一种电解槽单元及系统的制作方法

1.本实用新型属于制氢电解槽技术领域，涉及一种电解槽单元及系统。


背景技术：

2.当前，氢能产业链火热发展，由此也带动了制氢环节的快速成长；而双碳目标的提出使“绿氢”成为减碳脱碳的重要途径。其中，电解水制氢是重要的制取绿氢的方法，电解水制氢规模的提升，也使电解槽市场迅速增长。
3.绿氢在制造成本上居高不下的主要原因是电价和电解水制氢系统，电解槽作为可再生能源大规模制氢的关键装备，在制氢系统总成本中的占比近50％。因此，以电解槽为代表的氢能设备，对于制氢成本的降低起着关键性的作用。
4.电解水制氢，是指在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，其原理是，在阴极水分子被分解为h
+
和oh-，h
+
得到电子生成氢原子，并进一步生成氢分子(h2)；oh-则在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜，到达阳极，在阳极失去电子生成一个水分子和氧分子，整个过程可实现零排放。
5.目前的电解槽发展速度还较为迟缓，之前的电解槽都属于中小型化且基本都在室内，如航天制氢、潜艇制氧、核电或火电机组冷却制氢，用量比较少。但是，现在应用于绿色能源达到吨级，成百千倍增。目前的电解槽都是单台设备，单台设备会按照压力容器规范进行测试，符合要求才能出厂，由于电压不能无限制调高，电极板数量就限制在一定数量以内，为了扩大产能只能将多台设备联用，多台设备在一起使用时需要进行内部协调，各台设备之间还要协调好液体和气体管路。因此，极大的限制了产能的扩大。


技术实现要素：

6.根据以上现有技术的不足，本实用新型提供一种电解槽单元及系统，通过对结构的升级改造，采用串并联结合的方式，实现了多台设备合理布局和使用，相对于单纯的多台设备更加便携也更安全，极大的扩充了产能。
7.本实用新型所述的一种电解槽单元，包括：
8.压力容器外壳单元，具有容纳电解槽本体的封闭空间；
9.电解槽本体，具有两个，两个电解槽本体沿轴向依次位于压力容器外壳单元内，且两个电解槽本体于电路上并联分布或分别接一外部电源。
10.作为优选方案，所述电解槽单元主要有以下两种实现方式，但不局限于此：
11.所述电解槽单元的第一种实现方式，所述压力容器外壳单元包括壳体a以及壳体a两侧分别通过第一法兰连接的端盖，两个所述电解槽本体中位于内侧的端板通过碟簧间隙设置；
12.两个所述电解槽本体中位于内侧的端板均通过金属接线板电连接外部电源正极，两个所述电解槽本体中位于外侧的端板均通过金属接线板电连接外部电源负极；
13.位于碟簧位置处的壳体a顶部分别开设氧气出口和氢气出口，底部分别开设电解
液进口和电解液出口；两个所述电解槽本体中位于内侧的端板上均设置有电解液进口且通过管道连接至壳体a上的电解液进口、均设置有电解液出口且通过管道连接至壳体a上的电解液出口、均设置有氧气出口且通过管道连接至壳体a上的氧气出口、均设置有氢气出口且通过管道连接至壳体a上的氢气出口。
14.更进一步的，该电解槽单元还包括连接组件，其用于将电解槽本体固定于压力容器外壳单元内；所述连接组件也可以有两种实现形式，但不局限于此。第一种，所述连接组件设置有两个，分别与两个所述电解槽本体中位于外侧的端板相配合；所述连接组件包括勾圈、第二法兰和可调螺杆，所述勾圈焊接于相邻的壳体a的开口端面上，所述第二法兰具有一环状凹槽且与勾圈的勾头相互配合，所述第二法兰沿周向设置有若干个螺纹孔，每个螺纹孔内螺纹连接有可调螺杆，所述可调螺杆的一端与相邻的电解槽本体的端板相抵触，另一端为调节端。更进一步的，所述第二法兰的环状凹槽与勾圈的勾头的配合面为斜面，且与竖向截面呈20-30度角。