專利名稱：一種液浸池型水電解槽的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種將水分解成氫氣和氧氣的水電解技術，具體涉及一種水電解槽。
背景技術：
利用電能，使某電解質溶液分解為其他物質的單元裝置稱為電解池，而電解池的組合稱 為電解槽，水電解池的組合則稱之為水電解槽。常采用薄形電解池、大面積催化電極，減小 氣泡(帶壓操作)以及在池內的潴留體積(強制循環)等措施來提高電解效率，常見裝置是 帶堿液(泵)強制循環的薄形電解池壓濾組的(1.6MPa、 3.2MPa等)中壓水電解槽。
壓濾組結構無需對單元電解池單獨供電，只要在(正負電極)兩端供直流電，整個裝置 就是串聯回路，總電壓為單池分電壓之和，總電流與單元池的分電流相同；因為每個分電壓 都高于水的分解電壓，所以單元池均能獨立完成各自的電解生產氫氧，這時，電解槽的總產 量為單元池產量之和。
壓濾組結構存在多個密封面，尤其在帶壓操作時，要實現可靠的密封成本很高，有文章 提到國外推出的一款5MPa操作壓力的新產品，僅僅提高了 lMPa壓力，其制造成本約提高 40%，由此可知，這種"堵"的密封方式，很難適應進一步提高壓力的水電解操作。
當前，獲得高壓氫氣的主流工藝路線是，先制取常壓或中壓氫氣，然后通過多級氫氣壓 縮機的壓縮，其獲取高壓氫氣的成本很高，這無疑會限制氫氣的應用范圍。
如果能夠通過直接高壓電解工藝來獲得高壓氫氣，肯定具有較好的經濟性。
由法拉第電解定律可知，物質的電解過程與分解電壓以及直流電量有關，而與壓力無關； 據資料介紹，在國外存在高壓操作(20MPa)的堿性水電解裝置，如屈里惠爾裝置采用單極 性筒形電解池，池內阻和接線電阻都大，能耗較高；CJB裝置的原理實質上是中壓裝置加承 壓容器，并在空隙中灌純水，可通過純水的力傳遞，消除池內外壓差來改善密封，其缺點在 于增加了昂貴的高壓容器成本，還有，系統需要堿液(泵)強制循環，這是薄弱環節。
由此得出的結論是，理論上，水電解制氫氧可以直接高壓操作，也有小型操作實例；但 從現有技術層面來看，按現有中壓水電解槽制作工藝，無法實現高壓操作，而屈里惠爾型可 以應用在不計成本的特殊場合，CJB具有技術合理性，但存在諸多經濟和技術問題，缺乏市 場競爭力。

發明內容
本發明目的是提供低能耗的，廉價的，適合任意操作壓力的堿性水電解槽系列產品。 本發明具有成本低廉，適應任意壓力操作、安全可靠的特點摒棄了傳統"堵"的密封 方式，也與CJB的內堿外水有所不同，即采用"疏"即全電解液池浸形式，不存在堿液泄漏， 通過液浸始終滿足池內外的壓力和溫度平衡，還可以實現氫、氧氣在容器內直排，降低池內 氣泡的逸出阻力，具備取消堿液強制(泵)循環的條件；然后將電解池壓濾組包裝輕質制殼，
3到用戶現場的地坑填埋強化，用填實的廉價粒狀材料(如型砂、鐵砂、混凝土等加些粘結劑) 承壓，代替笨拙的嵩壓容器，節約優質鋼材。
為了達到上述目的，本發切的技術方案是電極(框)有三種，雙極框、正極板和負極 板以及定尺石棉隔膜布、催化電極網，經過壓濾式組裝，玻璃鋼輕質制殼，填埋，配備其他 的流程器件、管路和閥ll以及控制系統、直流電源等，形成完整的水電解制氫生產能力。
