专利名称：一种液浸池型水电解槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将水分解成氢气和氧气的水电解技术，具体涉及一种水电解槽。
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，水电解池的组合则称之为水电解槽。常采用薄形电解池、大面积催化电极，减小 气泡(带压操作)以及在池内的潴留体积(强制循环)等措施来提高电解效率，常见装置是 带碱液(泵)强制循环的薄形电解池压滤组的(1.6MPa、 3.2MPa等)中压水电解槽。
压滤组结构无需对单元电解池单独供电，只要在(正负电极)两端供直流电，整个装置 就是串联回路，总电压为单池分电压之和，总电流与单元池的分电流相同；因为每个分电压 都高于水的分解电压，所以单元池均能独立完成各自的电解生产氢氧，这时，电解槽的总产 量为单元池产量之和。
压滤组结构存在多个密封面，尤其在带压操作时，要实现可靠的密封成本很高，有文章 提到国外推出的一款5MPa操作压力的新产品，仅仅提高了 lMPa压力，其制造成本约提高 40%，由此可知，这种"堵"的密封方式，很难适应进一步提高压力的水电解操作。
当前，获得高压氢气的主流工艺路线是，先制取常压或中压氢气，然后通过多级氢气压 縮机的压縮，其获取高压氢气的成本很高，这无疑会限制氢气的应用范围。
如果能够通过直接高压电解工艺来获得高压氢气，肯定具有较好的经济性。
由法拉第电解定律可知，物质的电解过程与分解电压以及直流电量有关，而与压力无关； 据资料介绍，在国外存在高压操作(20MPa)的碱性水电解装置，如屈里惠尔装置采用单极 性筒形电解池，池内阻和接线电阻都大，能耗较高；CJB装置的原理实质上是中压装置加承 压容器，并在空隙中灌纯水，可通过纯水的力传递，消除池内外压差来改善密封，其缺点在 于增加了昂贵的高压容器成本，还有，系统需要碱液(泵)强制循环，这是薄弱环节。
由此得出的结论是，理论上，水电解制氢氧可以直接高压操作，也有小型操作实例；但 从现有技术层面来看，按现有中压水电解槽制作工艺，无法实现高压操作，而屈里惠尔型可 以应用在不计成本的特殊场合，CJB具有技术合理性，但存在诸多经济和技术问题，缺乏市 场竞争力。
发明内容
本发明目的是提供低能耗的，廉价的，适合任意操作压力的碱性水电解槽系列产品。 本发明具有成本低廉，适应任意压力操作、安全可靠的特点摒弃了传统"堵"的密封 方式，也与CJB的内碱外水有所不同，即采用"疏"即全电解液池浸形式，不存在碱液泄漏， 通过液浸始终满足池内外的压力和温度平衡，还可以实现氢、氧气在容器内直排，降低池内 气泡的逸出阻力，具备取消碱液强制(泵)循环的条件；然后将电解池压滤组包装轻质制壳，
3到用户现场的地坑填埋强化，用填实的廉价粒状材料(如型砂、铁砂、混凝土等加些粘结剂) 承压，代替笨拙的嵩压容器，节约优质钢材。
为了达到上述目的，本发切的技术方案是电极(框)有三种，双极框、正极板和负极 板以及定尺石棉隔膜布、催化电极网，经过压滤式组装，玻璃钢轻质制壳，填埋，配备其他 的流程器件、管路和阀ll以及控制系统、直流电源等，形成完整的水电解制氢生产能力。
