本發(fā)明屬于壓力型水電解制氫，具體是一種凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框及電解單元。

背景技術(shù)：

1、“雙碳”背景下，氫能因無碳污染和高能量密度等特點，被視為未來最有發(fā)展?jié)摿Φ亩吻鍧嵞茉础ｋ娊獠凼撬娊庵茪浞磻?yīng)的發(fā)生裝置，目前的水電解制氫電解槽，平板式密封墊通過螺栓受力將結(jié)構(gòu)壓緊，能耐壓一般不超過3mpa。

2、隨著技術(shù)的高速發(fā)展，市場對電解槽大電流的需求越來越高，當(dāng)電解槽在大電流下運行時，由于氫氣和氧氣的不斷生成而逐漸形成高壓環(huán)境，極易導(dǎo)致電解槽發(fā)生氣液泄露的事故。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框及電解單元，針對現(xiàn)有水電解制氫電解槽存在的技術(shù)問題，對水電解制氫設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)與提升，形成密封可靠的結(jié)構(gòu)，以便于提高裝置的耐高壓性能。

2、一方面，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框，包括極框以及設(shè)置在其內(nèi)腔的雙極板，所述雙極板與極框采用一體注塑成型，所述極框的正面外緣設(shè)置有凸臺一，所述極框的反面外緣設(shè)置有適配凸臺一的凹槽二，所述極框的外周面設(shè)一螺紋孔，所述螺紋孔內(nèi)設(shè)置有與雙極板一體連接的檢測柱，所述螺紋孔連接有罩住檢測柱的保護(hù)帽，所述極框的外周面設(shè)置有氫氣接口一和氧氣接口一，所述極框的內(nèi)周面設(shè)置有向其外周面方向延伸的氫氣通道一和氧氣通道一，所述氧氣通道一和氫氣通道一被雙極板分隔，所述極框的正面設(shè)置有兩個隔離腔，每一所述隔離腔內(nèi)均填充透氣隔水墊，其中一所述隔離腔連通氫氣接口一和氫氣通道一，另一所述隔離腔連通氧氣接口一和氧氣通道一，所述極框的正面設(shè)置有上下分布的進(jìn)液孔和出液孔，所述進(jìn)液孔通過開設(shè)在極框的正反兩面上的進(jìn)液通道一連通極框的內(nèi)腔，所述出液孔通過開設(shè)在極框的正反兩面上的出液通道一連通極框的內(nèi)腔。

3、優(yōu)選的，所述極框的正面設(shè)置有多組導(dǎo)向柱一，所述極框的反面設(shè)置有與導(dǎo)向柱一一一對應(yīng)的導(dǎo)向槽一。

4、優(yōu)選的，所述極框的材料選用三元乙丙橡膠。

5、另一方面，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種電解單元，包括兩個端極板以及若干個上述的凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框，各個所述凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框位于兩個端極板之間，并沿著軸向?qū)R疊裝在一起，相鄰所述凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框之間以及每一端極板與凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框之間均設(shè)置有隔膜，兩個所述端極板通過數(shù)個長桿螺栓在軸向上緊固收緊將各個凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框夾住，兩個所述端極板分別為陽極端板和陰極端板。

6、優(yōu)選的，所述陽極端板包括陽極框，所述陽極框的內(nèi)腔一體注塑有陽極板，所述陽極框的外周面設(shè)置有與陽極板一體連接的陽極接線端；所述陰極端板包括陰極框，所述陰極框的內(nèi)腔一體注塑有陰極板，所述陰極框的外周面設(shè)置有與陰極板一體連接的陰極接線端。

7、優(yōu)選的，所述陽極框的正面設(shè)置有適配凹槽二的凸臺二以及適配導(dǎo)向槽一的導(dǎo)向柱二，所述陽極框上設(shè)置有正對進(jìn)液孔的進(jìn)液接口和正對出液孔的出液接口，所述陽極框的反面設(shè)置有氧氣接口二，所述陽極框的內(nèi)周面設(shè)置有向其外周面方向延伸并連通氧氣接口二的氧氣通道二，所述進(jìn)液接口通過開設(shè)在正面上的進(jìn)液通道二連通陽極框的內(nèi)腔，所述出液接口通過開設(shè)在正面上的出液通道二連通陽極框的內(nèi)腔。

