专利名称：一体化高压型水电解槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过电解质水溶液的电解，水分解成氢气和氧气的水电解技术，具体涉及一种一体化高压型水电解槽。
背景技术：
利用电能使某电解质溶液分解为其他物质的单元装置称为电解池，而电解池的组合称为电解槽；如果是电解水，水电解池的组合则称之为水电解槽。
法拉第电解定律指出电解时，在电极上析出物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比，也就是与通过溶液的电量成正比。由此，我们认定电解反应过程与压力无关，实践中，当气体产量(电解电流)恒定时，将压力系统的气体出口阀门关小(节流)，压力就有所上升；然而，尽管我们期望得到高压气体，还要将系统操作压力控制在一个低的水平，是因为现有装置承压能力不足。
目前，世界上主要应用(碱性)水电解槽，按压力分为二种，常压型(毫米水柱级)，压力型(小于4MPa)；要获得高压气体时，采用氢(氧)压缩机，多级压缩来提高气体压力。
据相关资料介绍，水电解制氢技术也存在20MPa的设计。其中CJB型是将圆形水电解池组置于一个圆形钢制压力容器内；另一种屈里惠尔型是单极性电解池，正极是镍筒，负极是镀镍的铜丝网，采用石棉隔膜布。上述均为特殊用途设计的小型装置，未见商品化推广。
此外，要形成连续生产氢(氧)气，除了水电解槽以外，还包括碱液循环、氢(氧)气分离、氢(氧)气纯化干燥、冷却、压缩、贮存等子系统；工艺流程配备许多设备，用管道、阀门进行连接组合，通过直流电源供电，控制系统自动控制系统的正常运行。
综上所述，中压系统是目前常用的工艺流程系统，其技术指标优于常压装置，由水电解槽、辅助设备、直流电源、控制系统等组成；1994年某单位生产的200标准立方规格中压装置获“中华之最”荣誉称号，目前最大规格为375标立，258个电解小室，额定电流6600A，直流电压260V，采用30％氢氧化钾水溶液，控制槽温80-90℃，压力1.6MPa。
发明内容
本发明目的是提供一种一体化的高压型水电解槽。无须增加额外能耗，仅通过气体出口节流操作，即可获得高压高纯的氢(氧)气体产品。
本发明具有承压、密封、运行安全可靠以及一体化的特点电解池组浸没在槽内碱液中，易于维持差压平衡和防止内泄漏，无气相逸出管路阻力；槽体、槽盖等为结构件，与其一体的列管(组)具有分离、洗涤、纯化、缓冲储罐等流程功能；双斜面自密封的设计保证可靠封闭和自密封，且解体方便。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是水电解槽由槽体、槽盖、列管组、夹铁型自密封圈、卡箍等组成，并可按需要扩展列管；在内置水电解池组、添加磁性翻板液面计、浮筒阀、脱氧(氢)功能附件，配管、配阀门后即成为一体化的高压型水电解槽。
槽体与槽盖均具有双斜面连接法兰，有可拆卸开口的矩形或(卧式)圆筒形结构形式。
矩形结构形式是槽体，可拆卸上开口方式为佳；与其相配的槽盖是平板结构件，有氢、氧隔离腔室以及均布的列管组。圆筒形结构形式是卧式槽体，可拆卸端口为佳，列管组与槽体成一体；与其相配的槽盖转化成端盖，可设轴向支撑用于敞开装配电解池组。从制造工艺出发，设置抱箍或结构组合有利于提高槽体或槽盖的承压能力。
可拆卸开口法兰的连接方法，一般是国标法兰连接，设计手册也给出了几种高压自密封方式；然而问题在于，大规格装置的法兰连接十分笨重，而手册给出的高压自密封方式主要是硬密封，很难保证加工质量。
本发明采用的双斜面法兰连接，具有软硬结合的自密封方式。相配的二片法兰合体后，内斜面为三角形空域，放入夹铁型自密封圈，然后装上卡箍，收紧端面螺栓组；此时，卡箍外卡法兰外斜面，内端面顶紧自密封圈。
由受力分析可知，当装置承受高压后，主分力转化成卡箍边的剪切力；而压力上升，自密封唇边张开，与内斜面贴力也提高，压力越高，密封效果将越好；还可以设置端面软密封带消除端边误差影响；端面螺栓受力分析仅为少量的端面推力。
上述技术方案实现的目标是①保证承压及密封能力，且易于解体维护；②便于电解池组装配，内部压力平衡，无氢氧混合(纯度达到国家标准)，无气相逸出管路阻力；③列管组便于功能附加安装和流程调整，实现一体化要求。
本发明装配过程第一步，将水电解池组装置入槽体内(或装在敞开的圆端盖轴向支撑上)；第二步，槽体与槽盖合体；第三步，置入自密封圈，上卡箍；第四步，安装功能附件，配管，装配完毕。
由于上述技术方案运用，本发明与现有(中压)技术相比，具有以下优点 1、内置电解池组浸没在电解液中，压力平衡，不易产生氢氧内泄漏； 2、转变电解池组(即中压电解槽压滤式多片组合结构)承压为内置，由槽体槽盖等结构件承受与环境压差，并由此一体化设计，无气相逸出管路阻力取消碱液强制循环系统； 3、双斜面自密封设计消除了水电解槽装配和解体困难； 4、氢气高压的输出对钢瓶充灌、液氢制取、石油高压裂解、氢能应用等均有积极意义； 5、副产氧气的高压输出利于回收氧气资源； 6、结构简单，成本低廉，易于自动化无人值守操作。
