一種節能水電解制氫電解槽的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型的結構涉及水電解制氫設備，特別涉及一種節能水電解制氫電解槽，具有高效、節能特點。
【背景技術】
[0002]水電解制氫是一種傳統的制氫方法，水電解制氫設備的核心部分是電解槽，當今世界水電解制氫技術應用與發展，所面臨的廣泛挑戰是降低能耗和制氫成本，提高使用壽命和安全性。通過長期研究和生產實踐，已經形成共識:改進電解槽電極結構和電極材料是提高電解效率的重要有效途徑。由于電解過程中，在電極表面存在著氣態、液態、電子與離子三相間迀移、互動的電化學反應，需要有足夠大的相互接觸反應的面積，同時也要求電極結構不使電解過程中氣體脫附、上升和電解液循環流動受阻，才能保證點解反應過程順利進行。本實用新型就是依據這樣的需求提出來的。
[0003]現有技術的極板結構普遍采用在一塊乳突型的主極板兩側附加一層鎳絲網的附極板，構成水電解制氫極板組件；另一種電極結構為一塊平面型主極板其兩側附加兩塊不銹鋼絲支撐網，再在兩側外各疊加一塊鎳絲網作為附極板。增加附極板的目的都是增大極板的表面積來提高點解效率，但這兩種方法都存在以下不足:
[0004](I)乳突型主極板通過乳突狀型面的凹凸表面增加極板表面積，并以此來支撐附極板，但是這種結構其表面積的增加收到乳突數量的限制，乳突設置的數量過多、密度大，不但制作十分困難，并且會引起氣體上浮和電解液循環流動的困難，影響電解效果。
[0005](2)乳突型極板成型需要比較復雜的成型模具，制造困難，成本比較昂貴，如需改型或改變極板規格，更新成本高，浪費大。
[0006](3)乳突型極板結構決定了其附加的網狀附極板層數不能多，一般采用單層，否則難以支撐和獲得與主極板同電位效果。因此，其附極板結構增加的表面積仍然有限。
[0007](4)采用平面主極板加不銹鋼支撐網和鎳絲網組成的壓疊式結構極板，由于不銹鋼支撐網和鎳絲網單層疊壓，必然導致增加的極板面積有限，如果多層隨機疊壓，也必然存在金屬絲網間的間隙度不均勻，在密壓處密度大、間隙小，引起氣體或電解液流動受阻，同時易在點解過程中產生的陽極流堵塞，造成安全事故。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的是:針對現有水電解制氫電解槽技術的不足和極板結構存在的缺陷，提供一種新型電極板結構的水電解制氫電解槽技術，通過改進電極板結構，較大幅度的提高電極表面積和電解效率，降低能耗和極板制造成本。
[0009]本實用新型的技術方案是:一種節能水電解制氫電解槽，包括分別位于兩端相對而設的圓形的正極端板和負極端板，正極端板和負極端板之間間隔交錯排布有圓形的組合密封墊和極板框組件，并保持平行，螺桿穿過正極端板和負極端板將組合密封墊和極板框組件緊固，所述的極板框組件由環狀的極板框和位于其環內的極板組件焊接而成，極板組件由一塊扁平圓柱體形狀的主極板和安裝在主極板的柱體兩端面的附極板組成。
[0010]所述的附極板是由0.2?Imm粗的純鎳絲或鍍鎳金屬絲編織成厚度為8?12mm多孔型、多層組合的網格板結構。
[0011]所述的網格板結構的附極板在豎直方向為多個六邊形或四邊形徑向通道，在水平方向為多個矩形橫向通道。
[0012]主極板由厚度為I?3_鍍鎳碳鋼板制成，在主極板上安裝有多個不銹鋼焊接螺柱，多個焊接螺柱沿軸向貫穿主極板，其中一個焊接螺柱位于主極板中心位置，其余焊接螺柱圍繞中心的焊接螺柱周向均布；
[0013]附極板上與設在主極板上的焊接螺柱的相對應位置開設有相同數量螺栓安裝孔，通過焊接螺柱和其相配套的不銹鋼螺母、不銹鋼墊片將附極板緊固在主極板的兩側。
[0014]所述的組合密封墊由環狀的橡膠密封墊和位于其環內的圓形的隔膜石棉布組合而成，隔膜石棉布的邊緣與橡膠密封墊的內環邊緣通過硫化熱壓組合而成。
[0015]所述的螺桿的兩端設有擰緊部件，該擰緊部件由內向外依次包括絕緣套、平墊圈、碟簧和螺母，絕緣套緊貼在正極端板或負極端板外圓面，正極端板和負極端板之間螺桿部分由絕緣導管套住。
[0016]本實用新型的有益效果
[0017](I)采用由鎳絲網編織的多孔型、多層組合的網格板制作的附極板，該極板有效表面積大，是現有技術的乳突型主極板+單層鎳網的電極結構有效點解面的3?5倍，在相同規格電解槽條件下，單臺電解槽的工作電流和產氣量可提高2?4倍，其平均每立方米制氫量電耗下降0.1?0.5kw.h左右電量。
