本發(fā)明涉及水電解制氫設備，具體涉及一種水電解制氫電解裝置及其方法。

背景技術：

眾所周知，提高水電解制氫過程的工作壓力是提高電解效率的一種比較經濟、有效的途徑之一。傳統(tǒng)的水電解制氫水電解槽的工作壓力一般采用0.1MPa～1.6MPa之間，為提高電解效率當今國內外的水電解制氫行業(yè)，有的將工作壓力提高3.0MPa～3.5MPa，最高不會超過3.5MPa，而高于3.5MPa高壓運行的電解槽密封安全矛盾將進一步突出，成為制約的瓶頸技術。

由于氫氣的體積能量密度很低，氫氣在工業(yè)各個領域實際應用，都需經過加壓在高的體積密度下進行儲存和運輸，要增加相應的設備和運行成本。隨著國內外科技進步，新技術、新工藝、新設備不斷發(fā)展，氫的應用范圍也有了新的拓展，有些化工行業(yè)希望提供壓力>3.5MPa氫氣源連接供氣，作為化工作業(yè)過程的優(yōu)質還原劑或原料氣，在這樣背景情況下，>3.5MPa工作壓力的高壓水電解槽的密封技術的開發(fā)試驗研究工作，引起更加的關注。

現有技術的水電解制氫電解槽的密封方法，通常都采用耐堿性較好的聚四氟橡膠或三元乙丙橡膠制作的平板型密封墊，通過螺桿的緊固力，將設立密封墊兩側的極板框壓緊，實現其兩個相鄰端面之間的密封。如果需要提高電解槽工作壓力進行密封，傳統(tǒng)的途徑是進一步加大對密封件的壓緊力，來提高其密封效果，但這種現有密封技術存在著有以下不足：

（1）依靠增大壓緊力來提高密封效果，勢必隨伴引起橡膠密封材料的壓縮變形量加大，減少了工作條件下回彈量，過大的壓緊力和初期壓縮形變量，往往引起橡膠密封件的早期失效。

（2）平板型橡膠密封件在壓緊狀態(tài)下服役過程中，都會產生壓縮蠕變收縮變形，壓緊力越大，會引起蠕變形變亮加大和蠕變速度加快，往往采用增加碟簧數量進行補縮，放松馳也難以奏效。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是克服現有中壓水電解制氫電解槽的密封技術不足的問題，提供一種水電解制氫電解裝置及其方法來適應當今化工行業(yè)市場開拓和今后發(fā)展的潛在市場對高壓制氫、直接供氣的需求，通過改進現有電解槽密封結構形式，將多組密封原理轉化為兩組密封原理,來提高設備的工作壓力下的密封效果，以滿足>3.5MPa工作壓力的高壓力水電解制氫電解槽密封要求，進而可以提高電解效率。

本發(fā)明的技術方案是提供了一種水電解制氫電解裝置及其方法，包括電解槽，所述電解槽外部套有圓筒，所述圓筒與電解槽之間的腔體內設有氧氣出氣管，電解槽上連接有氫氣出氣管。

所述圓筒兩端分別連接有端板，所述氧氣出氣管和氫氣出氣管都穿過端板連接至圓筒外部。

所述圓筒外部設有汽水分離器，所述汽水分離器上連接有氧氣平衡管一和氧氣平衡管二，所述氧氣平衡管一穿過端板與電解槽連通，所述氧氣平衡管二穿過端板與圓筒與電解槽之間的腔體連通。

所述圓筒采用一體式焊接形成的圓筒結構。

所述圓筒兩端都焊有法蘭，法蘭與端板密封連接。

所述圓筒兩端的法蘭與端板之間設有密封墊。

所述圓筒兩端與端板之間還通過拉桿拉緊。

一種水電解制氫電解方法，所述電解槽產出的氫氣通過氫氣出氣管出來直接進入使用車間，電解槽產出的氧氣通過氧氣平衡管一進入汽水分離器內，除去氧氣中的水蒸氣和水，除水后的氧氣通過氧氣平衡管二再進入圓筒和電解槽之間的腔體中，最后通過氧氣出氣管排出。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法采用自平衡密封原理，電解槽產出的氧氣首先排入密封殼與電解槽之間的腔體內，利用產出的氧氣形成自平衡效果，再由腔體經過密封端板排出至電解槽外部，該電解裝置能對高壓力的氣體自平衡密封功能，當電解槽工作壓力提高時，電解槽內部和外部的壓力也隨之提高，電解槽密封效果不受壓力增壓影響，由此可以滿足工作壓力>3.5MPa電解槽的密封要求。

（2）本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法以自平衡結構和氧氣作為平衡氣體的方式解決了現有中壓水電解制氫電解槽的密封技術不足的問題，可以適應和滿足>3.5MPa工作壓力下水電解制氫電解槽的密封，可以滿足某些新興化工產生的高壓制氫直接供氣的需求，降低高壓儲存和高壓運輸環(huán)節(jié)而產生的能耗和運行成本，相應創(chuàng)造了社會效益

