一种水电解制氢的极板结构的制作方法

1.本实用新型涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种水电解制氢的极板结构。

背景技术：

2.一般电解制氢的电解槽由数十个到上百个电解小室按规律叠压组成，每个电解小室由正极板、氧化催化电极、阻气隔膜、绝缘密封垫片、氢催化电极、负极板等部分组成，电解的直流电加在电解槽两端极板上，一端为正极，一端为负极，内部的极板通过形成的电场得电。每个电解小室的正极为紧邻电解小室的负极，在极板四周设有极框，在极框特定位置有提供氢气、氧气、碱液或纯水流道，这些流道连通相应小室，开孔与外界系统管道连接，达到制氢的要求。
3.由于强酸性电解质组成的电解液对金属具有强烈的腐蚀性，所以电解槽的电解液一般为碱性溶液，为了降低过电位，减少电能消耗，电解槽的工作温度为85-90
°
c.这样的碱浓度和温度恰恰是碳钢容易发生碱蚀的范围。尽管现有技术大多对碳钢材质的电极做镀镍或其他表面防腐处理，但由于电极板的工作环境和结构特性，也无法避免其使用中的腐蚀情况:
4.1.极板板面的腐蚀现象现有极板大多采用乳突结构，为了定位极板和阻气隔膜的位置，由于电解槽在组装完毕后，需要经过高温蒸汽蒸煮的工序，越靠近蒸汽进口的极板，腐蚀点增多，经检测发现，在高温蒸汽中如果有超标的氯离子，这些有害离子进入极板镀层的微孔中，并在微孔中富集，微孔中的cl-和fe
2+
离子发生水解反应，形成腐蚀性极强懂的酸，反应持续进行，从而引发孔蚀。
5.2.极板板面的电偶腐蚀现象极板表面的镀镍层，标准电极电位为-0.25v，而铁的标准电极电位为-0.44v，所以镀层与碳钢形成一对电偶，同时在电解液中会发生电化学反应。铁是阳极失去电子被溶解，镍是得到电子释放氢。由于孔蚀和电偶腐蚀的联合作用，腐蚀速度往往很快。
6.3.由于蒸煮过程中，蒸汽会冷凝形成水被阻气隔膜布吸收，并浓缩为有害离子，当乳突定压阻气隔膜时，各电极间距变小，极间电阻变小，乳突极易成为腐蚀严重的部位并引起起泡穿孔，从而失去镀层保护的作用。
7.现有技术大多采用贯穿电解槽两端极板的方式将各电解小室进行连接，在维修某一个电解小室时，其他电解小室的内部结构都被拆解，造成组装和维修的工作繁重，降低效率。