附图1一体化高压操作型水电解槽(矩形)主视图电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，槽盖[9]，列管(组)[10]，联轴器[11]，扩展列管(组)[12]，功能附件(此处为磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15] 附图2一体化高压操作型水电解槽(矩形)左视图电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，槽盖[9]，列管(组)[10]，联轴器[11]，扩展列管(组)[12]，功能附件(磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15] 附图3一体化高压操作型水电解槽(圆筒式)主视图电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，端盖[9]，列管(组)[10]，联轴器[11]，扩展列管(组)[12]，功能附件(磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15] 附图4一体化高压操作型水电解槽(圆筒式)左视图电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，列管(组)[10]，功能附件(磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15] 附图5自密封结构设计放大视图槽体[2]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，槽盖[9]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15]
具体实施例方式 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一参见附图1、附图2、附图5所示，它主要由电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，槽盖[9]，列管(组)[10]，联轴器[11]，扩展列管(组)[12]，功能附件(磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15]等组成。
本实施例中，所述的槽体[2]为上开口矩形结构件，可内置电解池组[1]，并由抱箍[3]增强承压能力；槽盖[9]为结构件，主体为平板，下有氢(氧)隔离气腔，上有均布列管；夹铁[7]外裹自密封带[6]构成有自密封唇边的自密封圈，置于二片相配法兰内斜面形成的三角形空域内；装上卡箍[4]，收紧螺栓组[5]，此时，卡箍[4]沿法兰外斜面[14]将槽体[2]和槽盖[9]卡紧，端面则顶紧软密封带[8]同时也压紧自密封带[6]，夹铁[7]。
实施例二参见附图3、附图4、附图5所示，它主要由电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，端盖[9]，列管(组)[10]，联轴器[11]，扩展列管(组)[12]，功能附件(磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15]等组成。
本实施例中，所述的端盖[9]为结构件，主体为圆平板，可装有轴向滑槽便于电解池组[1]敞开装配，槽体[2]为端面开口的卧式圆筒形结构件，由抱箍[3]增强承压能力，槽体[2]上有均布列管，内有氢(氧)隔离气腔；将端盖[9]以及电解池[1]推入槽体[2]；自密封带[6]覆在夹铁[7]成为具有唇边的自密封圈，置于二片相配法兰内斜面形成的三角形空域内；装上卡箍[4]，收紧螺栓组[5]，此时，卡箍[4]沿法兰外斜面[14]将槽体[2]和槽盖[9]卡紧，端面则顶紧软密封带[8]同时也压紧自密封带[6]，夹铁[7]。
权利要求
1、一体化的高压操作型水电解槽，它主要由电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，槽盖[9]，列管(组)[10]，联轴器[11]，扩展列管(组)[12]，功能附件(磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15]等组成。其特征在于具有槽体、槽盖结构件，法兰连接的内斜面形成三角形空域，与夹铁为骨架的自密封带的唇边形成自密封，当螺栓组收紧后，卡箍卡紧法兰外斜面，并承接自密封带的后退力；对(与槽体或槽盖一体的)列管组进行配管及流程功能分配，可分别用作分离、洗涤、纯化、缓冲储罐等流程功能一体化。
全文摘要
本发明公开一种一体化的高压型水电解槽，它主要由电解池组[1]，槽体[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓组[5]，自密封带[6]，夹铁[7]，软密封带[8]，槽(端)盖[9]，列管(组)[10]，联轴器[11]，扩展列管(组)[12]，功能附件(磁性翻板液面计)[13]，法兰外斜面[14]，法兰内斜面[15]等组成。其特征在于具有槽体、槽盖结构件，法兰连接的内斜面形成三角形空域，与夹铁为骨架的自密封带的唇边形成自密封，当螺栓组收紧后，卡箍卡紧法兰外斜面，并承接自密封带的后退力；对(与槽体或槽盖一体的)列管组进行配管及流程功能分配，可分别用作分离、洗涤、纯化、缓冲储罐等流程功能一体化。本发明具有同时提供高压高纯的氢气和氧气的能力，其高压能量对氢(氧)的储运，液氢制取、石油高压裂解等具有积极意义。
文档编号C25B1/12GK101302620SQ20071010433
公开日2008年11月12日 申请日期2007年5月8日 优先权日2007年5月8日
发明者原 高, 高洪山 申请人:原 高, 高洪山