一种可变功率运行的碱性电解槽的制作方法

本发明属于电化学，具体涉及一种可变功率运行的碱性电解槽。

背景技术：

1、近年来，可再生能源的发展引人注目。然而，可再生能源在电力生产中所占份额的增加对电网的稳定运行产生了不利影响，因为风能和太阳能具有内在的不可预测性。可再生能源的大规模普及需要可靠的储能技术来提高电网稳定性。氢储能技术可以应对这些挑战，并为新能源系统的发展做出贡献。水电解被认为是一种重要的制氢技术，其代表了电能和化学能之间的转化，目前电解水制氢技术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以及固体氧化物电解水制氢，碱性水电解制氢是最成熟的技术，它在商业上可用于大规模制氢。然而碱性水电解制氢仍然具有一些局限性，在碱性电解槽运行中，运行功率通常为一额定值，不能适应目前新能源发电系统不稳定的发电功率的特点，直接耦合效率较低，运行动态响应性差严重阻碍了碱性电解水制氢技术在可再生能源发电领域的应用。

2、因此，开发可变功率运行的碱性电解槽对于提高可再生能源发电利用率、减少可再生能源与电解槽装置间直接耦合的能量损耗具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种板式固体氧化物水电解槽变功率运行装置，降低碱性电解槽与新能源发电系统直接耦合过程中的能量损耗，提高能量利用率。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种可变功率运行的碱性电解槽，包括碱性电解槽本体、齿轮滑块机构和环齿轮机构；所述碱性电解槽本体包括正极集流端板、若干电解小室、电解小室集流器和负极集流端板；

4、所述碱性电解槽本体由多个电解小室串联后压紧形成圆筒状结构，圆筒状结构两侧分别为圆形的正极集流端板和负极集流端板，两个电解小室之间的电解小室集流器向外延伸形成接触端子，各电解小室集流器围绕圆筒状结构外圆间隔一定距离均匀布置，并沿圆筒状结构径向错开设置；

5、所述环齿轮机构包括环齿条，碱性电解槽本体两侧的圆形正极集流端板和负极集流端板的外圆周上分别布设环齿条，沿着圆形正极集流端板和负极集流端板两侧面靠近边缘位置分别设置有滑轨，两个环齿条分别套设有滑动架，滑动架同时滑动连接在滑轨上；滑动架中设置有与环齿条啮合的环从动齿轮，通过设置在滑动架上环驱动电机驱动环从动齿轮旋转，环从动齿轮在环齿条上进行移动，从而带动滑动架沿环齿条移动；

6、所述齿轮滑块机构包括齿条和套设在齿条上能够沿齿条滑动的支架，齿条两端分别跨接在两个环齿条上的滑动架上，从动齿轮安装在支架中并与齿条啮合，通过安装在支架上的驱动电机驱动从动齿轮转动，带动支架沿着齿条移动；

7、滑块接触块连接在支架下方，支架移动到不同位置时滑块接触块能够与不同电解小室集流器接触，使得电解电流通过二者流回电路，通过移动齿轮滑块机构与转动环齿轮机构改变接入电路的电解小室数量，改变电解槽的消耗功率。

8、进一步，链条机构与齿条平行设置，链条机构一端连接在一侧滑动架上、另一端与滑块接触块连接，链条机构将电解槽电路以及驱动电机控制电路的相关电缆电线进行包覆。

9、进一步，所述滑动架一侧与环从动齿轮同轴设置并通过转轴固定连接的环大锥齿轮；环驱动电机输出轴上安装有环驱动锥齿轮，环驱动锥齿轮与环大锥齿轮啮合；通过环驱动电机带动环从动齿轮旋转，环从动齿轮在环齿条上进行移动，从而带动滑动架沿环齿条移动。

10、进一步，所述支架一侧设置的大锥齿轮与从动齿轮同轴设置并通过连接轴相连，驱动锥齿轮安装在驱动电机的输出轴上，驱动锥齿轮与大锥齿轮啮合，通过驱动电机带动驱动锥齿轮进而驱动大锥齿轮、从动齿轮转动，带动支架沿着齿条移动。

11、进一步，所述碱性电解槽本体底部位于正极集流端板和负极集流端板下方分别设置有支撑结构。

12、进一步，所述驱动电机、环驱动电机为步进电机。

13、由以上技术方案可见，本发明具有以下优点：

14、1、本发明通过调节移动齿轮滑块机构与环齿轮机构，使得接入电路中的电解小室数量发生变化，从而改变其电解功率。电解槽具有可以调节电解功率的特点，可以更好地适应新能源系统的功率波动，调节电网功率，提高新能源发电系统与电解槽制氢系统之间直接耦合的能量利用效率。