经计算，在此角度下，方便安装和拆卸，并且倾斜角度又能确保两者的勾合强度。更进一步的，所述第二法兰为分体法兰，便于安装或拆卸。第二种，所述连接组件设置有两个，分别与两个所述电解槽本体中位于外侧的端板相配合；所述连接组件包括挡圈和可调螺杆，所述壳体a两侧的开口端面沿周向设置有卡槽，所述挡圈卡接于相对应的卡槽内，所述挡圈沿周向设置有若干个螺纹孔，每个螺纹孔内螺纹连接有可调螺杆，所述可调螺杆的一端与相邻的电解槽本体的端板相抵触，另一端为调节端。在上述的连接组件两种实现形式中，端板上可以设置与可调螺杆数量相对应的内置有碟簧的碟簧套管，可调螺杆插入碟簧套管内与碟簧相配合，可以更好的起到减震导向的作用。
15.所述电解槽单元的第二种实现方式，所述压力容器外壳单元依次包括壳体b、壳体c和壳体d，所述壳体c两侧分别通过第一法兰与壳体b、壳体d连接，所述壳体b和壳体d内分别容纳有一电解槽本体，
16.两个所述电解槽本体中位于内侧的端板均通过金属接线板电连接外部电源负极，两个所述电解槽本体中位于外侧的端板均通过金属接线板电连接外部电源正极；
17.所述壳体b和壳体d的端侧上端均开设有氧气出口和氢气出口，且与相邻的电解槽本体中位于外侧端板上的氧气出口和氢气出口通过管道对应连通，所述壳体b和壳体d的端侧下端均开设有电解液进口和电解液出口，且与相邻的电解槽本体中位于外侧端板上的电解液进口和电解液出口通过管道对应连通。
18.更进一步的，该电解槽单元还包括连接组件，其用于将电解槽本体固定于压力容器外壳单元内；所述连接组件也可以有两种实现形式，但不局限于此。第一种，所述连接组件设置有两个，分别与两个所述电解槽本体中位于内侧的端板相配合；所述连接组件包括勾圈、第二法兰和可调螺杆，所述勾圈焊接于壳体b和壳体d位于内侧的开口端面上，所述第二法兰具有一环状凹槽且与勾圈的勾头相互配合，所述第二法兰沿周向设置有若干个螺纹孔，每个螺纹孔内螺纹连接有可调螺杆，所述可调螺杆的一端与相邻的电解槽本体的端板相抵触，另一端为调节端。更进一步的，所述第二法兰的环状凹槽与勾圈的勾头的配合面为斜面，且与竖向截面呈20-30度角。经计算，在此角度下，方便安装和拆卸，并且倾斜角度又能确保两者的勾合强度。更进一步的，所述第二法兰为分体法兰，便于安装或拆卸。第二种，所述连接组件设置有两个，分别与两个所述电解槽本体中位于内侧的端板相配合；所述连接组件包括挡圈和可调螺杆，所述壳体b和壳体d位于内侧的开口端面沿周向设置有卡槽，
所述挡圈卡接于相对应的卡槽内，所述挡圈沿周向设置有若干个螺纹孔，每个螺纹孔内螺纹连接有可调螺杆，所述可调螺杆的一端与相邻的电解槽本体的端板相抵触，另一端为调节端。在上述的连接组件两种实现形式中，端板上可以设置与可调螺杆数量相对应的内置有碟簧的碟簧套管，可调螺杆插入碟簧套管内与碟簧相配合，可以更好的起到减震导向的作用。
19.更进一步的，在上述两种电解槽单元的实现方式中，所述压力容器外壳单元内部涂覆有绝缘涂层。防止电解槽本体漏液后和压力容器外壳单元导电。绝缘涂层采用市售的绝缘漆进行涂覆固化形成。本专利对绝缘涂层的材料并不加以限制，只需满足绝缘、适合加工的需求即可，凡是能实现该功能的其它材料，均应当属于本专利的保护范围内。
20.本实用新型还提供了一种电解槽系统，由若干个前文所述电解槽单元串联而成。
21.本实用新型提供的电解槽系统，有多种实现形式，但不局限于下文所列举的：
22.第一种，该电解槽系统所用的电解槽单元为前文所述的第一种实现方式的电解槽单元；该系统由若干个所述电解槽单元沿轴向串联而成，相邻的两个电解槽单元之间的端盖替换为过渡壳体，且该过渡壳体分别通过第一法兰与两侧的电解槽单元的壳体a连接。
