一種高壓力水電解制氫電解槽制造技術

本發明專利技術涉及一種高壓力水電解制氫電解槽，包括正極端板和負極端板，正極端板和負極端板之間間隔交錯排布有扁平圓柱形的組合密封墊和極板框組件，并保持平行，螺桿穿過正極端板和負極端板將組合密封墊和極板框組件緊固，組合密封墊兩圓柱端面上分別設有呈圓形并且偏向圓心的密封唇，所述的極板框組件的兩圓柱端面上分別設有一呈圓形的高壓密封槽，組合密封墊的密封唇嵌在極板框組件的高壓密封槽中，這種高壓力水電解制氫電解槽，結構簡單、安裝方便，采用三元乙丙橡膠墊極大的降低了橡膠墊成本，可以反復使用。在高壓力狀態下，不僅可以滿足高壓氫、氧氣的直接輸送，減少氣體加壓環節，而且內部壓力的提高，對電解槽的工作效率有很大的降低。

【技術實現步驟摘要】
一種高壓力水電解制氫電解槽
本專利技術涉及水電解制氫設備，特別涉及一種高壓力水電解制氫電解槽。技術背景眾所周知，提高水電解制氫過程的工作壓力，是提高電解效率的一種比較經濟、有效的途徑之一。傳統的水電解制氫水電解槽的工作壓力一般采用0.1MPa～1.6MPa之間，為提高電解效率當今國內外的水電解制氫行業，有的將工作壓力提高3.0MPa～3.5MPa，最高不會超過3.5MPa，高于3.5MPa高壓運行的電解槽，則電解槽的密封安全矛盾將進一步突出，成為制約的瓶頸技術。由于氫氣的體積能量密度很低，氫氣在工業各個領域實際應用，都需經過加壓在高的體積密度下進行儲存和運輸，要增加相應的設備和運行成本。隨著國內外科技進步，新技術、新工藝、新設備不斷發展，氫的應用范圍也有了新的拓展，有些化工行業希望提供壓力>3.5MPa氫氣源連接供氣，作為化工作業過程的優質還原劑或原料氣，在這樣背景情況下，>3.5MPa工作壓力的高壓力水電解槽的密封技術的開發試驗研究工作，引起更加的關注。現有技術的水電解制氫電解槽的密封方法，通常都采用耐堿性較好的聚四氟橡膠或三元乙丙橡膠制作的平板型密封墊，通過螺桿的緊固力，將設立密封墊兩側的極板框壓緊，實現其兩個相鄰端面之間的密封。如果需要提高電解槽工作壓力進行密封，傳統的途徑是進一步加大對密封件的壓緊力，來提高其密封效果，但這種現有密封技術存在著有以下不足：<1>依靠增大壓緊力來提高密封效果，勢必隨伴引起橡膠密封材料的壓縮變形量加大，減少了工作條件下回彈量，過大的壓緊力和初期壓縮形變量，往往引起橡膠密封件的早期失效。<2>平板型橡膠密封件在壓緊狀態下服役過程中，都會產生壓縮蠕變收縮變形，壓緊力越大，會引起蠕變形變亮加大和蠕變速度加快，往往采用增加碟簧數量進行補縮，放松馳也難以奏效。
技術實現思路
本專利技術的目的是：針對現有水電解制氫電解槽的密封技術的不足，為了適應當今化工行業市場開拓和今后發展的潛在市場對高壓制氫、直接供氣的需求，通過改進現有電解槽密封件的密封結構，來提高在高的工作壓力下的密封效果，以滿足>3.5MPa工作壓力的高壓力水電解制氫電解槽密封要求，進而可以提高電解效率。本專利技術的技術方案是：一種高壓力水電解制氫電解槽，包括分別位于兩端相對而設的扁平圓柱形的正極端板和負極端板，正極端板和負極端板之間間隔交錯排布有扁平圓柱形的組合密封墊和極板框組件，并保持平行，螺桿穿過正極端板和負極端板將組合密封墊和極板框組件緊固，所述的組合密封墊兩圓柱端面上分別設有呈圓形并且偏向圓心的密封唇，所述的極板框組件的兩圓柱端面上分別設有一呈圓形的高壓密封槽，組合密封墊的密封唇嵌在極板框組件的高壓密封槽中。