其中，双极框体用耐碱塑料制作，内嵌金属隔板(不锈钢或碳钢薄板镀镍)，分出两腔分 别作为正负单元池，在框体两端(上下端面或侧端面)钻孔，两端的钻孔仅各自连通其中一 池，作为气液道；正极(框)为单性池(接正电源产氧)，由金属厚银制作(不锈钢或碳钢板 镀镍)，辅以塑料框对外绝缘， 一端钻孔作为氧道；负极(框)也为单性池(接负电源产氢)， 全金属制作，尺寸要比双极框、正极框大些，除氢道外，周边布置些钻孔用于穿过螺栓，夹 紧压滤组以及连接池顶和池底。池顶和池底的结构类似，外围为圆弧形，便于与内衬相配， 内有隔板起到加强和隔离作用，并按需要配氢、氧及工艺连接管道接口，当与压滤组两端的 负极框装配后，形成牢固整体。
剰下是在压滤组外围配内衬，然后按高强度玻璃钢工艺制壳，通常采用高强度纤维缠绕 式树脂粘贴，达到轻质承压能力(如l-2MPa)，若需进一步提高操作压力，则采用地坑填埋 方式，其填埋材料及厚度按承压要求确定。
本发明装配过程之一 (并联槽型) '
首先，压滤组叠加过程第l步，取负极框水平放置；第2步，覆隔聘布；第3歩，叠 加双极框；第4步，再次覆隔膜布；第5步至rl步，再叠双极框，再覆隔膜布，再叠双极框， 再覆隔膜布，......；第n+l步，叠加正极框；第rH"2步，覆隔膜布，第n+3步，叠加双极框；
第n + m步，再覆隔膜布，再叠双极框，再覆隔膜布，......；第n + m+l步，叠加第二块负
极框。(注布每个电解池内均置入催化电极网)
其次，夹紧过程取双头螺栓，穿过两端负极框孔，通过转动螺母将压滤组夹紧。
第三，取池顶池底构件，架在压滤组上下，与两端负极框螺栓连接(也起到上下端夹紧 作用)。
第四，配作内衬。
第五，制壳，手工或将压滤组装在缠绕机，制作(玻纤或碳纤强化型)玻璃钢外壳。 第六，在用户使用现场，采用地坑填埋或外套箱填埋实施安装。 本发明装配过程之二 (单槽型)
与并联槽型相同，其区别在于仅使用一块正极框和一块负极框，压滤组的一端为正(端 面需要绝缘〉另一端为负。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比，具有以下优点-
1、 电极(框)、隔膜等制作简单，便于组织生产并可采用降低电流密度方式节能；
2、 气填通畅，避免喊液(泵)强制循环流程，可降低对原料水质的要求i3、 压滤组浸没在电解液中，压力，温度均衡，极间密封简单，适应任意压力操作；
4、 全封闭或半封闭轻质制壳，重量轻，无泄漏，不大量耗用优质钢材，现场填埋承压， 既满足承压、文安全可靠，免维护，十年大條或报废期后更新容易.经济实惠；
5、 直接高压电解制氢有利于后续的氢气纯化、干燥处理以及气体储运工作；
6、 拓宽水电解制氢的应用领域，如液氢制取、石油高压裂解、氢能源应用等，还能够与 风力发电等不均衡新能源匹配，有规模蓄能和转换能源的积极意义；
7、 副产氧气可直接处理和充灌钢瓶回收。
附图、1:双极框[l]，催化电极网及隔膜[2]，正极框[3]，负^框[4]，池顶及隔离[5]，池底 16〗，内衬7]，轻质制壳[8]，工艺接管[9]，接线排[IO]，排氧域及连管[ll]，排氢域及连管[12]， 填埋室[13]，粒状填料[14，填埋室盖[15]，泄压安全室盖[16]，泄压安全室[17]。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的翁述。
参见附图l、 2所示，它主要由双极框[l]，催化电极网及隔膜[2]，正极框3]，负极框[4〗， 池顶及隔离[5]，池底问，内衬[7]，轻质制壳[8]，工艺接管[9]，接线排t10]，排氧域及连管[ll]， 排氢域及连管[121，填埋室[13]，粒状填丰4{14]，填埋室盖[15]，泄压安全室盖[16],泄皮安 全室[17]等组成。