8、優(yōu)選的，所述陰極框的正面設(shè)置有適配凸臺一的凹槽四以及適配導(dǎo)向柱一的導(dǎo)向槽二，所述陰極框的反面設(shè)置有氫氣接口二，所述陰極框的內(nèi)周面設(shè)置有向其外周面方向延伸并連通氫氣接口二的氫氣通道二，所述陰極框上設(shè)置有正對進(jìn)液孔的進(jìn)液口和正對出液孔的出液口，所述進(jìn)液口通過開設(shè)在正面上的進(jìn)液通道三連通陰極框的內(nèi)腔，所述出液口通過開設(shè)在正面上的出液通道三連通陰極框的內(nèi)腔。

9、優(yōu)選的，所述隔膜的外緣設(shè)置有一體注塑的橡膠圈。

10、優(yōu)選的，所述極框正反兩面的內(nèi)緣設(shè)置有適配橡膠圈的凹槽一，所述陽極框的正面內(nèi)緣設(shè)置有適配橡膠圈的凹槽三，所述陰極框的正面內(nèi)緣設(shè)置有適配橡膠圈的凹槽五。

11、采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是：

12、雙極板和極框通過注塑工藝成型為一體化結(jié)構(gòu)，在注塑成型的過程中，雙極板被精準(zhǔn)地嵌于極框的內(nèi)部，不僅提升了電解單元的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還有效地防止了電解過程中可能產(chǎn)生的氣體或液體泄漏，從而確保了電解反應(yīng)的安全和高效進(jìn)行。極框的正面外緣設(shè)置有凸臺一，與相鄰極框反面外緣的凹槽二形成類似于凹凸法蘭式的連接，凸臺面與凹臺面的咬合作用，增加了密封面的接觸面積，實現(xiàn)了更為緊密的密封效果，提高了裝置的耐高壓性能。

技術(shù)特征：

1.一種凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框，包括極框（1）以及設(shè)置在其內(nèi)腔的雙極板（2），其特征在于：所述雙極板（2）與極框（1）采用一體注塑成型，所述極框（1）的正面外緣設(shè)置有凸臺一（6），所述極框（1）的反面外緣設(shè)置有適配凸臺一（6）的凹槽二（17），所述極框（1）的外周面設(shè)一螺紋孔（12），所述螺紋孔（12）內(nèi)設(shè)置有與雙極板（2）一體連接的檢測柱（14），所述螺紋孔（12）連接有罩住檢測柱（14）的保護(hù)帽（13），所述極框（1）的外周面設(shè)置有氫氣接口一（10）和氧氣接口一（11），所述極框（1）的內(nèi)周面設(shè)置有向其外周面方向延伸的氫氣通道一（16）和氧氣通道一（19），所述氧氣通道一（19）和氫氣通道一（16）被雙極板（2）分隔，所述極框（1）的正面設(shè)置有兩個隔離腔（9），每一所述隔離腔（9）內(nèi)均填充透氣隔水墊，其中一所述隔離腔（9）連通氫氣接口一（10）和氫氣通道一（16），另一所述隔離腔（9）連通氧氣接口一（11）和氧氣通道一（19），所述極框（1）的正面設(shè)置有上下分布的進(jìn)液孔（3）和出液孔（8），所述進(jìn)液孔（3）通過開設(shè)在極框（1）的正反兩面上的進(jìn)液通道一（4）連通極框（1）的內(nèi)腔，所述出液孔（8）通過開設(shè)在極框（1）的正反兩面上的出液通道一（7）連通極框（1）的內(nèi)腔。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框，其特征在于：所述極框（1）的正面設(shè)置有多組導(dǎo)向柱一（5），所述極框（1）的反面設(shè)置有與導(dǎo)向柱一（5）一一對應(yīng)的導(dǎo)向槽一（18）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框，其特征在于：所述極框（1）的材料選用三元乙丙橡膠。