所述的組合密封件由環狀的橡膠密封墊和位于其環內的圓形隔膜石棉布組合而成，隔膜石棉布的邊緣與橡膠密封墊的環內邊緣通過硫化熱壓工藝形成一體。所述的環狀的橡膠密封墊的兩端面上分別設置有一圈偏向橡膠密封墊環心的密封唇，兩圈密封唇內側與橡膠密封墊間形成兩個對稱的袋狀氣室。所述的密封唇的截面由垂直于橡膠密封墊的橫段、接在橫段外端的斜段以及接在斜段的回鉤段組成，橫段與斜段的夾角a為95°～145°，斜段與回鉤段的夾角b為80°～130°，橫段、斜段、回鉤段與橡膠密封墊圍成袋狀氣室，所述的袋狀氣室的室壁為平滑的曲線，其走勢為由回鉤段端部向橫段內側，并且以15°～55°的偏向角逐漸偏向斜段內側。極板框組件由環狀的極板框和位于其環內的圓形極板經焊接組合而成，極板框的兩端面上對應于密封唇的位置設有一圈高壓密封槽，密封唇嵌于高壓密封槽中且留有活動間隙；所述的正極端板和負極端板相對的內側面上，也分別設有一圈用于嵌裝密封唇的高壓密封槽。所述的螺桿的兩端設有擰緊部件，該擰緊部件由內向外依次包括絕緣套、平墊圈、碟簧和螺母，絕緣套緊貼在正極端板或負極端板外圓面，正極端板和負極端板之間螺桿部分由絕緣導管套住。本專利技術的有益效果：<1>本專利技術采用在橡膠墊上設置的高壓密封環結構，它具有高壓氣體自緊密封功能，當電解槽工作壓力提高，槽內氣體進入高壓密封環內袋狀氣室，使兩側密封唇向外擴張，同時使密封唇外側的密封面緊貼與極板框高壓密封槽的相應密封面上，且隨壓力增大兩個密封面壓貼程度越緊，密封效果增強。這樣結構無需單純依靠外力緊固來提高密封性，由此可以滿足工作壓力>3.5MPa至10MPa的高壓水電解制氫電解槽的密封要求。<2>采用高壓密封環結構的橡膠密封墊，不必采用過高的壓緊力下服役，這樣不但可以延長橡膠密封墊的使用壽命，同時也可以簡化緊固防松馳結構裝置。<3>新的密封結構在提高電解槽工作壓力同時也相應提高了電解效率。<4>可以適應和滿足3.5MPa～10MPa工作壓力下水電解制氫電解槽的密封，可以滿足某些新興化工產生的高壓制氫直接供氣的需求，降低高壓儲存和高壓運輸環節而產生的能耗和運行成本，相應創造了社會效益。附圖說明圖1是本專利技術總體結構示意圖。圖2是圖1的A部位放大示意圖。圖3是組合密封墊正面結構示意圖。圖4是圖3A-A剖面示意圖。圖5是圖4中C部位放大示意圖。圖6是極板框組件正面結構示意圖。圖7是圖6B-B剖面示意圖。圖8是圖7的D部位放大示意圖。附圖標記說明：1、螺母；2、螺桿；3、碟簧；4、負極端板；5、絕緣導管；6、正極端板；7、絕緣套；8、平墊圈；9組合密封墊；10、極板框組件；11、橡膠密封墊；12、隔膜石棉布；13、極板框；14、極板；15、密封唇；16、高壓密封槽；17、袋狀氣室；18、橫段；19、斜段；20、回鉤段。下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。具體實施方式實施例1：本實施例提供一種高壓力水電解制氫電解槽，結合圖1和圖2，包括分別位于兩端相對而設的扁平圓柱形的正極端板6和負極端板4，正極端板6和負極端板4之間間隔交錯排布有扁平圓柱形的組合密封墊9和極板框組件10，并保持平行，螺桿2穿過正極端板6和負極端板4將組合密封墊9和極板框組件10緊固，所述的組合密封墊9兩圓柱端面上分別設有呈圓形并且偏向圓心的密封唇15，所述的極板框組件10的兩圓柱端面上分別設有一呈圓形的高壓密封槽16，組合密封墊9的密封唇15嵌在極板框組件10的高壓密封槽16中。