技术实现要素：

8.本实用新型目的在于提供一种模块化易减少极板腐蚀现象的一种水电解制氢的极板结构，以解决上述背景技术中提出的问题；
9.为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：一种水电解制氢的极板结构，包括阻气隔膜，设置在所述阻气隔膜左侧的阳极极板、设置在所述阻气隔膜右侧的阴极极
板、套设在所述阻气隔膜外周的喷管系统以及设置在所述阴极极板外周的吸收架；
10.还包括依次连接所述阳极极板、阻气隔膜、阴极极板的连接件；
11.所述吸收架固定连接在所述连接件喷管系统上。
12.进一步的：
13.所述喷管系统包括喷管支架、固定在喷管支架上端横向设置的横喷管与所述横喷管左侧连通的左竖喷管、与所述横喷管右侧连通的右竖喷管以及连接所述左竖喷管和右竖喷管的下接板；
14.所述横喷管上设置有入液口；
15.所述下接板下端连通有出液口；
16.所述横喷管、左竖喷管以及右竖喷管上设置有喷头；
17.所述入液口与高压泵连接。
18.进一步的：
19.所述连接件包括连接柱、设置在所述连接柱上部的上固定器以及设置在所述连接柱下部的下固定器；
20.所述上固定器将所述阳极极板与喷管支架固定连接；
21.所述下固定器将所述喷管支架与所述阴极极板固定连接；
22.所述阻气隔膜设置在所述上固定器与下固定器之间。
23.进一步的：
24.所述上固定器包括固定连接在所述连接柱上的上横板以及连接在横板上平面的上锥板；
25.所述上横板圆周均布设置在所述连接柱上；
26.所述阳极极板上开设有与所述上锥板相同锥度的上凹槽；
27.所述上锥板插入所述上凹槽内契合连接。
28.进一步的：
29.所述下固定器包括固定连接在所述连接柱下端的下横板以及连接在下横板下平面的下锥板；
30.所述下横板圆周均布设置在所述连接柱下端；
31.所述阴极极板上开设有与所述下锥板相同锥度的下凹槽；
32.所述下锥板插入所述下凹槽内契合连接。
33.进一步的：
34.所述吸收架包括设置在所述阴极极板左侧的左架、设置在所述阴极极板右侧的右架、连接所述左架和右架的侧架；
35.所述侧架与所述阴极极板右侧面间距2-5mm。
36.进一步的：
37.所述吸收架为铁质材料的网状结构。
38.进一步的：
39.所述吸收架材质为树脂或活性炭。
40.进一步的：
41.所述阴极极板包括阴极石墨板以及包覆在所述阴极石墨板外侧的阴极钢板；
42.所述阳极极板包括阳极石墨板以及包覆在所述阳极石墨板外侧的阳极钢板；
43.所述连接件包括嵌入所述阳极石墨板内的上嵌盘、嵌入所述阴极石墨板内的下嵌盘、螺纹连接所述上嵌盘和下嵌盘的螺纹体、与所述螺纹体左侧螺纹连接的左螺栓以及与所述螺纹体右侧螺纹连接的右螺栓；
44.所述螺纹体贯穿所述喷管支架以及阻气隔膜。
45.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
46.1. 本技术在阻气隔膜四周架设喷管系统，由于高温蒸汽中的有害氯离子在电解初期存积在阻气隔膜中，必须采取集中去除的方式，即高压冲洗，将有害氯离子冲出；并在容易产生腐蚀的阴极极板侧增加可与有害氯离子反应的吸收架，与剩余的氯离子反应，从而保护极板不与氯结合，避免了腐蚀现象发生。
47.2. 本技术还通过连接件和吸收架，将阳极极板、阻气隔膜、阴极极板进行连接，实现一个电解小室的单独模块，再将多个模块进行两两连接即可放入电解槽内，当发现腐蚀严重的电解小室时，无需整体拆卸，实现组装和维护方便。
48.3. 本实施例以及图纸展现的为平面电极板，对于带乳突的电极板，同样可以增加连接件和吸收架进行模块化和防腐保护处理的结构，只是与电极板的组装结构进行调整即可，本技术可使用在多种水电解制氢的电解槽内，适用范围广，且结构简单，有利于成本降低。
附图说明
49.附图1为本实用新型实施例1的剖视结构示意图；
50.附图2为本实用新型的实施例1的右视结构示意图；
51.附图3为本实用新型的实施例1连接件的立体结构示意图；
52.附图4为本实用新型的实施例2的组装结构示意图；
53.附图5为本实用新型的实施例2的局部结构示意图；
54.附图6为本实用新型的实施例2连接件的立体结构示意图；
55.附图7为本实用新型的实施例3连接件的立体结构示意图。
56.其中，1 阴极极板；11 阴极石墨板；12 阴极钢板；2 阻气隔膜；3 阳极极板；31阳极石墨板；32 阳极钢板；4 喷管系统；41 喷管支架；42 横喷管；43 左竖喷管；44 入液口；45 右竖喷管；46 下接板；47 出液口；5 连接件；51 连接柱；51a螺纹体；52 上固定器；521 上横板；522 上锥板；52a上嵌盘；531 下横板；532 下锥板；53 下固定器；53a 下嵌盘；54a 右螺栓；55 放松垫圈；55a 左螺栓；6 吸收架；61 左架；62 右架；63 侧架。
具体实施方式
57.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
58.需要解释的是，术语“高度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的显示。