（3）本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法通過圓筒采用一體式焊接形成的圓筒結構，電解槽放置于密封圓筒內部，并用端板密封圓筒兩端，只形成兩個密封面，解決了原油設備密封面多，密封效果差的問題。由于密封的端板強度要高，所述端板采用高強度碳鋼板，端板強度根據設計壓力而定。

（4）本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法通過在圓筒兩端都焊有法蘭，法蘭與端板密封連接，通過傳統(tǒng)的法蘭密封即可完成，密封效果可達到10mpa以上。

（5）本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法通過在圓筒兩端的法蘭與端板之間設有密封墊，在圓筒兩端與端板之間還通過拉桿拉緊，進一步增加密封效果。

（6）本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法電解槽采用傳統(tǒng)的中低壓電解槽即可，電解槽采用螺桿拉緊密封，無需對電解槽進行復雜工藝的密封結構。電解槽上也設有多個密封墊密封，電解槽外部通過圓筒密封，這種自平衡密封結構使得電解槽上的密封墊不必采用過高的壓緊力下服役，延長密封墊的使用壽命，同時也可以簡化結構，還可以滿足高壓力水電解制氫電解槽的密封。

以下將結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明水電解制氫電解裝置的結構示意圖。

附圖標記說明：1、氧氣出氣管；2、氫氣出氣管；3、端板；4、圓筒；5、電解槽；6、氧氣平衡管一；7、汽水分離器；8、氧氣平衡管二。

具體實施方式

實施例1：

為了克服現有中壓水電解制氫電解槽的密封技術不足的問題，本實施例提供了一種如圖1所示的水電解制氫電解裝置，包括電解槽5，所述電解槽5外部套有圓筒4，所述圓筒4與電解槽5之間的腔體內設有氧氣出氣管1，電解槽5上連接有氫氣出氣管2。

所述圓筒4兩端分別連接有端板3，所述氧氣出氣管1和氫氣出氣管2都穿過端板3連接至圓筒4外部。

所述圓筒4外部設有汽水分離器7，所述汽水分離器7上連接有氧氣平衡管一6和氧氣平衡管二8，所述氧氣平衡管一6穿過端板3與電解槽5連通，所述氧氣平衡管二8穿過端板3與圓筒4與電解槽5之間的腔體連通，形成自平衡結構，以氧氣作為平衡氣體。

本發(fā)明提供的這種水電解制氫電解方法如下：

電解槽5產出的氫氣通過氫氣出氣管2出來直接進入使用車間，電解槽5產出的氧氣通過氧氣平衡管一6進入汽水分離器7內，除去氧氣中的水蒸氣和水，除水后的氧氣通過氧氣平衡管二8再進入圓筒4和電解槽5之間的腔體中，最后通過氧氣出氣管1排出。

所述電解槽5采用傳統(tǒng)的中低壓電解槽即可，中壓電解槽承受壓力為1.6MPa～10MPa，低壓電解槽承受壓力為0.1MPa～1.6MPa，電解槽5采用螺桿拉緊密封，無需對電解槽5進行復雜工藝的密封結構，電解槽5上也設有多個密封墊密封，電解槽5外部通過圓筒密封，這種自平衡密封結構使得電解槽5上的密封墊不必采用過高的壓緊力下服役，延長密封墊的使用壽命，同時也可以簡化結構，還可以滿足高壓力水電解制氫電解槽的密封。

本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法采用自平衡密封原理，電解槽產出的氧氣首先排入密封殼與電解槽之間的腔體內，利用產出的氧氣形成自平衡效果，再由腔體經過密封端板排出至電解槽外部，該電解裝置能對高壓力的氣體自平衡密封功能，當電解槽工作壓力提高時，電解槽內部和外部的壓力也隨之提高，電解槽密封效果不受壓力增壓影響，由此可以滿足工作壓力>3.5MPa電解槽的密封要求。

本發(fā)明的這種水電解制氫電解裝置及其方法以自平衡結構和氧氣作為平衡氣體的方式解決了現有中壓水電解制氫電解槽的密封技術不足的問題，可以適應和滿足>3.5MPa工作壓力下水電解制氫電解槽的密封，可以滿足某些新興化工產生的高壓制氫直接供氣的需求，降低高壓儲存和高壓運輸環(huán)節(jié)而產生的能耗和運行成本，相應創(chuàng)造了社會效益。

實施例2：

在實施例1的基礎上，本實施例提供了一種如圖1所示的水電解制氫電解裝置，所述圓筒4采用一體式焊接形成的圓筒結構，電解槽放置于密封圓筒內部，并用端板密封圓筒兩端，只形成兩個密封面，解決了原油設備密封面多，密封效果差的問題。由于密封的端板強度要高，所述端板3采用高強度碳鋼板，端板3強度根據設計壓力而定。

所述圓筒4兩端都焊有法蘭，法蘭與端板3密封連接，通過傳統(tǒng)的法蘭密封即可完成，密封效果可達到10mpa以上。

為了進一步增加密封效果，所述圓筒4兩端的法蘭與端板3之間設有密封墊，所述圓筒4兩端與端板3之間還通過拉桿拉緊。

以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。