一种基于间隔导电滑杆的可调节功率的碱性电解槽

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，具体是一种基于间隔导电滑杆的可调节功率的碱性电解槽。

背景技术

近年来，可再生能源发电技术飞速发展，未来会有更高比例的可再生电力将被接入电网，然而，增加可再生能源发电比例，特别是风能和太阳能，极其容易造成电网运行不稳定，因为风能及太阳能具有极强的波动性和间歇性，这些波动可能会导致电网故障，特别是在可再生能源整合增加的情况下。为了解决可再生能源功率不稳定的问题，电力系统需要投入大规模的储能装置，氢气可以作为可再生能源发电的长期储存介质，氢储能技术也迎来了飞速发展阶段。现有的电解水制氢技术中，根据所使用的电解质的不同，可以分为碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、阴离子交换膜电解水制氢和高温固体氧化物电解水制氢，其中，碱性水电解制氢是最成熟的技术，可大规模地用于商业化制氢，是大规模长时间储能的可靠技术。

由于再生能源发电受资源地理分布、自然环境和季节等因素的影响具有间歇性、波动性和随机性的缺陷，导致了碱性电解槽无法与可再生能源发电相适应，极大地影响了电解水制氢的稳定性，导致电解槽以及系统组件无法低能耗、规模化生产绿氢，电解槽的运行寿命大大降低，增加了运行维修成本，降低了系统经济效益。因此，开发可调节功率的碱性电解槽，对于提高电解槽运行稳定性和使用寿命，增强与具有快速波动特性的可再生能源发电的配合性，提高电解槽及系统运行稳定性等，具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于间隔导电滑杆的可调节功率的碱性电解槽，能够调节电解槽的功率，使其与新能源发电的功率波动相适配，提高了电解槽及系统运行的安全性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于间隔导电滑杆的可调节功率的碱性电解槽，包括齿轮滑块机构及设置于阴极集流端板和阳极集流端板之间的多个电解小室；

所述齿轮滑块机构包括安装座、连接板和滑杆，连接板和滑杆的两端分别与阴极集流端板和阳极集流端板固定连接，安装座与连接板的两侧边缘滑动连接，连接板上面固定安装有齿条；所述安装座侧面固定安装有步进电机，步进电机的输出轴固定连接有主动锥齿轮，安装座转动连接有转轴，转轴上固定套接有与主动锥齿轮相啮合的从动锥齿轮以及与齿条相啮合的从动齿轮；

所述滑杆包括依次间隔设置的多个导电滑杆，相邻两个导电滑杆通过绝缘圈相连接，滑杆外表面滑动套接有导电滑环，导电滑环与安装座的底面固定连接，电解小室包括双极板，双极板上端均固定连接有集流块，集流块上端面通过导电连接杆与导电滑杆固定连接，加载于导电滑环的电压依次通过导电滑杆和导电连接杆输送至集流块。

进一步地，所述电解小室还包括依次夹紧于双极板之间的阴极电极、隔膜、和阳极电极。

进一步地，所述阴极集流端板、双极板、阴极电极、隔膜、阳极电极和阳极集流端板均为圆形，使电解槽为圆柱状。

进一步地，所述滑杆内部穿设有用于控制步进电机和用于给电解小室加载电压的导线。

进一步地，所述阴极集流端板和阳极集流端板的外侧均固定安装有L型支架，连接板和滑杆的两端与L型支架固定连接。

进一步地，所述安装座为U型结构，安装座的内表面相对侧设有与连接板相适配的滑槽，连接板的两侧边缘滑动连接于滑槽内部。

进一步地，所述阴极集流端板和阳极集流端板的下端均固定安装有用于支撑电解槽的支座。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明利用齿轮滑块机构的移动来改变接入电解电路的实际电解小室数量，改变电解槽的消耗功率，使电解槽能够与新能源发电功率波动相适应，消除了可再生能源电力的间歇性波动对电解槽运行性能的影响，提高了碱性电解槽及系统运行的安全性和稳定性，延长了其使用寿命，降低了系统损耗，提高了经济效益；此外，本发明通过齿轮滑块机构的移动调节电解槽运行功率的方式具有操作简单、响应速度快、精度高以及维护组装便捷的优点。

电解槽的最大电解功率由电解小室的数量决定，可根据所需的产氢量和新能源发电的最大输出功率大小，对电解槽的电解小室数量进行灵活改变，提高了电解槽的通用性和适用性高，更利于投入工业应用中，此外，由于通过齿轮滑块机构的移动，以改变接入电解电路的实际电解小室数量，使电解槽与新能源发电功率波动相耦合的方法具有普适性，故而，本发明的齿轮滑块机构亦能应用于质子交换膜电解槽、高温固体氧化物电解槽以及阴离子交换膜电解槽等其他电解系统以及液流电池中，具有良好的适用性和通用性。

附图说明

图1：本发明的正视结构示意图；

图2：本发明的立体结构示意图；

图3：本发明图2中A处的局部放大结构示意图；

图4：本发明图2中B处的局部放大结构示意图；

图中：1-齿轮滑块机构；2-导电连接杆；3-阴极集流端板、4-阳极集流端板、5-电解小室；6-集流块；7-齿条；8-从动齿轮；9-绝缘圈；10-步进电机；11-主动锥齿轮；12-导电滑杆；13-导电滑环。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。