59.如图1-3所示，一种水电解制氢的极板结构，包括阻气隔膜2，设置在所述阻气隔膜
2左侧的阳极极板3、设置在所述阻气隔膜2右侧的阴极极板1、套设在所述阻气隔膜2外周的喷管系统4以及设置在所述阴极极板1外周的吸收架6；还包括依次连接所述阳极极板3、阻气隔膜2、阴极极板1的连接件5；所述吸收架6固定连接在所述连接件喷管系统4上。
60.在电解槽使用过程中，有时很短一段时间，极板表面就发生了严重腐蚀，腐蚀现象大多在镀层最厚的乳突上发生腐蚀，且镀层起泡，表面有多个黑点，极板表面几乎被腐蚀穿透，极板与阻气隔膜接触最近的地方容易发生镍铁电偶腐蚀。在研究极板气体通道腐蚀的机理中发现，腐蚀情况还存在垢下腐蚀，由于电解液中的颗粒与极板或气体通道产生污垢后，有害离子被污垢吸附从而产生的垢下金属加速腐蚀的现象。根据气体通道腐蚀发生位置的特殊性，当电解槽工作时，电解电流由正极流向负极，在极板上存在电解电流，其电子流动的方向在极板的负极是由碳钢集体流向镀层，与镍铁发生电偶腐蚀时的电子流动方向相同，强化了阴极电极侧发生电偶腐蚀的趋势，在阳极极板的电子流动方向与镍铁发生电偶腐蚀方向相反，有减弱腐蚀的趋势。从现场腐蚀情况看，阴极极板即产氢侧腐蚀严重。
61.本技术基于以上现象采取两项改进，在阻气隔膜2四周架设喷管系统4，由于高温蒸汽中的有害氯离子在电解初期存积在阻气隔膜2中，必须采取集中去除的方式，即高压冲洗，将有害氯离子冲出；并在容易产生腐蚀的阴极极板侧增加可与有害氯离子反应的吸收架6，与剩余的氯离子反应，从而保护极板不与氯结合，避免了腐蚀现象发生。
62.本技术还通过连接件5和吸收架6，将阳极极板3、阻气隔膜2、阴极极板1进行连接，实现一个电解小室的单独模块，再将多个模块进行两两连接即可放入电解槽内，当发现腐蚀严重的电解小室时，无需整体拆卸，实现组装和维护方便。
63.所述喷管系统4包括喷管支架41、固定在喷管支架41上端横向设置的横喷管 42与所述横喷管42左侧连通的左竖喷管43、与所述横喷管42右侧连通的右竖喷管45以及连接所述左竖喷管43和右竖喷管45的下接板46；所述横喷管42上设置有入液口44；所述下接板46下端连通有出液口47；所述横喷管42、左竖喷管43以及右竖喷管45上设置有喷头；所述入液口44与高压泵连接。
64.所述连接件5包括连接柱51、设置在所述连接柱51上部的上固定器52以及设置在所述连接柱51下部的下固定器53；所述上固定器52将所述阳极极板3与喷管支架41固定连接；所述下固定器53将所述喷管支架41与所述阴极极板1固定连接；所述阻气隔膜2设置在所述上固定器52与下固定器53之间。所述上固定器52包括固定连接在所述连接柱51上的上横板521以及连接在横板521上平面的上锥板522；所述上横板521圆周均布设置在所述连接柱51上；所述阳极极板3上开设有与所述上锥板522相同锥度的上凹槽；所述上锥板522插入所述上凹槽内契合连接。
65.所述下固定器53包括固定连接在所述连接柱51下端的下横板531以及连接在下横板531下平面的下锥板532；所述下横板531圆周均布设置在所述连接柱51下端；所述阴极极板1上开设有与所述下锥板532相同锥度的下凹槽；所述下锥板532插入所述下凹槽内契合连接。
66.所述吸收架6包括设置在所述阴极极板1左侧的左架61、设置在所述阴极极板1右侧的右架62、连接所述左架61和右架62的侧架63；所述侧架63与所述阴极极板1右侧面间距2-5mm。所述吸收架6为铁质材料的网状结构。
67.吸收架6中fe
2+
作为牺牲的阳离子与氯离子的反应：
[0068][0069]
在其他实施例中，所述吸收架6材质为树脂或活性炭。
[0070]
实施例2
[0071]
如图4-6所述，所述阴极极板1包括阴极石墨板11以及包覆在所述阴极石墨板11外侧的阴极钢板12；所述阳极极板3包括阳极石墨板31以及包覆在所述阳极石墨板31外侧的阳极钢板32；所述连接件5包括嵌入所述阳极石墨板31内的上嵌盘52a、嵌入所述阴极石墨板11内的下嵌盘53a、螺纹连接所述上嵌盘52a和下嵌盘53a的螺纹体51a、与所述螺纹体51a左侧螺纹连接的左螺栓55a以及与所述螺纹体51a右侧螺纹连接的右螺栓54a；所述螺纹体51a贯穿所述喷管支架41以及阻气隔膜2。
[0072] 本实施例的作用在于降低碳钢电极板重量的同时提高装配效率，将电极板做成石墨与钢板复合一体的结构，阳极极板3在工厂预制时将上嵌盘52a嵌入石墨板11内，上嵌盘52a上也具有实施例1中的上固定器的结构，具有锥体部，下嵌盘53a与上嵌盘52a结构相同，锥体部相向，当组装时，先将阳极极板3、阻气隔膜2、阴极极板1位置放好，再将螺纹体51a穿入下嵌盘53a与上嵌盘52a紧固，在下嵌盘53a与上嵌盘52a的螺纹上端可以加入放松垫圈。最后将左螺栓55a、右螺栓54a从两侧穿入。进行紧固。
[0073]
实施例3
[0074]
如图7所示，所述连接柱51为六棱形，起到防止连接件5在组装定位前转动的作用。
[0075]
本实施例图纸体现的为平面电极板，对于带乳突的电极板，同样适用，即增加连接件5和吸收架6进行模块化和防腐保护处理的结构，只是与电极板的组装结构进行调整即可，本技术可使用在多种水电解制氢的电解槽内，适用范围广，且结构简单，成本降低。