15、2、本发明采取齿轮滑块机构平行移动与环齿轮机构环向移动相结合的方式，改变接入电解电路的电解小室数量，进而调节碱性电解槽的电解电功率。该调节功率的方式能较为方便的调节功率，结构简单，维护方便。通过移动滑块的方式调节功率响应速度快，能更好地适应新能源发电系统功率发电不稳定，波动幅度大的特点，提高系统耦合度和能量利用效率。

16、3、本发明电解槽的最大电解功率由电解槽电解小室数量决定，在实际使用场景中，可以根据电网最大输出功率大小对电解槽的电解小室数量进行灵活调整。电解槽能适应各种使用场景，通用性好。

17、4、本发明的调节电功率的方法和作动机构具有普适性，亦能应用于阴离子交换膜电解槽、高温氧化物电解槽以及碱水电解槽等其他电解系统中。

18、5、此可调节功率的碱性电解槽能适应目前风力、光伏等可再生能源发电输出功率不稳定的缺点，通过利用弃风、弃光所产生的电力制取氢气，助力低碳绿色发展。

技术特征：

1.一种可变功率运行的碱性电解槽，其特征在于：包括碱性电解槽本体(18)、齿轮滑块机构(3)和环齿轮机构(6)；所述碱性电解槽本体(18)包括正极集流端板(1)、若干电解小室(2)、电解小室集流器(4)和负极集流端板(5)；

2.如权利要求1所述的可变功率运行的碱性电解槽，其特征在于：链条机构(11)与齿条(7)平行设置，链条机构(11)一端连接在一侧滑动架上、另一端与滑块接触块(13)连接，链条机构(11)将电解槽电路以及驱动电机(10)控制电路的相关电缆电线进行包覆。

3.如权利要求2所述的可变功率运行的碱性电解槽，其特征在于：所述滑动架一侧与环从动齿轮(15)同轴设置并通过转轴固定连接的环大锥齿轮；环驱动电机(17)输出轴上安装有环驱动锥齿轮(16)，环驱动锥齿轮(16)与环大锥齿轮啮合；通过环驱动电机(17)带动环从动齿轮(15)旋转，环从动齿轮(15)在环齿条(14)上进行移动，从而带动滑动架沿环齿条(14)移动。

4.如权利要求2所述的可变功率运行的碱性电解槽，其特征在于：所述支架一侧设置的大锥齿轮与从动齿轮(8)同轴设置并通过连接轴相连，驱动锥齿轮(9)安装在驱动电机(10)的输出轴上，驱动锥齿轮(9)与大锥齿轮啮合，通过驱动电机(10)带动驱动锥齿轮(9)进而驱动大锥齿轮、从动齿轮(8)转动，带动支架沿着齿条(7)移动。

5.如权利要求3或4所述的可变功率运行的碱性电解槽，其特征在于：所述碱性电解槽本体(18)底部位于正极集流端板(1)和负极集流端板(5)下方分别设置有支撑结构。

6.如权利要求3或4所述的可变功率运行的碱性电解槽，其特征在于：所述驱动电机(10)、环驱动电机(17)为步进电机。

技术总结
本发明公开了一种可变功率运行的碱性电解槽，包括碱性电解槽本体、齿轮滑块机构和环齿轮机构；所述碱性电解槽本体包括正极集流端板、若干电解小室、电解小室集流器和负极集流端板；所述碱性电解槽本体由多个电解小室串联后压紧形成圆筒状结构，环齿轮机构通过设置在滑动架上环驱动电机驱动环从动齿轮旋转，环从动齿轮在环齿条上进行移动，从而带动滑动架沿环齿条移动；齿轮滑块机构通过安装在支架上的驱动电机驱动从动齿轮转动，带动支架沿着齿条移动；滑块接触块连接在支架下方，通过移动齿轮滑块机构与转动环齿轮机构改变接入电路的电解小室数量，改变电解槽的消耗功率；通过移动滑块的方式调节功率响应速度快，能更好地适应新能源发电系统功率发电不稳定，波动幅度大的特点，提高系统耦合度和能量利用效率。

技术研发人员：李印实,李博铮,刘伟团,郎文平
受保护的技术使用者：陕西清能动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19