專利名稱：一體化高壓型水電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過電解質(zhì)水溶液的電解，水分解成氫氣和氧氣的水電解技術(shù)，具體涉及一種一體化高壓型水電解槽。

背景技術(shù)：
利用電能使某電解質(zhì)溶液分解為其他物質(zhì)的單元裝置稱為電解池，而電解池的組合稱為電解槽；如果是電解水，水電解池的組合則稱之為水電解槽。
法拉第電解定律指出電解時，在電極上析出物質(zhì)的數(shù)量，與通過溶液的電流強度和通電時間成正比，也就是與通過溶液的電量成正比。由此，我們認定電解反應(yīng)過程與壓力無關(guān)，實踐中，當氣體產(chǎn)量(電解電流)恒定時，將壓力系統(tǒng)的氣體出口閥門關(guān)小(節(jié)流)，壓力就有所上升；然而，盡管我們期望得到高壓氣體，還要將系統(tǒng)操作壓力控制在一個低的水平，是因為現(xiàn)有裝置承壓能力不足。
目前，世界上主要應(yīng)用(堿性)水電解槽，按壓力分為二種，常壓型(毫米水柱級)，壓力型(小于4MPa)；要獲得高壓氣體時，采用氫(氧)壓縮機，多級壓縮來提高氣體壓力。
據(jù)相關(guān)資料介紹，水電解制氫技術(shù)也存在20MPa的設(shè)計。其中CJB型是將圓形水電解池組置于一個圓形鋼制壓力容器內(nèi)；另一種屈里惠爾型是單極性電解池，正極是鎳筒，負極是鍍鎳的銅絲網(wǎng)，采用石棉隔膜布。上述均為特殊用途設(shè)計的小型裝置，未見商品化推廣。
此外，要形成連續(xù)生產(chǎn)氫(氧)氣，除了水電解槽以外，還包括堿液循環(huán)、氫(氧)氣分離、氫(氧)氣純化干燥、冷卻、壓縮、貯存等子系統(tǒng)；工藝流程配備許多設(shè)備，用管道、閥門進行連接組合，通過直流電源供電，控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的正常運行。
綜上所述，中壓系統(tǒng)是目前常用的工藝流程系統(tǒng)，其技術(shù)指標優(yōu)于常壓裝置，由水電解槽、輔助設(shè)備、直流電源、控制系統(tǒng)等組成；1994年某單位生產(chǎn)的200標準立方規(guī)格中壓裝置獲“中華之最”榮譽稱號，目前最大規(guī)格為375標立，258個電解小室，額定電流6600A，直流電壓260V，采用30％氫氧化鉀水溶液，控制槽溫80-90℃，壓力1.6MPa。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種一體化的高壓型水電解槽。無須增加額外能耗，僅通過氣體出口節(jié)流操作，即可獲得高壓高純的氫(氧)氣體產(chǎn)品。
本發(fā)明具有承壓、密封、運行安全可靠以及一體化的特點電解池組浸沒在槽內(nèi)堿液中，易于維持差壓平衡和防止內(nèi)泄漏，無氣相逸出管路阻力；槽體、槽蓋等為結(jié)構(gòu)件，與其一體的列管(組)具有分離、洗滌、純化、緩沖儲罐等流程功能；雙斜面自密封的設(shè)計保證可靠封閉和自密封，且解體方便。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是水電解槽由槽體、槽蓋、列管組、夾鐵型自密封圈、卡箍等組成，并可按需要擴展列管；在內(nèi)置水電解池組、添加磁性翻板液面計、浮筒閥、脫氧(氫)功能附件，配管、配閥門后即成為一體化的高壓型水電解槽。
槽體與槽蓋均具有雙斜面連接法蘭，有可拆卸開口的矩形或(臥式)圓筒形結(jié)構(gòu)形式。
矩形結(jié)構(gòu)形式是槽體，可拆卸上開口方式為佳；與其相配的槽蓋是平板結(jié)構(gòu)件，有氫、氧隔離腔室以及均布的列管組。圓筒形結(jié)構(gòu)形式是臥式槽體，可拆卸端口為佳，列管組與槽體成一體；與其相配的槽蓋轉(zhuǎn)化成端蓋，可設(shè)軸向支撐用于敞開裝配電解池組。從制造工藝出發(fā)，設(shè)置抱箍或結(jié)構(gòu)組合有利于提高槽體或槽蓋的承壓能力。
可拆卸開口法蘭的連接方法，一般是國標法蘭連接，設(shè)計手冊也給出了幾種高壓自密封方式；然而問題在于，大規(guī)格裝置的法蘭連接十分笨重，而手冊給出的高壓自密封方式主要是硬密封，很難保證加工質(zhì)量。