4.一種電解單元，其特征在于：包括兩個端極板以及若干個如權(quán)利要求1-3任一項所述的凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框，各個所述凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框位于兩個端極板之間，并沿著軸向?qū)R疊裝在一起，相鄰所述凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框之間以及每一端極板與凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框之間均設(shè)置有隔膜（30），兩個所述端極板通過數(shù)個長桿螺栓（22）在軸向上緊固收緊將各個凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框夾住，兩個所述端極板分別為陽極端板和陰極端板。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解單元，其特征在于：所述陽極端板包括陽極框（26），所述陽極框（26）的內(nèi)腔一體注塑有陽極板（31），所述陽極框（26）的外周面設(shè)置有與陽極板（31）一體連接的陽極接線端（24）；所述陰極端板包括陰極框（20），所述陰極框（20）的內(nèi)腔一體注塑有陰極板（29），所述陰極框（20）的外周面設(shè)置有與陰極板（29）一體連接的陰極接線端（21）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解單元，其特征在于：所述陽極框（26）的正面設(shè)置有適配凹槽二（17）的凸臺二（32）以及適配導(dǎo)向槽一（18）的導(dǎo)向柱二（35），所述陽極框（26）上設(shè)置有正對進(jìn)液孔（3）的進(jìn)液接口（27）和正對出液孔（8）的出液接口（23），所述陽極框（26）的反面設(shè)置有氧氣接口二（25），所述陽極框（26）的內(nèi)周面設(shè)置有向其外周面方向延伸并連通氧氣接口二（25）的氧氣通道二（33），所述進(jìn)液接口（27）通過開設(shè)在正面上的進(jìn)液通道二（36）連通陽極框（26）的內(nèi)腔，所述出液接口（23）通過開設(shè)在正面上的出液通道二（34）連通陽極框（26）的內(nèi)腔。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解單元，其特征在于：所述陰極框（20）的正面設(shè)置有適配凸臺一（6）的凹槽四（39）以及適配導(dǎo)向柱一（5）的導(dǎo)向槽二（42），所述陰極框（20）的反面設(shè)置有氫氣接口二（28），所述陰極框（20）的內(nèi)周面設(shè)置有向其外周面方向延伸并連通氫氣接口二（28）的氫氣通道二（44），所述陰極框（20）上設(shè)置有正對進(jìn)液孔（3）的進(jìn)液口（46）和正對出液孔（8）的出液口（45），所述進(jìn)液口（46）為非貫穿式，并通過開設(shè)在正面的進(jìn)液通道三（41）連通陰極框（20）的內(nèi)腔，所述出液口（45）為非貫穿式，并通過開設(shè)在正面上的出液通道三（38）連通陰極框（20）的內(nèi)腔。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解單元，其特征在于：所述隔膜（30）的外緣設(shè)置有一體注塑的橡膠圈（43）。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解單元，其特征在于：所述極框（1）正反兩面的內(nèi)緣設(shè)置有適配橡膠圈（43）的凹槽一（15），所述陽極框（26）的正面內(nèi)緣設(shè)置有適配橡膠圈（43）的凹槽三（37），所述陰極框（20）的正面內(nèi)緣設(shè)置有適配橡膠圈（43）的凹槽五（40）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于壓力型水電解制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框及電解單元，凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框包括極框以及雙極板，雙極板與極框采用一體注塑成型，極框的正面外緣設(shè)置有凸臺一，極框的反面外緣設(shè)置有凹槽二，電解單元包括兩個端極板以及若干個上述的凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框，各個凹凸法蘭式高壓水電解制氫電極框位于兩個端極板之間，并沿著軸向?qū)R疊裝在一起。雙極板和極框通過注塑工藝成型為一體化結(jié)構(gòu)，在注塑成型的過程中，雙極板被精準(zhǔn)地嵌于極框的內(nèi)部，不僅提升了電解單元的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還有效地防止了電解過程中可能產(chǎn)生的氣體或液體泄漏，從而確保了電解反應(yīng)的安全和高效進(jìn)行。

技術(shù)研發(fā)人員：潘磊,李圣潔,王鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東海氫能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19