一种可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构及电解槽的制作方法

1.本技术涉及电解槽技术领域，尤其涉及一种可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构及电解槽。


背景技术：

2.在电解制氢过程中，使用电解槽进行电解，该电解槽是将具备阳极和阴极的电解单元隔着离子交换膜(质子交换膜或碱性离子交换膜)排列多个而成的。电解单元具有安装有阴极的阴极室与安装有阳极的阳极室，在电解单元中，电解液为纯水(质子交换膜电解槽)或20％-30％的碱性氢氧化物水溶液(碱性离子交换膜电解槽)，通过进行电解，在阳极室生成氧气，在阴极室生成氢气。在面对大型化和负荷灵活调节的需求，需要增加电解槽的长度。当前的电解槽采用紧固螺栓固定，受限于紧固螺栓的强度，限制了电解槽容量的扩大。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术的目的在于提出一种可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构，包括第一边框和第二边框以及设置于第一边框和第二边框之间的导电组件，槽体结构简单，便于加工装配，第一边框和第二边框的背侧面均设置外联结构实现对电解槽单元机构的拓展，从而可以根据负荷需求灵活调节电解槽的长度，连接稳固。
5.为达到上述目的，本技术提出的一种可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构，包括相互连接的第一边框和第二边框，所述第一边框和所述第二边框围合形成有容纳空间，还包括设置于所述容纳空间内的导电组件，所述第一边框和所述第二边框的背侧面均设置有外联结构以对所述电解槽单元进行拓展。
6.进一步地，所述外联结构包括外联装配体和/或外联装配孔。
7.进一步地，所述第一边框的内侧面设置有第一凹槽，所述第二边框的内侧面设置有第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽围合形成所述容纳空间。
8.进一步地，所述第一边框的内侧面位于所述第一凹槽的外周侧设置有内联装配孔，所述第二边框的内侧面位于所述第二凹槽的外周侧设置有内联装配体，所述内联装配体和所述内联装配孔插接配合。
9.进一步地，所述第一边框的内侧面位于所述内联装配孔的外侧设置有环形槽，所述第二边框的内侧面位于所述内联装配体的外侧设置有环形凸起，所述环形凸起嵌设于所述环形槽内。
10.进一步地，所述导电组件包括阴极板、阳极板和设置于所述阴极板与所述阳极板之间的隔膜。
11.进一步地，所述阴极板和所述隔膜之间和/或所述阳极板和所述隔膜之间设置有垫片。
12.进一步地，还包括设置于所述第一边框外周侧的第一加强件和设置于所述第二边框外周侧的第二加强件，所述第一加强件的背侧面和所述第一边框的背侧面平齐设置，所述第二加强件的背侧面和所述第二边框的背侧面平齐设置。
13.一种电解槽，包括至少一组上述的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构，相邻所电解槽单元结构的外联结构相互连接以实现电解槽单元的扩展。
14.进一步地，还包括分别设置于所述电解槽前后两端的电解槽单元结构的第一外框和第二外框。
15.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
16.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1是本技术一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的结构示意图；
18.图2是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第一边框的结构示意图一；
19.图3是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第一边框的结构示意图二；
20.图4是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第二边框的结构示意图一；
21.图5是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第二边框的结构示意图二；
22.图6是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第一边框的结构示意图三；
23.图7是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第一边框的结构示意图四；
24.图8是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第二边框的结构示意图三；
25.图9是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第二边框的结构示意图四；
26.图10是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第一外框的结构示意图；
27.图11是本技术另一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的第二外框的结构示意图。
具体实施方式
28.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
29.图1是本技术一实施例提出的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构的结构示意图。
