气态、液态、电子与离子三相间迁移、互动的电化学反应，需要有足够大的相互接触反应的面积，同时也要求电极结构不使电解过程中气体脱附、上升和电解液循环流动受阻，才能保证电解反应过程顺利进行，本发明的极板结构就是依据这样的需求提出来的。

现有技术的极板结构普遍采用在一块乳突型的主极板两侧附加一层镍丝网的附极板，构成水电解制氢极板组件；另一种电极结构为一块平面型主极板其两侧附加两块不锈钢丝支撑网，再在两侧外各叠加一块镍丝网作为附极板。增加附极板的目的都是增大极板的表面积来提高点解效率，但这两种方法都存在以下不足：

（1）乳突型主极板通过乳突状型面的凹凸表面增加极板表面积，并以此来支撑附极板，但是这种结构其表面积的增加收到乳突数量的限制，乳突设置的数量过多、密度大，不但制作十分困难，并且会引起气体上浮和电解液循环流动的困难，影响电解效果。

（2）乳突型极板成型需要比较复杂的成型模具，制造困难，成本比较昂贵，如需改型或改变极板规格，更新成本高，浪费大。

（3）乳突型极板结构决定了其附加的网状附极板层数不能多，一般采用单层，否则难以支撑和获得与主极板同电位效果。因此，其附极板结构增加的表面积仍然有限。

（4）采用平面主极板加不锈钢支撑网和镍丝网组成的压叠式结构极板，由于不锈钢支撑网和镍丝网单层叠压，必然导致增加的极板面积有限，如果多层随机叠压，也必然存在金属丝网间的间隙度不均匀，在密压处密度大、间隙小，引起气体或电解液流动受阻，同时易在点解过程中产生的阳极流堵塞，造成安全事故。

发明内容

本发明的目的是：针对现有水电解制氢电解槽密封能力的不足和极板结构存在的缺陷，提供一种新型极板结构和密封结构的水电解制氢电解槽技术，通过改进极板结构和密封结构，较大幅度的提高了产气压力和电解效率，降低能耗和极板制造成本，安装方便。

本发明的技术方案是：一种节能高压力水电解制氢电解槽，包括分别位于两端相对而设的扁平圆柱形的正极端板和负极端板，正极端板和负极端板之间间隔交错排布有扁平圆柱形的组合密封垫和极板框组件，并保持平行，螺杆穿过正极端板和负极端板将组合密封垫和极板框组件紧固，所述的组合密封垫两圆柱端面上分别设有呈圆形并且偏向圆心的密封唇密封唇，所述的极板框组件的两圆柱端面上分别设有一呈圆形的高压密封槽，组合密封垫的密封唇嵌在极板框组件的高压密封槽中；

所述的极板框组件由环状的极板框和位于其环内的极板组件焊接而成，极板组件由一块扁平圆柱体形状的主极板和安装在主极板的柱体两端面的附极板组成。