一种高压水电解槽制造技术

本发明专利技术公开了一种高压水电解槽，包括金属外框，金属外框内侧设置有绝缘内衬底座，绝缘内衬底座的顶端设置有正极接电板，绝缘内衬底座的底端设置有负极接电板，正极接电板与负极接电板之间设置有电解槽，电解槽由多个双极板堆叠而成，每两个双极板之间设置有阳极集电器和阴极集电器，阳极集电器向着正极接电板的一侧设置，阴极集电器向着负极接电板的一侧设置，阳极集电器和阴极集电器之间设置有膜电极，阳极集电器的内侧设置有C型滑环组合密封内环，阴极集电器的外侧设置有C型滑环组合密封外环，C型滑环组合密封内环的内侧设置有金属支撑内环。本发明专利技术解决质子交换膜水电解槽高压密封问题，显著提高电解槽氢气出口压力。

A High Pressure Water Electrolyzer

The invention discloses a high-voltage water electrolyzer, which comprises a metal outer frame, an insulated inner substrate base on the inner side of the metal outer frame, a positive electrode plate on the top of the insulated inner substrate base, a negative electrode plate on the bottom of the insulated inner substrate base, and an electrolyzer between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The electrolyzer is composed of a plurality of bipolar plates stacked between each two bipolar plates. There are anode collector and cathode collector, anode collector is set to one side of the positive contact plate, cathode collector is set to one side of the negative contact plate, membrane electrode is set between the anode collector and the cathode collector, inner side of the anode collector is set with C-type sliding ring combined sealing ring, outer side of the cathode collector is set with C-type sliding ring combined sealing ring, and outer side of the cathode collector is set with C-type sliding ring combined sealing ring. The inner side of the inner ring of the ring combination seal is provided with a metal supporting inner ring. The invention solves the problem of high pressure sealing of proton exchange membrane water electrolyzer, and significantly improves the hydrogen outlet pressure of the electrolyzer.

