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| 雙極式電解槽結(jié)構(gòu) |
| Bipolar Electrolyzer Structure |
通過(guò)水電解制氫的裝置有多種形式，主要從電解槽結(jié)構(gòu)、電氣連接方式等進(jìn)行分類(lèi)。目前電解槽的結(jié)構(gòu)主要是壓濾式水電解槽。電解槽的電氣連接方式可分為：單極式水電解槽和雙極式水電解槽。 壓濾式水電解槽運(yùn)行效率高，可以在一定的壓力下運(yùn)行，是目前電解槽主要結(jié)構(gòu)形式。本課件介紹雙極壓濾式電解槽的結(jié)構(gòu)。 |
| 1. 雙極式電解槽構(gòu)造原理 |
雙極式電解槽雖然也是由多個(gè)并列的電解池（小室）構(gòu)成，但不是每個(gè)電解池都有獨(dú)立供電的陽(yáng)極與獨(dú)立供電的陰極，而是若干電解池以串聯(lián)的方式靠一組電源供電，總共只有一個(gè)陽(yáng)極與一個(gè)陰極。 圖1是雙極式電解槽結(jié)構(gòu)與原理示意圖。 |
電解槽的左端是陽(yáng)極板，右端是陰極板，中間有若干極板把電解槽分成多個(gè)小室。每?jī)蓚€(gè)極板間有隔膜。在陽(yáng)極板與陰極板總電勢(shì)作用下，中間各極板均勻的分配電勢(shì)，使每個(gè)小室組成有陽(yáng)極板與陰極板的電解池。每個(gè)小室的陽(yáng)極板同時(shí)是緊鄰小室的陰極板，同樣陰極板也是緊鄰小室的陽(yáng)極板，一塊極板正反兩面具有相反極性，故稱(chēng)之為雙極板。在圖中雙極板的兩面分別用紅綠色表示，紅色是陽(yáng)極面，綠色是陰極面。 電解槽由多個(gè)并列的電解池構(gòu)成，兩端用端板壓緊，這種疊壓形成的槽體很像工業(yè)生產(chǎn)中使用的壓濾機(jī)，因而這種電解槽稱(chēng)為雙極壓濾式電解槽。 |
| 2. 雙極式電解槽部件 |
下面通過(guò)一個(gè)雙極式電解槽模型介紹主要部件與組裝。 雙極式電解槽主要由電極板、隔膜、密封墊圈、端板組成，見(jiàn)圖2 |
| 圖2--雙極式電解槽的主要部件（左視） |
圖3是從相反方向看的部件圖 |
| 圖3--雙極式電解槽的主要部件（右視） |
| 2.1. 電極板 |
本模型的極板采用鍍鎳鐵板制成（圖中黃色部分），在極板周邊是缸框（圖中藍(lán)色部分），極板與缸框緊密結(jié)合。缸框采用有一定強(qiáng)度的絕緣材料制成，多個(gè)缸框疊在一起組成電解槽的缸體，缸內(nèi)充滿電解液，并使電解液不外漏。缸框上方有氫氣通道孔（4）與氧氣通道孔（3），下方有液體通道孔（5）。 陽(yáng)極板??圖3中（10）是電解槽的陽(yáng)極板，有電極接線端（9）接直流電源正極。其背面緊靠端板（6），該面不接觸電解液，正面是電解槽的陽(yáng)極。在缸框上方內(nèi)側(cè)有切口連通氧氣通道孔（3），電解產(chǎn)生的氧氣從這里進(jìn)入氧氣通道（3）。 陰極板??圖2中（13）是電解槽的陰極板，有電極接線端（9）接直流電源負(fù)極。其背面緊靠端板（6），背面不接觸電解液，正面是電解槽的陰極。在缸框上方內(nèi)側(cè)有切口連通氫氣通道孔（4），電解產(chǎn)生的氫氣從這里進(jìn)入氫氣通道（4）。 雙極板??圖（2或3）中（12）是電解槽的雙極板。 圖2中的雙極板（12）正面是陰極面，在缸框上方內(nèi)側(cè)有切口連通氫氣通道孔（4），電解產(chǎn)生的氫氣從這里進(jìn)入氫氣通道（4）。 圖3中的雙極板（12）正面是陽(yáng)極面，在缸框上方內(nèi)側(cè)有切口連通氧氣通道孔（3），電解產(chǎn)生的氧氣從這里進(jìn)入氧氣通道（3）。 雙極板兩面構(gòu)造相同，安裝時(shí)不分正反面。3種極板的氫氣通道孔（4）與氧氣通道孔（3），液體通道孔（5）的位置相同。 |
| 2.2. 隔膜 |
每個(gè)小室的兩面是極板，在中間有隔膜（1），隔膜防止小室兩側(cè)產(chǎn)生的氫氣與氧氣混合。所以隔膜不允許氣體通過(guò)，對(duì)離子的電阻小，對(duì)電解液有適當(dāng)?shù)臐B透性，本模型的隔膜采用石棉制成。隔膜外形與極板缸框外圍相同，在上方有氫氣通道孔（4）與氧氣通道孔（3），下方有液體通道孔（5），通道孔位置與極板缸框相同。 |
| 2.3. 密封墊圈 |
為保證電解槽的密封性能，防止電解液泄露，在極板缸框與隔膜間使用密封墊圈（2），墊圈采用耐腐蝕、絕緣性好、性能穩(wěn)定的橡膠產(chǎn)品（如EPDM橡膠）制作。墊圈外圈與極板缸框外圈相同，墊圈內(nèi)圈與極板缸框內(nèi)圈相同，墊圈上方有氫氣通道孔（4）與氧氣通道孔（3），下方有液體通道孔（5），通道孔位置與極板缸框相同。 |