其中，雙極框體用耐堿塑料制作，內嵌金屬隔板(不銹鋼或碳鋼薄板鍍鎳)，分出兩腔分 別作為正負單元池，在框體兩端(上下端面或側端面)鉆孔，兩端的鉆孔僅各自連通其中一 池，作為氣液道；正極(框)為單性池(接正電源產氧)，由金屬厚銀制作(不銹鋼或碳鋼板 鍍鎳)，輔以塑料框對外絕緣， 一端鉆孔作為氧道；負極(框)也為單性池(接負電源產氫)， 全金屬制作，尺寸要比雙極框、正極框大些，除氫道外，周邊布置些鉆孔用于穿過螺栓，夾 緊壓濾組以及連接池頂和池底。池頂和池底的結構類似，外圍為圓弧形，便于與內襯相配， 內有隔板起到加強和隔離作用，并按需要配氫、氧及工藝連接管道接口，當與壓濾組兩端的 負極框裝配后，形成牢固整體。
剰下是在壓濾組外圍配內襯，然后按高強度玻璃鋼工藝制殼，通常采用高強度纖維纏繞 式樹脂粘貼，達到輕質承壓能力(如l-2MPa)，若需進一步提高操作壓力，則采用地坑填埋 方式，其填埋材料及厚度按承壓要求確定。
本發明裝配過程之一 (并聯槽型) '
首先，壓濾組疊加過程第l步，取負極框水平放置；第2步，覆隔聘布；第3歩，疊 加雙極框；第4步，再次覆隔膜布；第5步至rl步，再疊雙極框，再覆隔膜布，再疊雙極框， 再覆隔膜布，......；第n+l步，疊加正極框；第rH"2步，覆隔膜布，第n+3步，疊加雙極框；
第n + m步，再覆隔膜布，再疊雙極框，再覆隔膜布，......；第n + m+l步，疊加第二塊負
極框。(注布每個電解池內均置入催化電極網)
其次，夾緊過程取雙頭螺栓，穿過兩端負極框孔，通過轉動螺母將壓濾組夾緊。
第三，取池頂池底構件，架在壓濾組上下，與兩端負極框螺栓連接(也起到上下端夾緊 作用)。
第四，配作內襯。
第五，制殼，手工或將壓濾組裝在纏繞機，制作(玻纖或碳纖強化型)玻璃鋼外殼。 第六，在用戶使用現場，采用地坑填埋或外套箱填埋實施安裝。 本發明裝配過程之二 (單槽型)
與并聯槽型相同，其區別在于僅使用一塊正極框和一塊負極框，壓濾組的一端為正(端 面需要絕緣〉另一端為負。
由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比，具有以下優點-
1、 電極(框)、隔膜等制作簡單，便于組織生產并可采用降低電流密度方式節能；
2、 氣填通暢，避免喊液(泵)強制循環流程，可降低對原料水質的要求i3、 壓濾組浸沒在電解液中，壓力，溫度均衡，極間密封簡單，適應任意壓力操作；
4、 全封閉或半封閉輕質制殼，重量輕，無泄漏，不大量耗用優質鋼材，現場填埋承壓， 既滿足承壓、文安全可靠，免維護，十年大條或報廢期后更新容易.經濟實惠；
5、 直接高壓電解制氫有利于后續的氫氣純化、干燥處理以及氣體儲運工作；
6、 拓寬水電解制氫的應用領域，如液氫制取、石油高壓裂解、氫能源應用等，還能夠與 風力發電等不均衡新能源匹配，有規模蓄能和轉換能源的積極意義；
7、 副產氧氣可直接處理和充灌鋼瓶回收。


附圖、1:雙極框[l]，催化電極網及隔膜[2]，正極框[3]，負^框[4]，池頂及隔離[5]，池底 16〗，內襯7]，輕質制殼[8]，工藝接管[9]，接線排[IO]，排氧域及連管[ll]，排氫域及連管[12]， 填埋室[13]，粒狀填料[14，填埋室蓋[15]，泄壓安全室蓋[16]，泄壓安全室[17]。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的翁述。
參見附圖l、 2所示，它主要由雙極框[l]，催化電極網及隔膜[2]，正極框3]，負極框[4〗， 池頂及隔離[5]，池底問，內襯[7]，輕質制殼[8]，工藝接管[9]，接線排t10]，排氧域及連管[ll]， 排氫域及連管[121，填埋室[13]，粒狀填豐4{14]，填埋室蓋[15]，泄壓安全室蓋[16],泄皮安 全室[17]等組成。