【技术实现步骤摘要】
一种高压水电解槽
本专利技术涉及电解
，特别涉及一种高压水电解槽。
技术介绍
质子交换膜水电解装置由于其高能效、高产气纯度以及小型、轻量在电网储能、燃料电池、加氢站、航天、化工等方面具有广阔的应用前景。利用PEM水电解制氢技术，实现电力资源在时间、空间维度重新分布和电解产物多元化利用，可大大提高能源综合利用效率，减少碳排放。但目前PEM水电解槽受密封形式制约不能产生高压氢气，现有的PEM水电解槽通常采用聚四氟乙烯或三元乙丙橡胶制成平板密封垫，通过螺栓预紧力将结构压紧实现密封。受到橡胶密封件允许压缩量的限制，这种水电解槽结构能够制取的氢气最大压力一般不超过3.5MPa。为了满足燃料电池、加氢站等氢能应用的需要，必须将氢气存储于高压气瓶内，通常气瓶存储压力为35MPa。目前，PEM水电解槽制取的氢气最高压力不大于3.5MPa，必须通过氢气压缩机，使之达到设定高压，才能存储于气瓶内。从而导致水电解制氢系统整体装备体积大、能耗高、可靠性差、电解效率低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种高压水电解槽，旨在解决质子交换膜水电解槽高压密封问题，显著提高电解槽氢气出口压力。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术一种高压水电解槽，包括金属外框，所述金属外框内侧设置有绝缘内衬底座，所述绝缘内衬底座的顶端设置有正极接电板，所述绝缘内衬底座的底端设置有负极接电板，所述正极接电板与负极接电板之间设置有电解槽，所述电解槽由多个双极板堆叠而成，所述每两个双极板之间设置有阳极集电器和阴极集电器，所述阳极集电器向着正极接电板的一侧设置，所述阴极集电器向着负极接电板的一侧设置，所述阳极集电器和阴极集电器之间设置有膜电极，所述阳极集电器的内侧设置有C型滑环组合密封内环，所述阴极集电器的外侧设置有C型滑环组合密封外环，所述C型滑环组合密封内环的内侧设置有金属支撑内环，所述双极板、阳极集电器、膜电极、阴极集电器、正极接电板的中心位置均位于同一竖直轴线上，且双极板、阳极集电器、膜电极、阴极集电器、正极接电板的中心均设置有氢气排出孔，所述电解槽的两端均与绝缘内衬底座之间存在空隙，所述空隙和双极板内部区域构成了水流通道，所述水流通道的一端连接有进水口，所述水流通道的另一端连接有出水口，水经所述水流通道的进水口端进入所述双极板的内部区域，经所述双极板反应后，再从所述水流通道的出水口端流出。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述C型滑环组合密封外环和C型滑环组合密封内环均采用C型滑环组合密封结构，所述C型滑环组合密封结构由耐高压O型密封圈和PTFE骨架组成，所述耐高压O型密封圈扣接在PTFE骨架上，且C型滑环组合密封结构通过耐高压O型密封圈与双极板相连接。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述金属外框的顶部设置有金属上端板，所述金属上端板与金属外框之间设置有绝缘端盖。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述金属上端板和绝缘端盖均通过螺栓与金属外框固定连接。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述进水口和出水口均位于金属上端板和绝缘端盖表面的两侧，所述氢气排出孔位于金属上端板和绝缘端盖表面的中心位置，且绝缘端盖与正极接电板相扣合，且正极接电板节点处穿过绝缘端盖向外延伸。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述螺栓的外侧设置有防松螺母，所述螺栓与金属上端板之间设置有碟簧。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述负极接电板的底部设置有底部接电端子，所述底部接电端子穿过金属外框向外延伸。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述底部接电端子与绝缘内衬底座之间设置有弹性密封垫。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述整个高压水电解槽采用圆形结构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、密封结构采用差压设计，分别在阴极集电器外侧和阳极集电器内侧形成氢气高压密封，降低水、氧气通流密封要求，内部采用PTFE骨架和O型圈组合密封方式，具有自紧密封效果，可承受0-50MPa高压且O型圈磨损小寿命长。2、流道结构通过绝缘内衬底座与堆叠双极板组成水流通道，电堆中心孔出氢，简化了传统电解槽的结构，提高了氢气的高压密封性。3、承压结构可以在电解槽常压进水，高压产氢的同时，为电解槽提供稳定性。4、接电结构均采用正负端接电柱结构设计，使接电结构大部分包裹在绝缘电解槽的内部，增加电绝缘性能。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的整体结构拆分图；图3是本专利技术的整体结构俯视图；图4是图3的A-A剖面图；图5是图3的B-B剖面图；图6是本专利技术单电解槽的局部结构示意图；图7是本专利技术C型滑环组合密封结构的整体结构示意图；图8是图7的A-A剖面图；图9是图8的局部结构放大图；图中：1、防松螺母；2、碟簧；3、螺栓；4、金属上端板；5、绝缘端盖；6、正极接电板；7、C型滑环组合密封内环；8、支撑内环；9、阳极集电器；10、膜电极；11、阴极集电器；12、C型滑环组合密封外环；13、双极板；14、负极接电板；15、底部接电端子；16、弹性密封垫；17、绝缘内衬底座；18、金属外框；19、耐高压O型密封圈；20、PTFE骨架；21、氢气排出孔；22、C型滑环组合密封结构；23、进水口；24、出水口；25、电解槽；26、水流通道。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本专利技术的特征是不必要的，则将其省略，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。需要说明的是，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义，此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。实施例1如图1-9所示，本专利技术提供一种高压水电解槽，包括防松螺母1、碟簧2、螺栓3、金属上端板4、绝缘端盖5、正极接电板6、C型滑环组合密封内环7、支撑内环8、阳极集电器9、膜电极10、阴极集电器11、C型滑环组合密封外环12、双极板13、负极接电板14、底部接电端子15、弹性密封垫16、绝缘内衬底座17、金属外框18，金属外框本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压水电解槽，包括金属外框(18)，其特征在于，所述金属外框(18)内侧设置有绝缘内衬底座(17)，所述绝缘内衬底座(17)的顶端设置有正极接电板(6)，所述绝缘内衬底座(17)的底端设置有负极接电板(14)，所述正极接电板(6)与负极接电板(14)之间设置有电解槽(25)，所述电解槽(25)由多个双极板(13)堆叠而成，所述每两个双极板(13)之间设置有阳极集电器(9)和阴极集电器(11)，所述阳极集电器(9)向着正极接电板(6)的一侧设置，所述阴极集电器(11)向着负极接电板(14)的一侧设置，所述阳极集电器(9)和阴极集电器(11)之间设置有膜电极(10)，所述阳极集电器(9)的内侧设置有C型滑环组合密封内环(7)，所述阴极集电器(11)的外侧设置有C型滑环组合密封外环(12)，所述C型滑环组合密封内环(7)的内侧设置有金属支撑内环(8)，所述双极板(13)、阳极集电器(9)、膜电极(10)、阴极集电器(11)、正极接电板(6)的中心位置均位于同一竖直轴线上，且双极板(13)、阳极集电器(9)、膜电极(10)、阴极集电器(11)、正极接电板(6)的中心均设置有氢气排出孔(21)，所述电解槽(25)的两端均与绝缘内衬底座(17)之间存在空隙，所述空隙和双极板(13)内部区域构成了水流通道(26)，所述水流通道(26)的一端连接有进水口(23)，所述水流通道(26)的另一端连接有出水口(24)，水经所述水流通道(26)的进水口(23)端进入所述双极板(13)的内部区域，经所述双极板(13)反应后，再从所述水流通道(26)的出水口(24)端流出。...