23.第二种，该电解槽系统所用的电解槽单元为前文所述的第一种实现方式的电解槽单元；该系统由若干个所述电解槽单元沿轴向串联而成，相邻的两个电解槽单元之间的端盖通过第三法兰连通。
24.第三种，该电解槽系统所用的电解槽单元为前文所述的第一种实现方式的电解槽单元；该系统由若干个所述电解槽单元沿径向串联而成，任意一个电解槽单元中位于碟簧位置处的壳体a侧部通过第三法兰与相邻的电解槽单元中位于碟簧位置处的壳体a侧部连通。
25.第四种，该电解槽系统所用的电解槽单元为前文所述的第二种实现方式的电解槽单元；该系统由若干个所述电解槽单元沿轴向串联而成，相邻的两个电解槽单元之间的端侧通过第三法兰连通。
26.第五种，该电解槽系统所用的电解槽单元为前文所述的第二种实现方式的电解槽单元；该系统由若干个所述电解槽单元沿径向串联而成，任意一个电解槽单元中的壳体c侧部通过第三法兰与相邻的电解槽单元中的壳体c侧部连通。
27.除此之外，该系统还可以由若干个所述电解槽单元沿径向和轴向同时串联而成，本实用新型保护的是一种电解槽单元的组合形式，凡是按照本实用新型创作思想产生的可预知变化，均应在本实用新型的保护范围内。
28.本实用新型所具有的有益效果是：
29.(1)本实用新型可通过电解槽本体进行并联连接成产气更大的单台设备，也可进一步串联连接成系统，电极根据电解液进口方式相应设置阴阳极(电解液进出口处为0电位)。此种连接方式，不容易泄露，电路、液体管路、气体管路可以统一内部协调，拆卸安装更加便捷，生产也更安全。
30.(2)压力容器外壳单元提供防护、承压作用，连接组件两个压力，一是对电解槽本体中电极板的紧固压力，二是压力容器外壳单元设计或运行的压力。另外，本实用新型设计的连接组件可实现快速安装拆卸，又不影响电解槽本体端板的操作空间。通过连接组件夹紧固定，还能够实现对中间电极板的夹紧固定，可以代替两侧端板之间拉杆的设置。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为实施例1的结构示意图；
33.图2为图1中a-a示意图；
34.图3为图2的另一角度示意图；
35.图4为图2中f处的放大示意图；
36.图5为实施例2的结构示意图；
37.图6为图5中a-a示意图；
38.图7为图6的另一角度示意图；
39.图8为图6中f处的放大示意图；
40.图9为实施例3的结构示意图；
41.图10为图9中a-a示意图；
42.图11为实施例4的结构示意图；
43.图12为图1的俯视结构示意图；
44.图13为图11中a-a示意图；
45.图中：1、电解槽本体 2、壳体a 3、第一法兰 4、端盖 5、端板 6、金属接线板 7、挡圈 8、可调螺杆 9、卡槽 10、壳体b 11、壳体c 12、壳体d 13、勾圈 14、第二法兰 15、过渡壳体 16、第三法兰。
具体实施方式
46.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.实施例1：
48.如图1-图4所示，一种电解槽单元，包括：
49.压力容器外壳单元，具有容纳电解槽本体1的封闭空间；
50.电解槽本体1，具有两个，两个电解槽本体1沿轴向依次位于压力容器外壳单元内，且两个电解槽本体1于电路上并联分布或分别接一外部电源。
51.所述压力容器外壳单元包括壳体a2以及壳体a2两侧分别通过第一法兰3连接的端盖4，两个所述电解槽本体1中位于内侧的端板5通过碟簧间隙设置；
52.两个所述电解槽本体1中位于内侧的端板5均通过金属接线板6电连接外部电源正极，两个所述电解槽本体1中位于外侧的端板5均通过金属接线板6电连接外部电源负极；