本實施例中，所述的電解池壓濾組構件由雙極框[l]，催化電極網及隔膜[2],正極框[3]， 負極框[4]等組成，按壓濾式疊加，其兩端由螺栓予以夾緊，并裝上池頂及隔離[5]和池底[6}， 然后配作內胎模[7]，制作輕質(高強度玻璃或碳纖維纏繞)玻璃鋼外殼，成槽，形成水電解 槽產品,*另外在用戶現場，預制填埋室[13]，粒狀填料[14)，填埋室蓋[15]等，將整槽置入填 埋室[13]中，配好管道、電纜等連接后，用粒狀填料114]填實，加填埋室蓋[15]，并與預埋鐵 或預埋螺栓連接，封閉牢固；另外從高壓安全考慮，可制作輔助功能的泄壓安全室[17]，泄 壓安全室蓋[16]可以是地溝型，平時用于接電纜、接管、排污用途，意外時卸壓確保地面操 作人員的去全。
從簡化起見，小型裝置可采用外套箱，^僅在輕質制殼承壓能力內操作，則無需填埋。
權利要求
1、一種液浸池型水電解槽，它主要由雙極框[1]，催化電極網及隔膜[2]，正極框[3]，負極框[4]，池頂及隔離[5]，池底[6]，內襯[7]，輕質制殼[8]，工藝接管[9]，接線排[10]，排氧域及連管[11]，排氫域及連管[12]，填埋室[13]，粒狀填料[14]，填埋室蓋[15]，泄壓安全室蓋[16]，泄壓安全室[17]等組成，其特征在于全封閉或半封閉的輕質制殼(可用填埋方式強化)，內置的電解池壓濾組，在處于電解液浸泡時通電工作，各單元電解池所產氫、氧氣，沿各自的出氣孔在池兩端自然向上逸出，經排氫域或排氧域，沿氫連管或氧連管逸出電解槽；
2、 根據權利要求1所述的一種液浸池型水電解槽，其特征在于內置的電解池壓濾組是 由雙極框、催化電極網及隔膜、正極框、負極框等電解池構件依次疊加，然后逋過池頂、池 底以及緊固件等連接而成；
3、 根據權利要求1所述的一種液浸池型水電解槽，其特征在于輕質制殼是以電解池壓 濾組為芯包裹而成槽，采用的玻璃鋼或類似材料及制作工藝，如采用樹脂、添加纖維的粘貼、 復合或纏繞等工藝形式和材料等；
4、 根據權利要求l所述的一種液浸池型水電解槽，其特征在于整槽填埋強化是通過在 使用場地預制地坑或外套箱，置槽于其中，通過填實廉價的粉粒狀物料(如型砂、鐵砂、混 凝土以及粘結劑等)，提高制殼的承壓能力和操作安全性。
全文摘要
本發明公開了一種液浸池式水電解槽，它主要由雙極框[1]，催化電極網及隔膜[2]，正極框[3]，負極框[4]，池頂及隔離[5]，池底[6]，內襯[7]，輕質制殼[8]，工藝接管[9]，接線排[10]，排氧域及連管[11]，排氫域及連管[12]，填埋室[13]，粒狀填料[14]，填埋室蓋[15]，泄壓安全室蓋[16]，泄壓安全室[17]等組成；裝置具有全封閉或半封閉的輕質制殼(可用填埋方式強化)，內置的電解池壓濾組，在處于電解液浸泡時通電工作，各單元電解池所產氫、氧氣，沿各自的出氣孔在池兩端自然向上逸出，經排氫域或排氧域，沿氫連管或氧連管逸出電解槽。本發明具有成本低廉，適應任意壓力操作、安全可靠的特點摒棄傳統“堵”的密封方式，采用“疏”即電解液池浸形式，氫、氧氣直通直排，無需堿液循環泵，全封閉或半封閉(玻璃鋼)輕質制殼則可在現場通過填埋方式承受高壓操作。
文檔編號C25B1/08GK101519787SQ20081008062
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月25日 優先權日2008年2月25日
發明者原 高, 高洪山 申請人:高 原;高洪山