30.参见图1-图11，一种可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构，包括相互连接的第一边框1和第二边框2，所述第一边框1和所述第二边框2围合形成有容纳空间，还包括设置于所述容纳空间内的导电组件3，所述第一边框1和所述第二边框2的背侧面均设置有外联结构以对所述电解槽单元进行拓展。本实施例中，第一边框1和第二边框2的材质为具有一定强度和耐受电解液腐蚀性的工程塑料，包括但不限于聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚苯酯、聚醚酮、氟树脂。电解槽单元之间通过外联结构进行拓展，装配方便，可根据需要调整单元结构个数，实现不同的电解槽长度，方便地实现不同的产氢量。
31.所述外联结构包括外联装配体121和/或外联装配孔221。具体地，本实施例中，第一边框1的背侧面设置有外联装配体121，第二边框2的背侧面设置有外联装配孔221，第一边框1的外联装配体121通过和相邻电解槽单元的第二边框2的的外联装配孔221进行插接配合实现拓展，第二边框2的外联装配孔221通过和相邻电解槽单元的第一边框1的外联装配体121进行插接配合实现拓展，实现电解槽长度的调整。当然在其他实施例中，也可以在第一边框和第二边框的背侧面混合设置装配体和装配孔，相邻电解槽单元的边框在其对应位置设置有与其适配的装配孔和装配体，实现电解槽单元的外联拓展即可，本技术对外联装配体和外联装配孔的设置数量和形式不进行限制。
32.所述第一边框1的内侧面设置有第一凹槽12，所述第二边框2的内侧面设置有第二凹槽 22，所述第一凹槽12和所述第二凹槽22围合形成所述容纳空间。具体地，本实施例中，第一凹槽12和第二凹槽22均为圆形凹槽，第一边框12和第二边框22对接连接后，容纳空间为密闭空间，导电组件安装于容纳空间内，导电组件的尺寸和形状与容纳空间进行适配，使得导电组件稳定安装在电解槽单元结构内。
33.所述第一边框1的内侧面位于所述第一凹槽12的外周侧设置有内联装配孔111，所述第二边框2的内侧面位于所述第二凹槽22的外周侧设置有内联装配体211，所述内联装配体 111和所述内联装配孔211插接配合。本实施例中，多个内联装配孔111在第一凹槽12的外周侧周向设置，多个内联装配体211在第二凹槽22的外周侧周向设置，内联装配孔111和内联装配体211的数量和位置相互对应设置，利用第一边框和第二边框之间的内联装配体和内联装配孔插接配合，实现配合面的简单装配，装配方便快捷，并且便于拆卸和检修，装配面之间紧密贴合，密封性好，避免泄露。
34.所述第一边框1的内侧面位于所述内联装配孔111的外侧设置有环形槽(图中未示出)，所述第二边框2的内侧面位于所述内联装配体211的外侧设置有环形凸起(图中未示出)，所述环形凸起嵌设于所述环形槽内。通过环形凸起和环形槽的嵌设配合，以对第一边框1和第二边框2的连接进行密封，保证电解槽单元的密封性，可以理解地，环形凸起和环形槽大小适配，过紧配合，以实现良好的密封，优选地，环形凸起和环形槽之间设置有密封垫，进一步提高第一边框和第二边框的密封效果。
35.所述导电组件3包括阴极板31、阳极板32和设置于所述阴极板31与所述阳极板32
之间的隔膜33。阴极板31和阳极板32分别连接电源通电以对电解液进行电解，隔膜33隔开阴极板31和阳极板32，隔膜具有阴极面和阳极面，阴极板31的尺寸和形状与隔膜33的阴极面相匹配。阳极板32的尺寸和形状与隔膜33的阳极面相匹配，阴极板、隔膜、阳极板紧密接触，被放置在第一边框1和第二边框2之间的容纳空间内，通过内联装配孔111与内联装配体121的装配实现紧固。
36.阴极板31和所述隔膜33之间和/或所述阳极板32和所述隔膜33之间设置有垫片(图中未示出)。通过设置垫片调节隔膜33与阴极板31、隔膜33与阳极板32之间的间距，阳极板32和隔膜33的间距与阴极板31和隔膜33的间距既可以分别调节，也可以同时进行调节，操作灵活性强，既可实现零间距结构，降低极间电阻，又可通过设置一定间隙实现电极性能研究的需要。
37.一种可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构还包括设置于所述第一边框1外周侧的第一加强件13和设置于所述第二边框2外周侧的第二加强件23，所述第一加强件13的背侧面和所述第一边框1的背侧面平齐设置，所述第二加强件23的背侧面和所述第二边框2的背侧面平齐设置。在对电解槽拓展延长后，相邻的电解槽单元相互贴合，其中第一加强件13 和第二加强件23也相互贴合，可利用外部夹具、法兰、焊接、熔接等方式分段对边框外侧的相邻的加强件进行紧固，从而避免了强度对电解槽尺寸的限制。
38.一种电解槽，包括至少一组上述的可实现快速装配和扩展的电解槽单元结构，相邻所电解槽单元结构的外联结构相互连接以实现电解槽单元的扩展。电解槽单元之间装配方便，可根据需要调整电解槽单元的个数，实现不同的电解槽长度，方便地实现不同的产氢量。
39.一种电解槽还包括分别设置于所述电解槽前后两端的电解槽单元结构的第一外框4和第二外框5。第一外框4和第二外框5具有工程塑料材质的边缘，与端部电解单元的边框相接，其大小尺寸适配，第一外框和第二外框的中部为导电区域，第一外框和第二外框起到外接电源导电和对电解槽进行紧固密封的作用。第一外框4和第二外框5的塑料边缘和导电区域通过焊接或一体注塑成型方式连接，第一外框相接的电解槽单元，其内部结构为阴极-隔膜-阳极，阴极与第一外框接近；第二外框相接的电解槽单元，其内部结构为阴极-隔膜-阳极，阳极与第二外框接近。
40.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
41.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何
的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
43.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。