一种室外制氢电解槽的制作方法

1.本实用新型属于电解槽技术领域，具体涉及一种室外制氢电解槽。


背景技术：

2.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，成百千倍增加，需要安装于室外环境，因此对自身结构和安全性提出了更高的要求，需要进行改进。


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室外制氢电解槽，具有绝缘性好、密封性好、安装维护方便、操作简便等特点。
7.本实用新型所述的一种室外制氢电解槽，包括：
8.压力容器外壳，具有容纳电解槽本体的封闭空间；
9.电解槽本体；
10.其特征在于，还包括：
11.连接组件，其用于限制电解槽本体沿压力容器外壳的轴向运动；
12.接线柱结构，用于电解槽本体与外部电源之间的电连接结构。
13.更进一步的，所述接线柱结构包括导电铜排、绝缘密封环和转接铜排，所述绝缘密封环与转接铜排一体压铸成型，所述转接铜排包括导电铜排连接端和外部电源连接端，所述导电铜排连接端位于绝缘密封环的内部空间，且沿长度方向开设有调节定位孔，所述调节定位孔处通过螺栓与导电铜排的连接孔相连，所述外部电源连接端穿出于绝缘密封环的周向面，且穿出部分由内向外分别开设有法兰螺栓通孔和外部电源连接孔；
14.该接线柱结构位于压力容器外壳的端头内部，其中，所述导电铜排与相邻的电解槽本体的端板上接线柱电连接，所述绝缘密封环过盈压装于压力容器外壳的端头法兰内，所述转接铜排的外部电源连接端穿出于压力容器外壳的端头法兰，其所述法兰螺栓通孔用于压力容器外壳的端头法兰的螺栓穿过，所述外部电源连接孔用于与外部电源电连接。
15.更进一步的，所述调节定位孔的长度是导电铜排的连接孔直径的5-10倍。
16.更进一步的，所述法兰螺栓通孔内嵌套有绝缘套管。
17.更进一步的，所述转接铜排为l型结构，一端为外部电源连接端，另一端为导电铜排连接端。
18.更进一步的，所述转接铜排为t型结构，其对称的两端为外部电源连接端，余下的一端为导电铜排连接端。
19.更进一步的，所述压力容器外壳包括通过第一法兰依次连接的壳体c、壳体 a和壳体b，所述电解槽本体位于壳体a内。
20.更进一步的，所述连接组件设置有两个，分别与电解槽本体的两侧端板相配合，每个连接组件包括勾圈、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。
21.更进一步的，所述第二法兰与勾圈之间设置有密封圈。
22.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。
23.更进一步的，所述第二法兰的环状凹槽的轴向长度大于勾圈的勾头的轴向长度。环状凹槽相对于勾头留有一定的余量空间，当发生热胀冷缩时，可以自适应的进行调节。
24.更进一步的，所述第二法兰为分体法兰，便于与勾圈进行安装或拆卸。
25.更进一步的，所述电解槽本体的电极板组包括若干个交替设置的阳极电极板和阴极电极板，相邻的阳极电极板和阴极电极板设置有绝缘垫片，所述绝缘垫片的周向外沿向两侧延伸有凸起，且凸起压合于相邻的电极板外表面，任一所述绝缘垫片与相邻的所述绝缘垫片之间的凸起相互贴合。
26.更进一步的，所述凸起的内表面和侧面涂覆有粘合剂。或者是，所述凸起与相邻的电极板外表面通过热熔粘结、任一所述绝缘垫片与相邻的所述绝缘垫片之间的凸起通过热熔粘结。通过以上措施，使得绝缘垫片将电极板完全包覆在其中，防止电极板裸露带来的安全隐患。
27.更进一步的，所述接线柱均套设有绝缘套筒。或者是，所述接线柱的外表面均缠绕有绝缘纤维制品，优选缠绕厚度1-3mm。又或者是，所述接线柱的外表面均涂覆有绝缘涂层。上述措施既可以单用也可以联用，满足接线柱的绝缘要求。
28.更进一步的，所述凸起的外表面缠绕有绝缘纤维制品。或者是，所述凸起的外表面涂覆有绝缘涂层。上述措施既可以单用也可以联用，满足整个电堆的绝缘要求。
29.本专利中，所述绝缘套筒和绝缘垫片采用绝缘材料制作而成，如塑料、橡胶、复合材料等等；所述绝缘纤维制品是以纤维制品作底材，浸以绝缘漆制成，它具有一定的机械强度、电气强度、耐潮性能，还具备了一些防霉、防电、防辐射等特殊功能，直接可以通过市售获得；绝缘涂层采用市售的绝缘漆进行涂覆固化形成。本专利对上述提及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。
30.本实用新型所具有的有益效果是：
31.(1)本实用新型设计的接线柱结构，螺栓可以在调节定位孔上自由选取合适的点位与导电铜排的连接孔相连，从而提高了导电铜排的适配性，另外，借助两侧的连接组件的调节螺杆的调节，该接线柱结构在安装时便于距离可调；转接铜排的外部电源连接端出压力容器外壳的方向可根据电源位置调整接线方向(t型两边都可接；l型可调整180
°
换向，且安装空间大，便于装配)；电阻很小，能够确保电连接稳定；绝缘密封环和转接铜排一体压铸成型，并且绝缘密封环过盈压装于压力容器外壳的端头法兰内，能够保证密封的同时外接电源。
32.(2)本实用新型设计的连接组件，能够采取抽拉的方式将电解槽本体与压力容器外壳进行配合，再利用连接组件实现固定限位，连接组件即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。第二法兰和勾圈的配合方式，还能自适应调节热胀冷缩带来的安全风险问题。