通過螺桿2的作用，使得組合密封墊9和極板框組件10緊密貼合排布，這樣就形成本實施例的這種高壓水電解制氫電解槽，隨著電解槽內部壓力的增加，壓力會作用到組合密封墊9上，此時，結構中的密封唇15便開始起作用，壓力增大，密封唇15受壓后張開，這樣密封唇15會更加地貼緊高壓密封槽16，使得兩者之間的密封效果更好，進而組合密封墊9和極板框組件10之間的密封效果便會更好，并且在這種情況下，隨著壓力的不斷增大，一定程度范圍內，其密封效果也會越來越好，相比于傳統電解槽能滿足的產氣壓力最大為3.2MPa，本實施例的這種結構下的電解槽，將能適應更大的壓力范圍，至少可承受8MPa的內部壓力，實現高壓下水電解制氫。實施例2：組合密封件9由環狀的橡膠密封墊11和位于其環內的圓形隔膜石棉布12組合而成，隔膜石棉布12的邊緣與橡膠密封墊11的環內邊緣通過硫化熱壓工藝形成一體，橡膠密封墊11為三元乙丙橡膠，隔膜石棉布12為專門本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高壓力水電解制氫電解槽，包括分別位于兩端相對而設的扁平圓柱形的正極端板（6）和負極端板（4），正極端板（6）和負極端板（4）之間間隔交錯排布有扁平圓柱形的組合密封墊（9）和極板框組件（10），并保持平行，螺桿（2）穿過正極端板（6）和負極端板（4）將組合密封墊（9）和極板框組件（10）緊固，其特征在于：所述的組合密封墊（9）兩圓柱端面上分別設有呈圓形并且偏向圓心的密封唇（15），所述的極板框組件（10）的兩圓柱端面上分別設有一呈圓形的高壓密封槽（16），組合密封墊（9）的密封唇（15）嵌在極板框組件（10）的高壓密封槽（16）中。

【技術特征摘要】
1.一種高壓力水電解制氫電解槽，包括分別位于兩端相對而設的扁平圓柱形的正極端板（6）和負極端板（4），正極端板（6）和負極端板（4）之間間隔交錯排布有扁平圓柱形的組合密封墊（9）和極板框組件（10），并保持平行，螺桿（2）穿過正極端板（6）和負極端板（4）將組合密封墊（9）和極板框組件（10）緊固，其特征在于：所述的組合密封墊（9）兩圓柱端面上分別設有呈圓形并且偏向圓心的密封唇（15），所述的極板框組件（10）的兩圓柱端面上分別設有一呈圓形的高壓密封槽（16），組合密封墊（9）的密封唇（15）嵌在極板框組件（10）的高壓密封槽（16）中；所述的組合密封件（9）由環狀的橡膠密封墊（11）和位于其環內的圓形隔膜石棉布（12）組合而成，隔膜石棉布（12）的邊緣與橡膠密封墊（11）的環內邊緣通過硫化熱壓工藝形成一體；所述的極板框組件（10）由環狀的極板框（13）和位于其環內的圓形極板（14）經焊接組合而成，極板框（13）的兩端面上對應于密封唇（15）的位置設有一圈高壓密封槽（16），密封唇（15）嵌于高壓密封槽（16）中且留有活動間隙；所述的正極端板（6）和負極端板（4）相對的內側面上，也分別設有一圈用于嵌裝密封唇（15...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何興用，王彥東，楊炎，
申請(專利權)人：陜西華秦新能源科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61