| 2.4. 端板 |
在電解槽的兩端有端板（6），端板上方有2個(gè)出氣口（7），與極板缸框的氫氣通道孔（4）與氧氣通道孔（3）位置對(duì)應(yīng)，端板下方有進(jìn)液口（8），與極板缸框的液體通道孔（5）對(duì)應(yīng)。兩端的端板相同。 |
| 3. 雙極式電解槽組裝 |
把端板、陽(yáng)極板，隔膜，密封墊片、隔膜、雙極板、陰極板組裝在一起，每?jī)蓚€(gè)極板間是一個(gè)小室，小室中間是隔膜，各部件間均用密封墊片進(jìn)行密封。圖4是左端部件組裝排列順序圖。 |
| 圖4--雙極式電解槽部件組裝排列 |
圖5是整個(gè)模型的部件排列圖，共有9個(gè)小室。 |
| 圖5--雙極式電解槽全部部件排列 |
把全部部件疊裝在一起。見(jiàn)圖6 |
| 圖6--疊裝好的雙極式電解槽 |
螺栓是用來(lái)壓緊端板的，螺栓套有絕緣套管，防止意外的漏電。 |
| 圖7--電解槽與螺栓 |
把螺栓插入端板的安裝孔，墊上彈簧墊圈（圖中略），上好螺帽。用8個(gè)螺栓把端板壓緊，一個(gè)雙極壓濾式電解槽模型組裝完畢，見(jiàn)圖8。 |
| 圖8--雙極壓濾式電解槽 |
圖9是從左側(cè)看電解槽，電解槽兩側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)相同。 |
| 圖9--雙極壓濾式電解槽（左側(cè)） |
在兩端電解液進(jìn)口接上管道輸入電解液，在兩端的氧氣出口接上氧氣輸出管，在兩端的氫氣出口接上氫氣輸出管。陽(yáng)極接線端接直流電源正極，陰極接線端接直流電源負(fù)極，在氫氣輸出管與氧氣輸出管就會(huì)有氫氣與氧氣輸出，見(jiàn)圖10 |
| 圖10--雙極式電解槽接管道 |
下面一段動(dòng)畫(huà)顯示雙極式電解槽模型組裝過(guò)程 |
| 雙極式電解槽模型組裝動(dòng)畫(huà) |
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| 4. 雙極式電解槽氣液走向 |
下面通過(guò)兩張剖面圖來(lái)解釋電解生成氣體的走向，圖11是氫氣通道剖面圖，圖12是氧氣通道剖面圖。在電解槽的剖面圖中可看到有9個(gè)小室，每個(gè)小室兩側(cè)有極板，中間有隔膜。安裝好的電解槽所有部件的氫氣通道孔與端板氫氣出氣口對(duì)齊；所有部件的氧氣通道孔與端口氧氣出氣口對(duì)齊。 圖11是按氫氣通道剖開(kāi)的電解槽，端板左邊的氫氣出口與端板右邊的氫氣出口是連通的，構(gòu)成電解槽的氫氣輸出通道，通道通過(guò)每個(gè)極板缸框上的切口連通每個(gè)小室的陰極側(cè)。 電解槽內(nèi)充滿電解液（例如氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液），接通直流電源，在每個(gè)小室的陰極板產(chǎn)生氫氣。小室產(chǎn)生的氫氣通過(guò)極板缸框上的切口進(jìn)入氫氣通道，圖中深藍(lán)色箭頭線表示小室產(chǎn)生的氫氣流向氫氣通道并輸出。 |
| 圖11--雙極式電解槽氫氣與電解液走向圖 |
圖12是按氧氣通道剖開(kāi)的電解槽，端板左邊的氧氣出口與端板右邊的氧氣出口連通構(gòu)成電解槽的氧氣輸出通道，通道通過(guò)每個(gè)極板缸框上的切口連通每個(gè)小室的陽(yáng)極側(cè)。小室產(chǎn)生的氧氣通過(guò)極板缸框上的切口進(jìn)入氧氣通道，圖中紫紅色箭頭線表示小室產(chǎn)生的氧氣流向氧氣通道并輸出。 |
| 圖12--雙極式電解槽氧氣與電解液走向圖 |
電解槽各部件下方的液體通道孔也是對(duì)齊的，通過(guò)極板缸框上的切口連通小室的兩側(cè)，電解液由該通道向小室補(bǔ)充電解液。 由于電解時(shí)會(huì)使的電解液溫度升高，為了保持電解液在85度至90度之間（最佳電解溫度），電解液是循環(huán)流動(dòng)的。電解液由循環(huán)泵打入電解槽，輸出的是氣液混合液，通過(guò)氣液分離器把氣體分離出來(lái)，剩下的電解液經(jīng)冷卻再由循環(huán)泵打入電解槽，有關(guān)工藝見(jiàn)電解水制氫系統(tǒng)課件。 本模型僅作雙極式電解槽基本結(jié)構(gòu)參考。為了顯示清楚，部件厚度尺寸有放大（不同材料的隔膜厚度差別也較大）。部件色彩僅為表示清晰而定，與部件原色無(wú)關(guān)。 |
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