一种高压阴离子膜水电解槽制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高压阴离子膜水电解槽，包括并列设置的第一端板与第三端板、移动设于第一端板与第三端板之间的第二端板、弹性连接于第一端板与第一端板之间的弹性缓冲组件，以及设于第二端板与第三端板之间的压滤式水电解槽；其中压滤式水电解槽包括多个堆叠设置的水电解槽单元；第二端板一侧设有环状凸台，环状凸台上设有氢气出气孔，环状凸台支撑于压滤式水电解槽顶侧，并与该顶侧合围形成氢气缓冲腔，压滤式水电解槽上开设有连通氢气缓冲腔与多个水电解槽单元的氢气连通通道。与现有技术相比，本实用新型专利技术降低了电解槽复杂密封结构的成本，提高了经济性，保证恒定的压紧力的同时，提升了高压电解槽的耐久性和可靠性。提升了高压电解槽的耐久性和可靠性。提升了高压电解槽的耐久性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压阴离子膜水电解槽


[0001]本技术属于电解水制氢
，涉及一种高压阴离子膜水电解槽。

技术介绍

[0002]相比较单一功能的加氢站，制加氢一体站不仅可以减少高压氢气长距离运输成本，而且还能避免氢源供应不足的场景出现。可再生能源电解水制备绿氢是一种清洁、低碳的制氢工艺，成为制加氢一体站的重要的发展方向之一。常压水电解槽制得的氢气需要采用加氢压缩机最终增压到45MPa或90MPa。然而，加氢压缩机一方面体积、重量大、成本高且运行噪声大，另一方面，加氢站的加氢压缩机会因频繁启停，导致压缩机组件容易发生故障并需要经常维护。
[0003]水电解槽通常是一种小室单元重复堆叠的压滤型结构设计，用螺栓夹在两端板之间，通过适宜的电解槽材料的选择和结构、密封的设计，电解槽的运行压力可以达到并超过70MPa。早在2010年前，日本Honda公司基于固体高分子膜，开发出35MPa差压式高压电解槽，并应用于小型智能氢站SHS。随后2018年前后，该公司针对高压加氢的需求，又发展了70MPa差压式高压电解槽，完全不需要使用机械式的压缩机，节约了因使用机械增压带来的约20％的能量损失。从设备数量、工艺复杂性和工厂可靠性的角度来看，在电解槽内部对气体加压是一个有吸引力的选择，即设计高压电解槽替换掉昂贵的加氢压缩机。
[0004]中国专利CN 102317505A公开了一种将电解槽放置于密封罐状压力容器的装置，利用产生的氢气或氧气为气体介质，对罐状压力容器进行加压。然而，随着电解槽多次运行，工作环境对电解槽各组件机械应力的影响是不同的，这就可能造成电解槽发生电解液或气体泄露。密封压力容器一方面难以直接发现问题可能造成安全事故，另一方面，整体装置笨重，维修困难，与电解槽小型化、轻量化的发展趋势相违背。因此，如何设计适应多维度使用因素的高压阴离子膜水电解槽是本专业领域内关注的重点之一。
[0005]中国专利CN2743370Y公开了一种水电解槽，它主要由端压板、两块端压板之间的正、负端极板、极板、隔膜垫片、密封垫圈和至少3组拉杆及螺母组成，所述极板与隔膜垫片相间设置在正、负端极板之间，所述端压板上设有与拉杆配合的孔，拉杆及螺母将端压板、端极板、极板、隔膜垫片和密封垫圈串接并夹紧，其特征在于：在其一端的端压板与对应的端极板之间设有复数个夹紧机构，所述夹紧机构由弹簧与预紧力调整结构组成；在所述端极板外侧，对应的拉杆上设有预紧螺母。本技术提高了水电解槽的防漏的性能，实现了用户能自行对水电解槽的维护与修理，降低了成本，也提高了使用寿命。但是该水电解槽在端压板和端极板之间设置了多个夹紧机构以替换传统的碟簧部件，在端极板外侧拉杆上设有预紧螺母，由此产生以下缺陷：
[0006]1)该种结构设计难以满足高压电解槽的结构稳定性，电解槽受限于端极板外侧的螺母的锁紧力，当螺母松动时夹紧机构才能发生调节作用；
[0007]2)在端极板和端压板之间设计夹紧机构，端极板通常连接电气，夹紧机构直接连接端极板和端压板，可能存在电气安全隐患。

