【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水电解制氢装备领域，尤其涉及一种运动应力耐高压密封圈及电解水制高压氢氧的电解槽。
技术介绍
1、我国大功率中压型碱性制氢装备的工作压力一般为1.6mpa；国外设备主要依旧是常压状态居多，通过多组并联形式提高装机规模。氢气逐步由化学品归属于能源，全球氢气主要用于化工产品加氢，一般加氢压力较高，故市场对于水电解制氢装备特别是大功率碱性水电解制氢装备运行压力提出了较高要求。
2、尽管我国压力型设备相比国外有了较大的进步，常规压力型设备特别是较大型设备一般运行压力均不大于1.6mpa，电解槽一般采用压滤式结构，密封系统为平垫片密封，通过在极板框边缘开设密封水线和改性密封垫材料性能来保障整个电解槽密封性，但一般电解槽直径特别大，最大直径超过2m，且密封垫除具备密封性能外还需具备绝缘性能，故只能通过绝缘密封材料一次次改性提升性能，密封系统难以突破上限需求，特别是大型设备难以在较高压力下运行，且电解槽长期使用存在下垂挠度问题，密封垫是一次性产品，维修成本高且难度大，从而在与其它制氢路线相比时竞争力欠缺。
3、密封是水电解制氢电解槽最重要的问题，密封系统能否长久稳定运行是决定电解槽能否正常稳定运行的前提，水电解制氢电解槽压滤式结构特性致使电解槽有数百个密封，一处密封故障都会导致整台设备停机，直接影响的水电解制氢设备运行安全性，也是影响水电解制氢电解槽装备超大型化发展的障碍。
4、在此基础上，公告号为“cn115287689b”的中国专利技术专利方案中记载一种唇形密封圈及电解槽密封结构，唇形密封圈
5、又如公告号为公开号为“cn116676609a”的中国专利技术专利方案中记载的一种高压质子膜电解制氢装置，包括外圈给电体、双极板和抗压膜电极组件，还包括的高压密封结构，高压密封结构分别置于相邻两双极板的上、下端部，双极板的上下端分别设有边缘结构，两双极板对应侧的边缘结构相互配合形成径向抱紧力，高压密封结构为密封垫圈内部嵌入环形的钢圈，以在两侧受预应高压挤压力后保持水平方向刚性支撑。同样地，此方案中要求两双极板对应侧的边缘结构相互配合形成径向抱紧力，具体是通过扇形锯齿或齿状折边，对应侧两边缘结构相互紧密咬合来实现，如此也会使极板的结构更为复杂。
6、此外，目前，常见的水电解制氢装置有碱性水电解槽（awe）、聚合物电解质膜水电解槽（也称质子交换膜水电解，pemwe）、阴离子交换膜电解槽（aemwe）。
7、awe主要面临的问题有：1.电解过程中需要高浓度碱液，其一方面电流密度小；另一方面高浓度碱液的后续处理较难。2.在阴阳极之间采用隔膜分离将电解产生的氢气及氧气分离，其一方面隔膜不能完全阻止气体在阴极和阳极之间的渗透，降低电解槽的效率；另一方面，隔膜不能承受高压，需要对电解产生的气体再次通过压缩机进行加压后储存及应用。
8、为了解决awe存在的上述问题，pemwe解决了awe存在的上述问题，实现了更高的电流密度、更高的压力下运行。虽然燃料电池与氢能联合体（fch ju）近年来在欧洲资助了较多的pemwe示范项目，但pemwe仍面临大幅度降低成本和进一步提高寿命的要求。其存在的主要问题有：1.其oer（析氧反应）的反应机理和催化活性点位缺乏明确和统一的理解，造成催化剂的合理设计受到严重限制，稳定性不足；过度依赖贵金属铱/钌；2.质子膜对极化损耗极大，影响pemwe的整体性能。
9、为了解决awe及pemwe面临的高成本问题，目前大多数的研究集中在阴离子交换膜水电解（aem）技术，对于aemwe系统的研究还停留在实验室范围，主要集中在开发电催化剂、膜等工作上，以期待在重要的材料（催化剂、膜和离聚物）以及合适的条件（电解质、操作温度）下获得最低的电压，以实现高效、低成本和稳定的aemwe设备。aemwe存在的主要问题有：1.电解质膜的导电性较低，造成制氢能量效率低；2.aemwe虽然采用非贵金属催化剂来降低成本，但其质量及比活性相对较低，导致欧姆电阻损失增大。
10、整体而言，awe面临的隔膜不能完全阻止气体在阴极和阳极之间的渗透，无法承受高压以及pemwe和aemwe 面临的电解槽结构复杂成本高的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的第一目的在于提供一种运动应力耐高压密封圈，该密封圈在两侧受压时能够产生应力径向向内的运动形变，达到自锁效果，实现高压密封。
2、为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：
3、运动应力耐高压密封圈，包括环向封闭的密封环，所述密封环的环体内部注塑有刚性环形构件；其特征在于：所述密封环的两侧端面上形成有向外凸出的凸环，两侧的凸环对称设置于刚性环形构件内端面两侧且沿密封环周向封闭；所述密封环两侧端面同时向内受压，凸环受压后与密封环两侧面齐平状态时，密封环在所述刚性环形构件的径向内侧形变并产生径向向内的运动应力。