【技术特征摘要】
1.一种高压水电解槽，包括金属外框(18)，其特征在于，所述金属外框(18)内侧设置有绝缘内衬底座(17)，所述绝缘内衬底座(17)的顶端设置有正极接电板(6)，所述绝缘内衬底座(17)的底端设置有负极接电板(14)，所述正极接电板(6)与负极接电板(14)之间设置有电解槽(25)，所述电解槽(25)由多个双极板(13)堆叠而成，所述每两个双极板(13)之间设置有阳极集电器(9)和阴极集电器(11)，所述阳极集电器(9)向着正极接电板(6)的一侧设置，所述阴极集电器(11)向着负极接电板(14)的一侧设置，所述阳极集电器(9)和阴极集电器(11)之间设置有膜电极(10)，所述阳极集电器(9)的内侧设置有C型滑环组合密封内环(7)，所述阴极集电器(11)的外侧设置有C型滑环组合密封外环(12)，所述C型滑环组合密封内环(7)的内侧设置有金属支撑内环(8)，所述双极板(13)、阳极集电器(9)、膜电极(10)、阴极集电器(11)、正极接电板(6)的中心位置均位于同一竖直轴线上，且双极板(13)、阳极集电器(9)、膜电极(10)、阴极集电器(11)、正极接电板(6)的中心均设置有氢气排出孔(21)，所述电解槽(25)的两端均与绝缘内衬底座(17)之间存在空隙，所述空隙和双极板(13)内部区域构成了水流通道(26)，所述水流通道(26)的一端连接有进水口(23)，所述水流通道(26)的另一端连接有出水口(24)，水经所述水流通道(26)的进水口(23)端进入所述双极板(13)的内部区域，经所述双极板(13)反应后，再从所述水流通道(26)的出水口(24)端流出。2.根据权利要求1所述的一种高压水电解槽，其特征在于，所述C型滑环组合密...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕志超，王俊盛，
申请(专利权)人：吕志超，台州科技职业学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33