如图1～图4所示，一种基于间隔导电滑杆的可调节功率的碱性电解槽，包括齿轮滑块机构1、阴极集流端板3和阳极集流端板4，阴极集流端板3和阳极集流端板4之间设置有多个电解小室5，电解小室5包括双极板及加紧于双极板之间的阴极电极、隔膜和阳极电极；

所述齿轮滑块机构1包括安装座、连接板和滑杆，阴极集流端板3和阳极集流端板4的外侧均固定安装有L型支架，连接板和滑杆的两端与L型支架固定连接，连接板位于滑杆正上方，连接板上面固定安装有齿条7，安装座为U型结构，安装座的内表面相对侧设有与连接板相适配的滑槽，连接板的两侧边缘滑动连接于滑槽内部，使安装座能够沿着连接板来回滑动；

所述安装座侧面固定安装有步进电机10，步进电机10的输出轴固定连接有主动锥齿轮11，安装座转动连接有转轴，转轴上固定套接有与主动锥齿轮11相啮合的从动锥齿轮以及与齿条7相啮合的从动齿轮8，即从动锥齿轮与从动齿轮8同轴设置，当步进电机10根据新能源发电的输入电功率信号进行运转时，带动主动锥齿轮11转动，以驱动与主动锥齿轮11啮合的从动锥齿轮转动，从动锥齿轮带动转轴转动，使得从动齿轮8随之转动，从而沿着齿条7移动；

所述滑杆包括依次间隔设置的多个导电滑杆12，相邻两个导电滑杆12通过绝缘圈9相连接，绝缘圈9起到绝缘作用，可以防止滑杆将所有电解小室5连通，滑杆外表面滑动套接有导电滑环13，导电滑环13与安装座的底面固定连接，当动齿轮8沿着齿条7移动时，安装座随之移动，从而带动导电滑环13沿着滑杆移动；

所述电解小室5的双极板上端均固定连接有集流块6，集流块6通过导电连接杆2与导电滑杆12固定连接，导电连接杆2的端部位于相邻两个绝缘圈9的中间位置，当导电滑环13移动到集流块6上方时，加载于导电滑环13上的电压依次通过导电滑杆12和导电连接杆2输送至集流块6，进而输送至双极板，从而与加载于阴极集流端板3或阳极集流端板4上的电压形成一个完整的回路；

所述滑杆内部穿设有用于控制步进电机10和用于给电解小室5加载电压的导线，当导电滑环13移动至双极板上方时，导电滑环13加载的电压通过导电滑杆12和导电连接杆2输送至与双极板连接的集流块6，通过集流块6输送至双极板，加载于阴极集流端板3或阳极集流端板4上的电压与导电滑环13的电压形成回路，电解槽开始工作，电解水产生氢气；

可见，通过安装座移动带动导电滑环13与不同电解小室5对应的集流块6接触，从而改变接入电解电路的实际电解小室5的数量，以改变电解槽的消耗功率，从而与新能源发电功率波动相适应，提高了碱性电解槽及系统的运行的安全性、稳定性以及使用寿命，降低了电解水制氢成本，提高经济效益。

本实施例通过齿轮滑块机构1改变接入电解电路的实际电解小室数量的方式，不仅适用于碱性电解槽，也适用于液流电池或者其他种类的电解槽(例如：质子交换膜电解槽、高温固体氧化物电解槽、阴离子交换膜电解槽)，具有较高的普适性。

优选的，所述阴极集流端板3、双极板、阴极电极、隔膜、阳极电极和阳极集流端板4均为圆形，电解槽为圆柱状。

优选的，所述电解小室5的数量、大小以及内部的流场形式均可根据实际需求选择与调整。

优选的，所述阴极集流端板3和阳极集流端板4的下端均固定安装有用于支撑电解槽的支座，支座的上端开设有与阴极集流端板3和阳极集流端板4外圆周相适配的弧形沟槽，阴极集流端板3和阳极集流端板4的下端卡接于弧形沟槽内部，支座的下端为水平设置的长方体形支撑腿。

本发明的工作原理如下：

使用时，先将碱液由给液泵泵入电解槽的流道，在阳极集流端板4或阴极集流端板3以及导电滑环13施加电解电压，电解槽开始工作，电解产生氢气，当新能源发电功率发生波动变化时，步进电机10根据新能源发电的输入电功率信号进行运转，带动主动锥齿轮11转动，与之啮合的从动锥齿轮转动，使与之同轴设置的从动齿轮8沿着齿条7移动，继而带动安装座移动，导电滑环13随之在滑杆上滑动，加载于导电滑环13上的电压通过导电连接杆2和导电滑杆12输送至集流块6，从而输送至双极板，双极板上的电压与加载于阳极集流端板4或阴极集流端板3上的电压形成回路，从而改变实际进行电解的电解小室5的数量，使电解槽与具有快速波动特性的可再生能源发电相配合，消除了可再生能源电力的间歇性波动对电解槽运行性能的影响。