一种快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备的制作方法
- 国知局
- 2024-07-27 11:46:17
本发明涉及电解水制氢,具体为一种快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备。
背景技术:
1、碱性电解槽作为一种制氢技术,可以通过电解水来产生氢气,而电解水制氢过程不产生直接的碳排放。这使得碱性电解槽成为一种可持续、低碳的氢气生产方式,与双碳目标相契合。通过在能源供应链中使用可再生能源(如太阳能、风能)来为碱性电解槽提供电力,可以进一步降低氢气生产的碳排放。因此,碱性电解槽在实现双碳目标中扮演着重要角色,可以为能源转型和碳减排做出贡献。碱性电解槽通常包括以下主要部件,
2、(1)电极:电极是阳极和阴极的组合,位于电解槽的内部。阳极和阴极与电解液接触,通过电解反应产生氢气和氧气。
3、(2)隔膜:隔膜位于阳极和阴极之间,用于隔离气体产生和防止电解液混合。分隔膜通常是离子选择性的,允许离子通过而阻止电解液的混合。
4、(3)端压板:端压板位于电解槽的两端,用于固定和封闭电解槽的结构。它们通过螺杆和螺母将电解槽的各部分紧密固定在一起。
5、(4)极框:极框是电解槽内部的框架结构,围绕着电解槽的周边。极框上通常有气路孔、液路孔、定位孔等用于连接其他部件和通道。
6、(5)垫片:垫片位于极框和电极之间,起到填充和密封作用,防止电解液泄漏。垫片通常由耐腐蚀材料制成。
7、(6)螺杆和螺母:螺杆和螺母用于将电解槽的各部分紧密固定在一起。它们通过施加适当的压力,保持端压板的紧密连接,确保装置的稳定性和密封性。
8、(7)蝶簧:蝶簧通常用于调节和维持电解槽内部的压力、间隙或紧密度。蝶簧在电解槽的装配过程中起到重要的作用,有助于确保装置的稳定性和正常运行。
9、随着国家大力推广可再生能源制氢工程,行业对于碱性电解槽的需求愈加旺盛,也进一步推动了碱性电解槽向着更大规模发展的趋势。目前主要通过增加电解面积和小室数量来提高单台电解槽的产氢规模,其弊端是电解槽的体积和重量不断提高,对于长期运行条件下电解槽的结构安全带来了显著的风险。以1000nm3/h产氢规模的电解槽为例,电解槽电极直径已达2米以上,电解槽长度已达5米以上,整体重量接近50吨。数百片金属制电极板之间没有任何铆接和咬合结构,完全螺杆螺栓的横向拉紧作用实现物理贴合。长时间运行(比如数年或十几年)后,电解槽体中部区域有下沉趋势。通过提高螺栓拉紧压力可以在一定程度上增加电极板之间的贴合力,但同时会大幅度缩减垫片的寿命,造成垫片密封性能下降,严重时将导致电解槽内部碱液漏液引发安全事故。为降低该风险,可以通过增加外部的支撑结构来缓解电解槽中部槽体下沉的问题。例如,cn214830709u公开了一种大型水电解槽底部整体支撑,该发明通过支撑柱板的支撑作用来降低因电解槽挤压中部区域而导致中部区域下陷的概率。但是,支撑柱只是从外部对于电解槽的极板施加反作用力,并且只作用于局部某些极板,并不能从根本上解决因产氢规模变大引发的电解槽中部下沉的问题。为此本技术现提出一种快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足,本发明提供了一种快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,具备快速高效制氢、规模扩展灵活、结构稳定、安全性增强、提高生产效率的优点,解决了现有制氢技术存在效率低、安全性低的问题。
2、为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,包括碱性水电解设备、拉杆,所述碱性水电解设备的一端设置有正极端压板,所述碱性水电解设备的另一端设置有负极端压板,所述正极端压板的左端与负极端压板相向的一侧均固定安装有蝶簧,所述正极端压板靠近蝶簧的一侧固定安装有螺栓,所述螺栓的外部开设有螺母,所述正极端压板和负极端压板之间设置有交替排列的双极板组件,极框和垫片。
3、所述极框上开设有液路孔、气路孔、铆钉孔、定位孔,所述极框上开设的铆钉孔内部设置有铆钉,所述铆钉包含铆钉头、铆钉轴。