[0018](2)由于新型附極板結構設置的多層、多孔式的徑向通道和橫向通道，且網格板具有一定的厚度和剛性，則能保證在極板受壓的狀態下，使氣體、液體流動順暢，使點解過程安全、持久運行。
[0019](3)電解槽主極板采用平板結構，簡單易制，無需復雜模具，比現有的乳突型極板制作成本極大的降低。
[0020](4)電解槽主極板與網格板制作的附極板采用焊接螺柱連接，安裝方便，連接牢固，主極板貼合良好，確保主、附極板同電位，可放置現有技術的電極結構，由于支撐或接觸不良而引起的安全故障。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型總體結構示意圖。
[0022]圖2是圖1的A部放大示意圖。
[0023]圖3a是極板組件的主視圖；圖3b是極板組件的左剖視圖。
[0024]圖4是圖3b的B部放大示意圖。
[0025]圖5a是附極板的主視圖；圖5b是附極板的左剖視圖；圖5c是附極板的俯視剖視圖。
[0026]圖6是圖5b的C部放大示意圖。
[0027]圖7是圖5c的D部放大示意圖。
[0028]附圖標記說明:1、螺母；2、螺桿；3、碟簧；4、負極端板；5、絕緣導管；6、正極端板；7、絕緣套；8、平墊圈；9、組合密封墊；10、極板框組件；11、橡膠密封墊；12、隔膜石棉布；13、極板框；14、極板組件；15、主極板；16、附極板；17、焊接螺柱；18、橫向通道；19、螺栓安裝孔；20、不銹鋼螺母；21、不銹鋼墊片；22、徑向通道。
[0029]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
【具體實施方式】
[0030]實施例1:
[0031]本實施例提供一種節能水電解制氫電解槽，如圖1和圖2所示，包括分別位于兩端相對而設的圓形的正極端板6和負極端板4，正極端板6和負極端板4之間間隔交錯排布有圓形的組合密封墊9和極板框組件10，并保持平行，螺桿2穿過正極端板6和負極端板4將組合密封墊9和極板框組件10緊固，所述的極板框組件10由環狀的極板框13和位于其環內的極板組件14焊接而成，極板組件14由一塊扁平圓柱體形狀的主極板15和安裝在主極板15的柱體兩端面的附極板16組成。
[0032]本實施例旨在提供一種更加高效的水電解制氫電解槽，其根本途徑在于增加電解面積，根本方式在于在原有電解槽的基礎上，增加了多孔洞的附極板16，結合圖1、圖2、圖3a、圖3b和圖4，在電解區域，多孔洞的附極板16的孔洞相比于沒有附極板16來說，其電解面積大大增加，而且這種結構相比于傳統的乳突型極板或平面主極板、不銹鋼絲支撐網和鎳絲網組成的極板組件，加工工藝簡單，費用減少，而且還能大大增加電解效率。
[0033]考慮到水電解制氫電解槽的高效性和規模性，也可通過提高壓力、增加電解槽的直徑和極板框組件組數來提高電解槽的電解效率。
[0034]實施例2:
[0035]在實施例1的基礎上，本實施例進一步進行說明，附極板16是由0.2?Imm粗的純鎳絲或鍍鎳金屬絲編織成厚度為8?12mm多孔型、多層組合的網格板結構。
[0036]更為精確地，在本實施例中，網格板結構的附極板16在豎直方向為多個六邊形或四邊形徑向通道22，在水平方向為多個矩形橫向通道18。
[0037]本實施例中，附極板16為網格板結構，徑向通道22和矩形橫向通道18完全通透，減小氣泡上浮阻力，其多孔形狀可設計成任何多孔形狀，主要是保證氣泡有足夠的空間上浮；附極板16的厚度是根據高效制氫電解槽的小室寬度進行設計的，這里的附極板16厚度為9_，多孔形狀為邊長3_的正四邊形，整個附極厚度方向板可由3層網格板結構組成，附極板16內部絲徑為0.2?1mm，考慮到附極板的支撐力，這里附極板絲徑為0.8mm。這樣的附極板結構相當于4層鎳絲網疊加而成，再考慮到橫向鎳絲增加的表面積，其有效點解面積是原來單層鎳絲網的3?5倍，則在相同型號電解槽的情況下，單臺電解槽的電流可提高2?5倍，進而單臺電解槽的產氣量提高了 2?5倍，在增大產氣量的同時，其他輔助設備及熱損耗基本不變，則平均每立方氫氧氣的電耗下降0.1?0.5度，極大的降低了電流損耗。
[0038]實施例3:
[0039]在實施例1的基礎上，本實施例進一步進行說明，主極板15與附極板16安裝前需進行表面雜質處理，然后進行多孔鎳電鍍工藝處理，進一步增大極板組件的表面積；主極板15與附極板16固定采用焊接螺柱17、不銹鋼墊片和螺母進行固定，保證附極板與主極板連接牢固。附極板16有兩塊，分別通過多個焊接螺柱17及與焊接螺柱17配套的不銹鋼螺母20、不銹鋼墊片21固定在主極板15的兩側。
[0040]焊接螺柱1