技术实现思路

[0008]本技术的目的就是提供一种高压阴离子膜水电解槽，通过电解槽装置的弹簧缓冲设计以实现现有技术中高压水电解槽的长期高效和稳定运行。
[0009]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010]一种水电解槽，包括并列设置的第一端板与第三端板、移动设于第一端板与第三端板之间的第二端板、弹性连接于第一端板与第一端板之间的弹性缓冲组件，以及设于第二端板与第三端板之间的压滤式水电解槽；
[0011]所述的压滤式水电解槽包括多个堆叠设置的水电解槽单元；
[0012]所述的第二端板一侧设有环状凸台，所述的环状凸台上设有氢气出气孔，所述的环状凸台支撑于压滤式水电解槽顶侧，并与该顶侧合围形成氢气缓冲腔，所述的压滤式水电解槽上开设有连通氢气缓冲腔与多个水电解槽单元的氢气连通通道。
[0013]进一步地，所述的第一端板与第三端板之间通过拉杆相连接。
[0014]进一步地，所述的第二端板自由滑动于第一端板与第三端板之间。
[0015]进一步地，所述的第二端板边缘开设有供拉杆穿过的拉杆孔，所述的第二端板通过拉杆与拉杆孔自由滑动于第一端板与第三端板之间。
[0016]进一步地，所述的拉杆设有多个，并环状分布于第一端板与第三端板之间。
[0017]进一步地，所述的第一端板与第三端板之间设有4～10个拉杆。
[0018]进一步地，所述的弹性缓冲组件包括多个并列设于第一端板与第二端板之间的限位弹簧。
[0019]进一步地，所述的第一端板与第二端板上分别设有多个固定座；所述的限位弹簧两端分别固定于相应的固定座内。
[0020]进一步地，所述的水电解槽单元包括依次堆叠设置的阳极极板、多孔传输层、阳极催化层、阴离子交换膜、阴极催化层、多孔传输层、阴极极板。
[0021]进一步地，所述的阴极极板上开设有氢气连通孔，多个氢气连通孔相互连通构成氢气连通通道。
[0022]与现有技术相比，本技术具有以下特点：
[0023]1)阴离子交换膜作为电解质的水电解槽同时具备碱水电解槽和质子交换膜电解槽的特征，具有成本低、响应快、耗能少的优点。不同于传统碱水电解槽多孔隔膜，阴离子膜具有低的氢渗透性，可以实现高压结构的设计，然而差压式的高压电解槽对阴离子交换膜厚度和耐压性能有着过高要求，尤其是大尺寸的阴离子交换膜电解槽。本技术通过阴极氢气侧和阳极侧进液压力平衡设计，一方面可以降低氢气侧运行压力对阴离子交换膜破坏，另一方面，可以降低双极板厚度实现大尺寸电解槽轻量化。
[0024]2)本技术通过多组弹簧所构成的弹性缓冲组件受压缓冲，可以获取较大变形和较大的受力结构设计，同时，通过弹簧尺寸、形状、应力等调控，优化电解槽端板应力分布，避免了应力集中点出现，使材料疲劳小于允许的设计疲劳极限。电解槽内部氢气压力可达70MPa，在制加氢一体站中完全可以不使用机械式氢气压缩机而达到汽车加注氢气的压力。
[0025]3)本技术提供了一种简单、具有成本效益的高压电解槽结构，便于电解槽组件的组装，适合大批量生产。降低了电解槽复杂密封结构的成本，提高了经济性，保证恒定
的压紧力的同时，提升了高压电解槽的耐久性和可靠性。
[0026]4)本技术提供了一种三端压板结构的水电解槽，在第一端板和第二端板之间弹性缓冲组件，并通过去除限制第二端板位置的限位螺母，使得第二端板保持自由移动，可根据受力在弹性缓冲组件调节下能够自适应于电解槽内压力：当水电解槽工作时因热胀冷缩，或工作状态波动产生的压滤式水电解槽压力浮动，能够及时被弹性缓冲组件充分吸收，从而实现压滤式水电解槽工作压力的动态调节，使其保持高压下的稳定运行。
附图说明
[0027]图1为本技术中一种水电解槽的立体结构示意图；
[0028]图2为本技术中一种水电解槽的主视结构示意图；
[0029]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压阴离子膜水电解槽，其特征在于，包括并列设置的第一端板(102a)与第三端板(102c)、移动设于第一端板(102a)与第三端板(102c)之间的第二端板(102b)、弹性连接于第一端板(102a)与第一端板(102a)之间的弹性缓冲组件(107)，以及设于第二端板(102b)与第三端板(102c)之间的压滤式水电解槽(101)；所述的压滤式水电解槽(101)包括多个堆叠设置的水电解槽单元；所述的第二端板(102b)一侧设有环状凸台，所述的环状凸台上设有氢气出气孔(106)，所述的环状凸台支撑于压滤式水电解槽(101)顶侧，并与该顶侧合围形成氢气缓冲腔(104)，所述的压滤式水电解槽(101)上开设有连通氢气缓冲腔(104)与多个水电解槽单元的氢气连通通道(105)。2.根据权利要求1所述的高压阴离子膜水电解槽，其特征在于，所述的第一端板(102a)与第三端板(102c)之间通过拉杆(103)相连接。3.根据权利要求2所述的一种高压阴离子膜水电解槽，其特征在于，所述的第二端板(102b)自由滑动于第一端板(102a)与第三端板(102c)之间。4.根据权利要求3所述的高压阴离子膜水电解槽，其特征在于，所述的第二端板(102b)边缘开设有供拉杆(103...

【专利技术属性】
技术研发人员：王森，唐超杰，
申请(专利权)人：上海舜华新能源系统有限公司，
类型：新型
国别省市：