本發(fā)明采用的雙斜面法蘭連接，具有軟硬結(jié)合的自密封方式。相配的二片法蘭合體后，內(nèi)斜面為三角形空域，放入夾鐵型自密封圈，然后裝上卡箍，收緊端面螺栓組；此時，卡箍外卡法蘭外斜面，內(nèi)端面頂緊自密封圈。
由受力分析可知，當裝置承受高壓后，主分力轉(zhuǎn)化成卡箍邊的剪切力；而壓力上升，自密封唇邊張開，與內(nèi)斜面貼力也提高，壓力越高，密封效果將越好；還可以設(shè)置端面軟密封帶消除端邊誤差影響；端面螺栓受力分析僅為少量的端面推力。
上述技術(shù)方案實現(xiàn)的目標是①保證承壓及密封能力，且易于解體維護；②便于電解池組裝配，內(nèi)部壓力平衡，無氫氧混合(純度達到國家標準)，無氣相逸出管路阻力；③列管組便于功能附加安裝和流程調(diào)整，實現(xiàn)一體化要求。
本發(fā)明裝配過程第一步，將水電解池組裝置入槽體內(nèi)(或裝在敞開的圓端蓋軸向支撐上)；第二步，槽體與槽蓋合體；第三步，置入自密封圈，上卡箍；第四步，安裝功能附件，配管，裝配完畢。
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有(中壓)技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點 1、內(nèi)置電解池組浸沒在電解液中，壓力平衡，不易產(chǎn)生氫氧內(nèi)泄漏； 2、轉(zhuǎn)變電解池組(即中壓電解槽壓濾式多片組合結(jié)構(gòu))承壓為內(nèi)置，由槽體槽蓋等結(jié)構(gòu)件承受與環(huán)境壓差，并由此一體化設(shè)計，無氣相逸出管路阻力取消堿液強制循環(huán)系統(tǒng)； 3、雙斜面自密封設(shè)計消除了水電解槽裝配和解體困難； 4、氫氣高壓的輸出對鋼瓶充灌、液氫制取、石油高壓裂解、氫能應(yīng)用等均有積極意義； 5、副產(chǎn)氧氣的高壓輸出利于回收氧氣資源； 6、結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于自動化無人值守操作。



附圖1一體化高壓操作型水電解槽(矩形)主視圖電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，槽蓋[9]，列管(組)[10]，聯(lián)軸器[11]，擴展列管(組)[12]，功能附件(此處為磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15] 附圖2一體化高壓操作型水電解槽(矩形)左視圖電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，槽蓋[9]，列管(組)[10]，聯(lián)軸器[11]，擴展列管(組)[12]，功能附件(磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15] 附圖3一體化高壓操作型水電解槽(圓筒式)主視圖電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，端蓋[9]，列管(組)[10]，聯(lián)軸器[11]，擴展列管(組)[12]，功能附件(磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15] 附圖4一體化高壓操作型水電解槽(圓筒式)左視圖電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，列管(組)[10]，功能附件(磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15] 附圖5自密封結(jié)構(gòu)設(shè)計放大視圖槽體[2]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，槽蓋[9]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15]