4、该技术方案涉及一种运动应力耐高压密封圈，该运动应力耐高压密封圈的密封环内部注塑有刚性环形构件，刚性环形构件一方面增大了密封圈的整体刚性强度，另一方面是作为密封圈的运动应力产生的关键要素之一。具体来说，本方案在密封环的两侧端面上基本对称设置有凸环，且凸环基本位于刚性环形构件内端面两侧；凸环作为密封环的一部分，为可以被挤压变形的材料。在密封环两侧端面同时向内受压且要求压力达到两侧凸环被压至与两侧端面齐平时，依据牛顿第二运动定律，刚性环形构件径向内侧的密封环被压拢而产生形变，该变形被测试得知为如下：刚性环形构件的内端面的密封环被向下拱起，从而在刚性环形构件的下端形成了空腔，如此产生了径向向内的运动应力。
5、上述运动应力耐高压密封圈在使用时，如使用到下文记载的电解槽中，当密封圈受到径向向外的力时，上述运动应力可以对抗该外力。具体来说，当密封圈受到径向向外的压力后变形，导致空腔先消失，在空腔消失后会使两侧凸环复位，而两侧的挤压力f会阻碍密封圈恢复到未受压状态，径向压力越大，凸环向外恢复时施加在极板上的接触应力越大；即外力对于密封圈的径向向外作用力驱使所述拱形腔被挤压时，由于刚性环形构件的设置而会使该外力对于密封圈的变形推向两侧，从而使密封圈与其两侧部件更为贴合。基于上述方案，通过这种轴向力和径向力的对抗，达到自锁效果，实现高压密封。此方案不用特意修改密封圈的两侧的极板结构，在简化结构的基础上提升密封性能。
6、此方案中，密本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.运动应力耐高压密封圈，包括环向封闭的密封环（41），所述密封环（41）的环体内部注塑有刚性环形构件（42）；其特征在于：所述密封环（41）两侧的端面上形成有向外凸出的凸环（43），两侧的凸环（43）对称设置于刚性环形构件（42）轴向内端面两侧且沿密封环（41）周向封闭；所述密封环（41）两侧端面同时向内受压，凸环（43）受压后与密封环（41）两侧面齐平状态时，密封环（41）在所述刚性环形构件（42）的径向内侧形变并产生径向向内的运动应力。
2.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述凸环（43）包括处于中部最突出位置的凸缘部（431），以及处于径向外边缘的外缘部（432），以及处于径向内边缘的内缘部（433）；从所述凸缘部（431）向径向外侧至外缘部（432）形成有外环形面（434），凸缘部（431）向径向内侧至内缘部（433）形成有内环形面（435），外环形面（434）的斜度α大于内环形面（435）的斜度β，且外环形面（434）的长度L1小于内环形面（435）的长度L2。
3.根据权利要求2所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所
4.根据权利要求2所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）内的刚性环形构件（42）内径面处于凸环（43）的外缘部（432）至凸缘部（431）之间。
5.根据权利要求4所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）内的刚性环形构件（42）内径面与凸缘部（431）齐平处于同一直线上。
6.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）的硬度在70-95°之间。
7.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述刚性环形构件（42）作为镶件注塑成型在密封环（41）的环体内部的内腔中。
8.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）两侧的端面上分别设置有内定位环（44）和外定位环（45）；所述内定位环（44）和外定位环（45）均处于凸环（43）径向外侧的密封环（41）上。
9.根据权利要求8所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述内定位环（44）和外定位环（45）的半径不等。
10.电解水制高压氢氧的电解槽，其特征在于：包括权利要求1～9中任一项所述的运动应力耐高压密封圈。
11.根据权利要求10所述的一种电解水制高压氢氧的电解槽，其特征在于：包括两块端板（1），以及分别设置于两块端板（1）内侧的两块通电极板（2），以及布置于两块通电极板（2）之间的双极板（3），以及在通电极板（2）与其临近的双极板（3）之间或相邻两块双极板（3）之间的密封圈（4）、隔膜（5）和两组介质进出组件；所述密封圈（4）被密封紧压在通电极板（2）与双极板（3）之间或相邻两块双极板（3）之间并围合形成高压气腔（6）；所述隔膜（5）被两组介质进出组件夹设布置于密封圈（4）径向内侧的高压气腔（6）中；以隔膜（5）为界，两侧高压气腔（6）分别为生成氢气的第一腔室（61）和生成氧气的第二腔室（62）；所述通电极板（2）与双极板（3）或相邻两块双极板（3）向内挤压所述密封环（41）且凸环（43）受压后与密封环（41）两侧面齐平状态时，密封环（41）径向内侧壁面与两组介质进出组件相密封。