[0076]
本实用新型的实施例已经示出和描述，对于本领域的普通技术人员而言，可以在理解在不脱离本的原理情况下对此实施例进行多种修改、变化、替换和变形，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种水电解制氢的极板结构，包括阻气隔膜（2），其特征在于：包括设置在所述阻气隔膜（2）左侧的阳极极板（3）、设置在所述阻气隔膜（2）右侧的阴极极板（1）、套设在所述阻气隔膜（2）外周的喷管系统（4）以及设置在所述阴极极板（1）外周的吸收架（6）；还包括依次连接所述阳极极板（3）、阻气隔膜（2）、阴极极板（1）的连接件（5）；所述吸收架（6）固定连接在所述连接件喷管系统（4）上。2.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述喷管系统（4）包括喷管支架（41）、固定在喷管支架（41）上端横向设置的横喷管（42）与所述横喷管（42）左侧连通的左竖喷管（43）、与所述横喷管（42）右侧连通的右竖喷管（45）以及连接所述左竖喷管（43）和右竖喷管（45）的下接板（46）；所述横喷管（42）上设置有入液口（44）；所述下接板（46）下端连通有出液口（47）；所述横喷管（42）、左竖喷管（43）以及右竖喷管（45）上设置有喷头；所述入液口（44）与高压泵连接。3.根据权利要求2所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述连接件（5）包括连接柱（51）、设置在所述连接柱（51）上部的上固定器（52）以及设置在所述连接柱（51）下部的下固定器（53）；所述上固定器（52）将所述阳极极板（3）与喷管支架（41）固定连接；所述下固定器（53）将所述喷管支架（41）与所述阴极极板（1）固定连接；所述阻气隔膜（2）设置在所述上固定器（52）与下固定器（53）之间。4.根据权利要求3所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述上固定器（52）包括固定连接在所述连接柱（51）上的上横板（521）以及连接在上横板（521）上平面的上锥板（522）；所述上横板（521）圆周均布设置在所述连接柱（51）上；所述阳极极板（3）上开设有与所述上锥板（522）相同锥度的上凹槽；所述上锥板（522）插入所述上凹槽内契合连接。5.根据权利要求3所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述下固定器（53）包括固定连接在所述连接柱（51）下端的下横板（531）以及连接在下横板（531）下平面的下锥板（532）；所述下横板（531）圆周均布设置在所述连接柱（51）下端；所述阴极极板（1）上开设有与所述下锥板（532）相同锥度的下凹槽；所述下锥板（532）插入所述下凹槽内契合连接。6.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述吸收架（6）包括设置在所述阴极极板（1）左侧的左架（61）、设置在所述阴极极板（1）右侧的右架（62）、连接所述左架（61）和右架（62）的侧架（63）；所述侧架（63）与所述阴极极板（1）右侧面间距2-5mm。7.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述吸收架（6）为铁质材料的网状结构。8.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述吸收架（6）材质为树脂或活性炭。
9.根据权利要求3所述的一种水电解制氢的极板结构，其特征在于：所述阴极极板（1）包括阴极石墨板（11）以及包覆在所述阴极石墨板（11）外侧的阴极钢板（12）；所述阳极极板（3）包括阳极石墨板（31）以及包覆在所述阳极石墨板（31）外侧的阳极钢板（32）；所述连接件（5）包括嵌入所述阳极石墨板（31）内的上嵌盘（52a）、嵌入所述阴极石墨板（11）内的下嵌盘（53a）、螺纹连接所述上嵌盘（52a）和下嵌盘（53a）的螺纹体（51a）、与所述螺纹体（51a）左侧螺纹连接的左螺栓（55a）以及与所述螺纹体（51a）右侧螺纹连接的右螺栓（54a）；所述螺纹体（51a）贯穿所述喷管支架（41）以及阻气隔膜（2）。

技术总结

本实用新型提供一种水电解制氢的极板结构，包括阻气隔膜，设置在所述阻气隔膜左侧的阳极极板、设置在所述阻气隔膜右侧的阴极极板、套设在所述阻气隔膜外周的喷管系统以及设置在所述阴极极板外周的吸收架；还包括依次连接所述阳极极板、阻气隔膜、阴极极板的连接件；所述吸收架固定连接在所述连接件喷管系统上。本申请在阻气隔膜四周架设喷管系统，由于高温蒸汽中的有害氯离子在电解初期存积在阻气隔膜中，必须采取集中去除的方式，即高压冲洗，将有害氯离子冲出；并在容易产生腐蚀的阴极极板侧增加可与有害氯离子反应的吸收架，与剩余的氯离子反应，从而保护极板不与氯结合，避免了腐蚀现象发生。腐蚀现象发生。腐蚀现象发生。