[发明专利]一种液浸池型水电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及一种将水分解成氢气和氧气的水电解技术，具体涉及一种水电解槽。

背景技术

利用电能，使某电解质溶液分解为其他物质的单元装置称为电解池，而电解池的组合称为电解槽，水电解池的组合则称之为水电解槽。常采用薄形电解池、大面积催化电极，减小气泡(带压操作)以及在池内的潴留体积(强制循环)等措施来提高电解效率，常见装置是带碱液(泵)强制循环的薄形电解池压滤组的(1.6MPa、3.2MPa等)中压水电解槽。

压滤组结构无需对单元电解池单独供电，只要在(正负电极)两端供直流电，整个装置就是串联回路，总电压为单池分电压之和，总电流与单元池的分电流相同；因为每个分电压都高于水的分解电压，所以单元池均能独立完成各自的电解生产氢氧，这时，电解槽的总产量为单元池产量之和。

压滤组结构存在多个密封面，尤其在带压操作时，要实现可靠的密封成本很高，有文章提到国外推出的一款5MPa操作压力的新产品，仅仅提高了1MPa压力，其制造成本约提高40％，由此可知，这种“堵”的密封方式，很难适应进一步提高压力的水电解操作。

当前，获得高压氢气的主流工艺路线是，先制取常压或中压氢气，然后通过多级氢气压缩机的压缩，其获取高压氢气的成本很高，这无疑会限制氢气的应用范围。

如果能够通过直接高压电解工艺来获得高压氢气，肯定具有较好的经济性。

由法拉第电解定律可知，物质的电解过程与分解电压以及直流电量有关，而与压力无关；据资料介绍，在国外存在高压操作(20MPa)的碱性水电解装置，如屈里惠尔装置采用单极性筒形电解池，池内阻和接线电阻都大，能耗较高；CJB装置的原理实质上是中压装置加承压容器，并在空隙中灌纯水，可通过纯水的力传递，消除池内外压差来改善密封，其缺点在于增加了昂贵的高压容器成本，还有，系统需要碱液(泵)强制循环，这是薄弱环节。

由此得出的结论是，理论上，水电解制氢氧可以直接高压操作，也有小型操作实例；但从现有技术层面来看，按现有中压水电解槽制作工艺，无法实现高压操作，而屈里惠尔型可以应用在不计成本的特殊场合，CJB具有技术合理性，但存在诸多经济和技术问题，缺乏市场竞争力。

发明内容

本发明目的是提供低能耗的，廉价的，适合任意操作压力的碱性水电解槽系列产品。

本发明具有成本低廉，适应任意压力操作、安全可靠的特点：摒弃了传统“堵”的密封方式，也与CJB的内碱外水有所不同，即采用“疏”即全电解液池浸形式，不存在碱液泄漏，通过液浸始终满足池内外的压力和温度平衡，还可以实现氢、氧气在容器内直排，降低池内气泡的逸出阻力，具备取消碱液强制(泵)循环的条件；然后将电解池压滤组包装轻质制壳，到用户现场的地坑填埋强化，用填实的廉价粒状材料(如型砂、铁砂、混凝土等加些粘结剂)承压，代替笨拙的高压容器，节约优质钢材。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：电极(框)有三种，双极框、正极板和负极板以及定尺石棉隔膜布、催化电极网，经过压滤式组装，玻璃钢轻质制壳，填埋，配备其他的流程器件、管路和阀门以及控制系统、直流电源等，形成完整的水电解制氢生产能力。

其中，双极框体用耐碱塑料制作，内嵌金属隔板(不锈钢或碳钢薄板镀镍)，分出两腔分别作为正负单元池，在框体两端(上下端面或侧端面)钻孔，两端的钻孔仅各自连通其中一池，作为气液道；正极(框)为单性池(接正电源产氧)，由金属厚板制作(不锈钢或碳钢板镀镍)，辅以塑料框对外绝缘，一端钻孔作为氧道；负极(框)也为单性池(接负电源产氢)，全金属制作，尺寸要比双极框、正极框大些，除氢道外，周边布置些钻孔用于穿过螺栓，夹紧压滤组以及连接池顶和池底。池顶和池底的结构类似，外围为圆弧形，便于与内衬相配，内有隔板起到加强和隔离作用，并按需要配氢、氧及工艺连接管道接口，当与压滤组两端的负极框装配后，形成牢固整体。

剩下是在压滤组外围配内衬，然后按高强度玻璃钢工艺制壳，通常采用高强度纤维缠绕式树脂粘贴，达到轻质承压能力(如1-2MPa)，若需进一步提高操作压力，则采用地坑填埋方式，其填埋材料及厚度按承压要求确定。

本发明装配过程之一(并联槽型)