4、进一步的,所述双极板组件设置在极框的内部,包括依次排列的阳极、极板、阴极、隔膜。
5、所述极框属于金属材质且具有导电性,所述阳极和阴极表面含有有助于析氧和析氢反应的催化剂材料。
6、所述液路孔设置在极框的下部,所述气路孔设置在极框的上部。
7、所述极框上开设有至少两个铆钉孔。
8、进一步的,所述上部的气路孔用于将电解槽水电解产生的氢气和氧气导入至下游的气液分离装置,下部的液路孔用于向电解槽内部补充碱液,所述定位孔用于在电解槽装配时对齐各个极板和垫片的位置,所述铆钉孔用于安插铆钉。
9、进一步的,所述铆钉的装配与电解槽的阳极、极板、阴极、隔膜的装配同步进行,安装好所有的阳极、极板、阴极、隔膜、正极端压板和负极端压板之后,通过施压装置确定最终电解槽的拉紧程度并安装蝶簧和螺母。电解槽整体装配完成后,将电解槽调整为卧式状态。
10、进一步的,所述电解槽在装配过程中呈立式的状态,正极端压板位于最底端,并按照垫片-双极板组件-隔膜顺序和方式依次叠加放置垫片、双极板组件和隔膜。
11、进一步的,所述铆钉孔的位置和数量根据电解槽的尺寸、极板数量,槽体重量做相应的调整,所述铆钉的尺寸和数量也相应的随之调整。
12、进一步的,对于小室数量在300-400个之间的碱性电解槽,采用铆钉安插结构固定铆钉,并使铆钉形成贯穿电解槽槽体的铆钉结构线。
13、进一步的,当电解槽的小室数超过400个或者电极直径大于2米时,相应增加铆钉孔的数量以及铆钉的直径。
14、进一步的,所述铆钉孔的数量根据电解槽的小室数量增加至8-10个,铆钉孔的分布按极板圆心为中心点呈对称式分布。单个铆钉贯穿极框的数量根据电解槽的小室数量降至3-4层。
15、进一步的,所述拉杆穿过两侧正极端压板和负极端压板上的圆孔,所述拉杆在蝶簧、螺母的作用力下挤压阳极、极板、垫片,起到固定贴合正极端压板与双极板组件或固定贴合负极端压板与双极板组件的作用。
16、进一步的,所述极框和垫片在对应气路孔、液路孔、定位孔和铆钉孔的位置处按照对应孔的尺寸进行镂空处理。
17、与现有技术相比,本发明提供了一种快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,具备以下有益效果:
18、1、该快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,引入了绝缘铆钉作为装备组件的固定和支撑元素,相较于传统只依靠螺栓螺母连接方式,绝缘铆钉不仅可以提供更好的稳定性,还能够减少电解槽在长时间运行后的结构下沉问题,这一改进点有助于保持装备的稳定性和长寿命。
19、2、该快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,本发明的装备允许快速扩展制氢规模,通过增加小室数量,实现单台装备的制氢产能的大幅提升。
20、3、该快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,绝缘铆钉的使用和组装优化有助于提高电解槽的安全性,减少碱液漏液引发的潜在安全风险。可以实现快速高效的水电解制氢过程,绝缘铆钉的应用和优化的装配过程确保了装备的稳定性,从而提高了制氢效率,通过快速扩展装备中的小室数量,可以迅速增加制氢产量,满足不断增长的需求。
21、4、该快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,绝缘铆钉的引入和装配过程的优化确保了装备在长时间运行中的稳定性。装备的组件固定牢固,减少了因长时间运行引起的结构下沉问题,延长了装备的使用寿命。绝缘铆钉的应用和装配优化不仅提高了装备的稳定性,还减少了碱液漏液引发的潜在安全风险。这有助于保障装备的运行安全,降低操作风险。
22、5、该快速高效安全扩展制氢规模的碱性水电解设备,高效的制氢过程和快速规模扩展能力,使得生产效率得到显著提升,生产商可以更迅速地满足市场需求,增加产值和盈利。
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