53.位于碟簧位置处的壳体a2顶部分别开设氧气出口和氢气出口，底部分别开设电解液进口和电解液出口；两个所述电解槽本体1中位于内侧的端板5上均设置有电解液进口且通过管道连接至壳体a2上的电解液进口、均设置有电解液出口且通过管道连接至壳体a2上
的电解液出口、均设置有氧气出口且通过管道连接至壳体a2上的氧气出口、均设置有氢气出口且通过管道连接至壳体a2上的氢气出口。
54.该电解槽单元还包括连接组件，其用于将电解槽本体1固定于压力容器外壳单元内；所述连接组件设置有两个，分别与两个所述电解槽本体1中位于外侧的端板5相配合；所述连接组件包括挡圈7和可调螺杆8，所述壳体a2两侧的开口端面沿周向设置有卡槽9，所述挡圈7卡接于相对应的卡槽9内，所述挡圈7沿周向设置有若干个螺纹孔，每个螺纹孔内螺纹连接有可调螺杆8，所述可调螺杆8的一端与相邻的电解槽本体1的端板5相抵触，另一端为调节端。
55.所述压力容器外壳单元内部涂覆有绝缘涂层。
56.实施例2：
57.如图5-图8所示，一种电解槽单元，包括：
58.压力容器外壳单元，具有容纳电解槽本体的封闭空间；
59.电解槽本体1，具有两个，两个电解槽本体1沿轴向依次位于压力容器外壳单元内，且两个电解槽本体1于电路上并联分布或分别接一外部电源。
60.所述压力容器外壳单元依次包括壳体b10、壳体c11和壳体d12，所述壳体c11两侧分别通过第一法兰3与壳体b10、壳体d12连接，所述壳体b10和壳体d12内分别容纳有一电解槽本体1，
61.两个所述电解槽本体1中位于内侧的端板5均通过金属接线板6电连接外部电源负极，两个所述电解槽本体1中位于外侧的端板5均通过金属接线板6电连接外部电源正极；
62.所述壳体b10和壳体d12的端侧上端均开设有氧气出口和氢气出口，且与相邻的电解槽本体1中位于外侧端板5上的氧气出口和氢气出口通过管道对应连通，所述壳体b10和壳体d12的端侧下端均开设有电解液进口和电解液出口，且与相邻的电解槽本体1中位于外侧端板5上的电解液进口和电解液出口通过管道对应连通。
63.该电解槽单元还包括连接组件，其用于将电解槽本体1固定于压力容器外壳单元内；所述连接组件设置有两个，分别与两个所述电解槽本体1中位于内侧的端板5相配合；所述连接组件包括勾圈13、第二法兰14和可调螺杆8，所述勾圈13焊接于壳体b10和壳体d12位于内侧的开口端面上，所述第二法兰14具有一环状凹槽且与勾圈13的勾头相互配合，所述第二法兰14沿周向设置有若干个螺纹孔，每个螺纹孔内螺纹连接有可调螺杆8，所述可调螺杆8的一端与相邻的电解槽本体1的端板5相抵触，另一端为调节端。更进一步的，所述第二法兰14的环状凹槽与勾圈13的勾头的配合面为斜面，且与竖向截面呈20-30度角。经计算，在此角度下，方便安装和拆卸，并且倾斜角度又能确保两者的勾合强度。更进一步的，所述第二法兰14为分体法兰，便于安装或拆卸。
64.所述压力容器外壳单元内部涂覆有绝缘涂层。
65.实施例3：
66.如图9和图10所示，一种电解槽系统，该系统由若干个实施例1所述电解槽单元沿轴向串联而成，相邻的两个电解槽单元之间的端盖替换为过渡壳体15，且该过渡壳体15分别通过第一法兰3与两侧的电解槽单元的壳体a2连接。
67.实施例4：
68.如图11、图12和图13所示，一种电解槽系统，该系统由若干个实施例2所述电解槽
单元沿径向串联而成，任意一个电解槽单元中的壳体c11侧部通过第三法兰16与相邻的电解槽单元中的壳体c11侧部连通。
69.以上是本实用新型的详细的介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法以及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。