12.根据权利要求11所述的一种电解水制高压氢氧的电解槽，其特征在于：所述密封环（41）两侧的端面上分别设置有内定位环（44）和外定位环（45）；所述内定位环（44）和外定位环（45）均处于凸环（43）径向外侧的密封环（41）上；所述通电极板（2）与双极板（3）上或相邻两块双极板（3）上分别构建有与内定位环（44）和外定位环（45）相适配的第一定位槽（31）。
13.根据权利要求11所述的一种电解水制高压氢氧的电解槽，其特征在于：所述密封圈（4）的内环形面（435）的外侧边缘和外环形面（434）的内侧边缘重合构成所述凸缘部（431）；通电极板（2）与双极板（3）上或相邻两块双极板（3）上分别构建有与所述凸缘部（431）对应的第二定位槽（32）。
14.根据权利要求11所述的一种电解水制高压氢氧的电解槽，其特征在于：所述介质进出组件包括布液板（7），以及贴合设置于布液板（7）外侧的环形密封垫（8）；所述环形密封垫（8）、通电极板（2）和双极板（3）上均构建有进液通孔（81）和出气通...
【技术特征摘要】
1.运动应力耐高压密封圈，包括环向封闭的密封环（41），所述密封环（41）的环体内部注塑有刚性环形构件（42）；其特征在于：所述密封环（41）两侧的端面上形成有向外凸出的凸环（43），两侧的凸环（43）对称设置于刚性环形构件（42）轴向内端面两侧且沿密封环（41）周向封闭；所述密封环（41）两侧端面同时向内受压，凸环（43）受压后与密封环（41）两侧面齐平状态时，密封环（41）在所述刚性环形构件（42）的径向内侧形变并产生径向向内的运动应力。
2.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述凸环（43）包括处于中部最突出位置的凸缘部（431），以及处于径向外边缘的外缘部（432），以及处于径向内边缘的内缘部（433）；从所述凸缘部（431）向径向外侧至外缘部（432）形成有外环形面（434），凸缘部（431）向径向内侧至内缘部（433）形成有内环形面（435），外环形面（434）的斜度α大于内环形面（435）的斜度β，且外环形面（434）的长度l1小于内环形面（435）的长度l2。
3.根据权利要求2所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述内环形面（435）的外侧边缘和外环形面（434）的内侧边缘重合构成所述凸缘部（431）；或者是内环形面（435）的外侧边缘和外环形面（434）的内侧边缘通过连接面相连，连接面构成所述凸缘部（431）。
4.根据权利要求2所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）内的刚性环形构件（42）内径面处于凸环（43）的外缘部（432）至凸缘部（431）之间。
5.根据权利要求4所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）内的刚性环形构件（42）内径面与凸缘部（431）齐平处于同一直线上。
6.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）的硬度在70-95°之间。
7.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述刚性环形构件（42）作为镶件注塑成型在密封环（41）的环体内部的内腔中。
8.根据权利要求1所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述密封环（41）两侧的端面上分别设置有内定位环（44）和外定位环（45）；所述内定位环（44）和外定位环（45）均处于凸环（43）径向外侧的密封环（41）上。
9.根据权利要求8所述的运动应力耐高压密封圈，其特征在于：所述内定位环（44）和外定位环（45）的半径不等。
10.电解水制高压氢氧的电解槽，其特征在于：包括权利要求1～9中任一项所述的运动应力耐高压密封圈。
11.根据权利要求10所述的一种电解水制高压氢氧的电解槽，其特征在于：包括两块端板（1），以及分别设置于两块端板（1）内侧的两块通电极板（2），以及布置于两块通电极板（2）之间的双极板（3），以及在通电极板（2）与其临近的双极板（3）之间或相邻两块双极板（3）之间的密封圈（4）、隔膜（5）和两组介质进出组件；所述密封圈（4）被密封紧压在通电极板（2...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡明明，马建华，宫地浩，韩曙光，洪骏，潘正国，朱霖毅，
申请(专利权)人：无锡德林海零碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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