本实施例中，所述的电解池压滤组构件由双极框[l]，催化电极网及隔膜[2],正极框[3]， 负极框[4]等组成，按压滤式叠加，其两端由螺栓予以夹紧，并装上池顶及隔离[5]和池底[6}， 然后配作内胎模[7]，制作轻质(高强度玻璃或碳纤维缠绕)玻璃钢外壳，成槽，形成水电解 槽产品,*另外在用户现场，预制填埋室[13]，粒状填料[14)，填埋室盖[15]等，将整槽置入填 埋室[13]中，配好管道、电缆等连接后，用粒状填料114]填实，加填埋室盖[15]，并与预埋铁 或预埋螺栓连接，封闭牢固；另外从高压安全考虑，可制作辅助功能的泄压安全室[17]，泄 压安全室盖[16]可以是地沟型，平时用于接电缆、接管、排污用途，意外时卸压确保地面操 作人员的去全。
从简化起见，小型装置可采用外套箱，^仅在轻质制壳承压能力内操作，则无需填埋。
权利要求
1、一种液浸池型水电解槽，它主要由双极框[1]，催化电极网及隔膜[2]，正极框[3]，负极框[4]，池顶及隔离[5]，池底[6]，内衬[7]，轻质制壳[8]，工艺接管[9]，接线排[10]，排氧域及连管[11]，排氢域及连管[12]，填埋室[13]，粒状填料[14]，填埋室盖[15]，泄压安全室盖[16]，泄压安全室[17]等组成，其特征在于全封闭或半封闭的轻质制壳(可用填埋方式强化)，内置的电解池压滤组，在处于电解液浸泡时通电工作，各单元电解池所产氢、氧气，沿各自的出气孔在池两端自然向上逸出，经排氢域或排氧域，沿氢连管或氧连管逸出电解槽；
2、 根据权利要求1所述的一种液浸池型水电解槽，其特征在于内置的电解池压滤组是 由双极框、催化电极网及隔膜、正极框、负极框等电解池构件依次叠加，然后逋过池顶、池 底以及紧固件等连接而成；
3、 根据权利要求1所述的一种液浸池型水电解槽，其特征在于轻质制壳是以电解池压 滤组为芯包裹而成槽，采用的玻璃钢或类似材料及制作工艺，如采用树脂、添加纤维的粘贴、 复合或缠绕等工艺形式和材料等；
4、 根据权利要求l所述的一种液浸池型水电解槽，其特征在于整槽填埋强化是通过在 使用场地预制地坑或外套箱，置槽于其中，通过填实廉价的粉粒状物料(如型砂、铁砂、混 凝土以及粘结剂等)，提高制壳的承压能力和操作安全性。
全文摘要
本发明公开了一种液浸池式水电解槽，它主要由双极框[1]，催化电极网及隔膜[2]，正极框[3]，负极框[4]，池顶及隔离[5]，池底[6]，内衬[7]，轻质制壳[8]，工艺接管[9]，接线排[10]，排氧域及连管[11]，排氢域及连管[12]，填埋室[13]，粒状填料[14]，填埋室盖[15]，泄压安全室盖[16]，泄压安全室[17]等组成；装置具有全封闭或半封闭的轻质制壳(可用填埋方式强化)，内置的电解池压滤组，在处于电解液浸泡时通电工作，各单元电解池所产氢、氧气，沿各自的出气孔在池两端自然向上逸出，经排氢域或排氧域，沿氢连管或氧连管逸出电解槽。本发明具有成本低廉，适应任意压力操作、安全可靠的特点摒弃传统“堵”的密封方式，采用“疏”即电解液池浸形式，氢、氧气直通直排，无需碱液循环泵，全封闭或半封闭(玻璃钢)轻质制壳则可在现场通过填埋方式承受高压操作。
文档编号C25B1/08GK101519787SQ20081008062
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者原 高, 高洪山 申请人:高 原;高洪山