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
實施例一參見附圖1、附圖2、附圖5所示，它主要由電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，槽蓋[9]，列管(組)[10]，聯(lián)軸器[11]，擴展列管(組)[12]，功能附件(磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15]等組成。
本實施例中，所述的槽體[2]為上開口矩形結(jié)構(gòu)件，可內(nèi)置電解池組[1]，并由抱箍[3]增強承壓能力；槽蓋[9]為結(jié)構(gòu)件，主體為平板，下有氫(氧)隔離氣腔，上有均布列管；夾鐵[7]外裹自密封帶[6]構(gòu)成有自密封唇邊的自密封圈，置于二片相配法蘭內(nèi)斜面形成的三角形空域內(nèi)；裝上卡箍[4]，收緊螺栓組[5]，此時，卡箍[4]沿法蘭外斜面[14]將槽體[2]和槽蓋[9]卡緊，端面則頂緊軟密封帶[8]同時也壓緊自密封帶[6]，夾鐵[7]。
實施例二參見附圖3、附圖4、附圖5所示，它主要由電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，端蓋[9]，列管(組)[10]，聯(lián)軸器[11]，擴展列管(組)[12]，功能附件(磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15]等組成。
本實施例中，所述的端蓋[9]為結(jié)構(gòu)件，主體為圓平板，可裝有軸向滑槽便于電解池組[1]敞開裝配，槽體[2]為端面開口的臥式圓筒形結(jié)構(gòu)件，由抱箍[3]增強承壓能力，槽體[2]上有均布列管，內(nèi)有氫(氧)隔離氣腔；將端蓋[9]以及電解池[1]推入槽體[2]；自密封帶[6]覆在夾鐵[7]成為具有唇邊的自密封圈，置于二片相配法蘭內(nèi)斜面形成的三角形空域內(nèi)；裝上卡箍[4]，收緊螺栓組[5]，此時，卡箍[4]沿法蘭外斜面[14]將槽體[2]和槽蓋[9]卡緊，端面則頂緊軟密封帶[8]同時也壓緊自密封帶[6]，夾鐵[7]。
權(quán)利要求
1、一體化的高壓操作型水電解槽，它主要由電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，槽蓋[9]，列管(組)[10]，聯(lián)軸器[11]，擴展列管(組)[12]，功能附件(磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15]等組成。其特征在于具有槽體、槽蓋結(jié)構(gòu)件，法蘭連接的內(nèi)斜面形成三角形空域，與夾鐵為骨架的自密封帶的唇邊形成自密封，當螺栓組收緊后，卡箍卡緊法蘭外斜面，并承接自密封帶的后退力；對(與槽體或槽蓋一體的)列管組進行配管及流程功能分配，可分別用作分離、洗滌、純化、緩沖儲罐等流程功能一體化。
全文摘要
本發(fā)明公開一種一體化的高壓型水電解槽，它主要由電解池組[1]，槽體[2]，抱箍[3]，卡箍[4]，螺栓組[5]，自密封帶[6]，夾鐵[7]，軟密封帶[8]，槽(端)蓋[9]，列管(組)[10]，聯(lián)軸器[11]，擴展列管(組)[12]，功能附件(磁性翻板液面計)[13]，法蘭外斜面[14]，法蘭內(nèi)斜面[15]等組成。其特征在于具有槽體、槽蓋結(jié)構(gòu)件，法蘭連接的內(nèi)斜面形成三角形空域，與夾鐵為骨架的自密封帶的唇邊形成自密封，當螺栓組收緊后，卡箍卡緊法蘭外斜面，并承接自密封帶的后退力；對(與槽體或槽蓋一體的)列管組進行配管及流程功能分配，可分別用作分離、洗滌、純化、緩沖儲罐等流程功能一體化。本發(fā)明具有同時提供高壓高純的氫氣和氧氣的能力，其高壓能量對氫(氧)的儲運，液氫制取、石油高壓裂解等具有積極意義。
文檔編號C25B1/12GK101302620SQ20071010433
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者原 高, 高洪山 申請人:原 高, 高洪山