33.(3)本实用新型通过对绝缘垫片的技术改进，解决了之前电极板裸露所带来的放电等安全问题；多重绝缘措施并举，针对电极板、接线柱均采取了绝缘措施，确保整个电解槽满足室外的安全运行。
附图说明
34.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。
35.图1为本实用新型的结构示意图；
36.图2为图1中a-a示意图；
37.图3为图2的另一角度示意图；
38.图4为图2中f处的放大示意图；
39.图5为图2中接线柱结构示意图(未包含导电铜排)；
40.图6为图2中接线柱另一种结构示意图(未包含导电铜排)；
41.图7为图2中电解槽本体的结构示意图；
42.图8为图2的另一角度示意图；
43.图9为图7中a处的放大示意图；
44.图中：1、压力容器外壳 2、电解槽本体 3、第一法兰 4、壳体a 5、壳体b 6、勾圈 7、第二法兰 8、可调螺杆 9、端板 10、壳体c11、导电铜排 12、绝缘密封环 13、转接铜排 14、调节定位孔 15、法兰螺栓通孔 16、外部电源连接孔 17、端头法兰 18、电极板组 19、绝缘垫片20、接线柱 21、凸起 22、绝缘套筒 23、绝缘涂层。
具体实施方式
45.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。
46.实施例：
47.如图1-图6所示，一种室外制氢电解槽，包括：
48.压力容器外壳1，具有容纳电解槽本体2的封闭空间；
49.电解槽本体2；
50.还包括：
51.连接组件，其用于限制电解槽本体2沿压力容器外壳的轴向运动；
52.接线柱结构，用于电解槽本体2与外部电源之间的电连接结构。
53.所述接线柱结构包括导电铜排11、绝缘密封环12和转接铜排13，所述绝缘密封环12与转接铜排13一体压铸成型，所述转接铜排13包括导电铜排连接端和外部电源连接端，所述导电铜排连接端位于绝缘密封环12的内部空间，且沿长度方向开设有调节定位孔14，所述调节定位孔14处通过螺栓与导电铜排 11的连接孔相连，所述外部电源连接端穿出于绝缘密封环12的周向面，且穿出部分由内向外分别开设有法兰螺栓通孔15和外部电源连接孔16；
54.该接线柱结构位于压力容器外壳1的端头内部，其中，所述导电铜排11与相邻的电解槽本体2的端板9上接线柱20电连接，所述绝缘密封环12过盈压装于压力容器外壳1的端头法兰17内，所述转接铜排13的外部电源连接端穿出于压力容器外壳1的端头法兰17，其所述法兰螺栓通孔15用于压力容器外壳 1的端头法兰17的螺栓穿过，所述外部电源连接孔16用于与外部电源电连接。
55.所述调节定位孔14的长度是导电铜排11的连接孔直径的6倍。
56.所述法兰螺栓通孔15内嵌套有绝缘套管。
57.具体如图5所示，所述转接铜排13为t型结构，其对称的两端为外部电源连接端，余下的一端为导电铜排连接端。在另外一种实现方式中，具体如图6 所示，所述转接铜排13为l型结构，一端为外部电源连接端，另一端为导电铜排连接端。
58.所述压力容器外壳1包括通过第一法兰3依次连接的壳体c10、壳体a4和壳体b5，所述电解槽本体位于壳体a4内。
59.所述连接组件设置有两个，分别与电解槽本体2的两侧端板9相配合，每个连接组件包括勾圈6、第二法兰7和可调螺杆8，所述勾圈6焊接于相邻的壳体a4的开口端面上，所述第二法兰7具有一环状凹槽且与勾圈6的勾头相互配合，所述第二法兰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2的端板9相抵触，另一端为调节端。
60.所述第二法兰7与勾圈6之间设置有密封圈。
61.所述第二法兰7的环状凹槽与勾圈6的勾头的配合面为斜面，且与竖向截面呈27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。
62.所述第二法兰7的环状凹槽的轴向长度大于勾圈6的勾头的轴向长度。环状凹槽相对于勾头留有一定的余量空间，当发生热胀冷缩时，可以自适应的进行调节。
63.所述第二法兰7为分体法兰，便于与勾圈6进行安装或拆卸。
64.如图7～图9，所述电解槽本体2的电极板组18包括若干个交替设置的阳极电极板和阴极电极板，相邻的阳极电极板和阴极电极板设置有绝缘垫片19，所述绝缘垫片19的周
向外沿向两侧延伸有凸起21，且凸起21压合于相邻的电极板外表面，任一所述绝缘垫片与相邻的所述绝缘垫片之间的凸起21相互贴合。
65.所述凸起21的内表面和侧面涂覆有粘合剂。通过以上措施，使得绝缘垫片 19将电极板完全包覆在其中，防止电极板裸露带来的安全隐患。
66.所述接线柱20均套设有绝缘套筒22。满足接线柱20的绝缘要求。
67.所述凸起21的外表面涂覆有绝缘涂层23。满足整个电堆的绝缘要求。
68.本实施例中，所述绝缘套筒22和绝缘垫片19采用绝缘材料制作而成，如塑料、橡胶、复合材料等等；绝缘涂层23采用市售的绝缘漆进行涂覆固化形成。本专利对上述提及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。
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。