具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种水冷式电解槽100，请参见图1至图8，包括阴极端压板1、阳极端压板2、至少一个电解组件、至少两个极板3、两个绝缘垫片11和多根拉杆9。

具体的，阴极端压板1的下端或阳极端压板2的下端设置有分别用于与阳极电解液进液管13、阴极电解液进液管12和冷却水进水管16连通的多个通孔中的至少一个通孔，阴极端压板1的上端或阳极端压板2的上端设置有分别用于与氢气出气管14、氧气出气管15和冷却水出水管17连通的多个通孔中的至少一个通孔；至少一个电解组件夹设在阴极端压板1和阳极端压板2之间，电解组件具有阴极反应腔和阳极反应腔，阴极电解液进液管12、阴极反应腔和氢气出气管14相连通，阳极电解液进液管13、阳极反应腔和氧气出气管15相连通；极板3设置在电解组件的端部，每个极板3中均设置有冷却水道41，冷却水进水管16、冷却水道41和冷却水出水管17相连通；一个绝缘垫片11夹设在位于至少一个电解组件的端部的极板3和阴极端压板1之间，另一个绝缘垫片11夹设在位于至少一个电解组件的另一端部的极板3和阳极端压板2之间(即将至少一个电解组件和多个极板3组装为一体后，分别在该整体的两端各安装一个绝缘垫片11)；拉杆9能穿设经过阴极端压板1和阳极端压板2，并将阴极端压板1、阳极端压板2、至少一个电解组件、至少两个极板3和两个绝缘垫片11拉紧后形成一个整体。

本发明的水冷式电解槽100能实现电解槽温度的高精度控制及快速调节，从而实现电解过程余热的回收。

本领域的技术人员应当明白，阴极电解液进液管12、阳极电解液进液管13可设置在同一块端压板(即阴极端压板1或阳极端压板2)上，也可在阴极端压板1和阳极端压板2上分别布设。氢气出气管14可与阴极电解液进液管12布设在不同的端压板(即阴极端压板1或阳极端压板2)上，也可布设在同一块端压板(即阴极端压板1或阳极端压板2)上；氧气出气管15可与阳极电解液进液管13布设在不同的端压板(即阴极端压板1或阳极端压板2)上，也可布设在同一块端压板(即阴极端压板1或阳极端压板2)上。冷却水进水管16、冷却水出水管17可设在同一块端压板(即阴极端压板1或阳极端压板2)上，也可在两块端压板(即阴极端压板1和阳极端压板2)上分别布设。

进一步的，请参见图1至图4、图7和图8，电解组件包括阴极密封垫片5、阳极密封垫片6和隔膜4。具体的，阴极密封垫片5的中心具有安装阴极电极7的阴极贯通孔，阳极密封垫片6的中心具有安装阳极电极8的阳极贯通孔(即阴极密封垫片5和阳极密封垫片6均为圆环)，极板3的下端、阴极密封垫片5的下端和阳极密封垫片6的下端均设置有分别用于与阳极电解液进液管13、阴极电解液进液管12和冷却水进水管16连通的阳极电解液进液孔32、阴极电解液进液孔31和冷却水进水孔35，极板3的上端、阴极密封垫片5的上端和阳极密封垫片6的上端均设置有分别用于与氢气出气管14、氧气出气管15和冷却水出水管17连通的氢气出气孔33、氧气出气孔34和冷却水出水孔36；阴极密封垫片5上沿其径向开设有用于阴极贯通孔分别连通阴极电解液进液孔31和氢气出气孔33的阴极电解液进液沟槽57和氢气出气沟槽58(即阴极贯通孔通过阴极电解液进液沟槽57与阴极电解液进液孔31相连通，阴极贯通孔通过氢气出气沟槽58与氢气出气孔33相连通)，阳极密封垫片6上沿其径向开设有用于阳极贯通孔分别连通阳极电解液进液孔32和氧气出气孔34的阳极电解液进液沟槽67和氧气出气沟槽68(即阳极贯通孔通过阳极电解液进液沟槽67与阳极电解液进液孔32相连通，阳极贯通孔通过氧气出气沟槽68与氧气出气孔34相连通)；隔膜4夹设在阴极密封垫片5和阳极密封垫片6之间，阴极贯通孔和分别位于阴极密封垫片5两侧的隔膜4和极板3共同围设形成阴极反应腔，阳极贯通孔和分别位于阳极密封垫片6两侧的隔膜4和极板3共同围设形成阳极反应腔。

本领域的技术人员应当明白，极板3、阴极密封垫片5、阳极密封垫片6上的各类孔(除冷却水进水孔35和冷却水出水孔36外)的数量可为一个或多个，具体可根据极板3的大小进行调整；上述三个组件上的同种孔的孔径和数量应相等。

本发明通过将冷却水进水管16、冷却水进水孔35设置在各构件的下端，并将冷却水出水管17、冷却水出水孔36设置在各构件的上端，能够保证使用时，冷却水从冷却水进水孔35流入极板3，然后向上流动并从冷却水出水孔36流出极板3，从而保证冷却效果。

在一些实施例中，请参见图7和图8，阴极密封垫片5和阳极密封垫片6采用聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚砜、改性聚四氟乙烯和改性聚醚醚酮中的任意一种高分子聚合物材料制成。在另一些实施例中，隔膜4为石棉隔膜、无石棉隔膜、有机复合隔膜、无机复合隔膜、质子交换膜和阴离子交换膜之中的任意一种。

在一些实施例中，请参见图7和图8，阴极电极7和阳极电极8均包括由导电材料制成的至少一层电极基体，每层电极基体为不锈钢网、镍网、泡沫镍、钛网、钛毡、多孔钛板、碳布、碳纸和碳毡中的任意一种；

进一步的，请参见图7和图8，电极基体上还涂覆有一层催化剂，催化剂通过热喷涂、高温烧结、电沉积和真空蒸镀中的任意一种方法涂覆在电极基体上。

在一些实施例中，请参见图3和图4，每个极板3均具有阴极侧和阳极侧(即极板3为金属双极板)，沿极板3的周向在阴极侧和阳极侧分别设置有环形的外密封线39，在阴极侧上设置有能将阴极贯通孔、阴极电解液进液孔31和氢气出气孔33密封为一体的氢侧内密封线37，在阳极侧上设置有能将阳极贯通孔、阳极电解液进液孔32和氧气出气孔34密封为一体的氧侧内密封线40，在阴极侧和阳极侧上其他开孔位置沿其周向设置有环形内密封线38，且外密封线39将氢侧内密封线37和环形内密封线38包围在其密封范围内，外密封线39将氧侧内密封线40和环形内密封线38包围在其密封范围内。在一些优选实施例中，每个极板3采用不锈钢、碳钢、钛、镍中的任意一种材料制成。

在一些实施例中，请参见图3和图4，外密封线39、氢侧内密封线37、氧侧内密封线40和环形内密封线38均为向外侧凸出的凸线，且凸线的截面形状为三角形、梯形、方形中的任意一种。在一些优选实施例中，请参见图3和图4，外密封线39设置有至少两道，从而保证密封效果。

本发明采用该种设计能够在组装的水冷式电解槽100拉紧时，保证密封线(即外密封线39、氢侧内密封线37、氧侧内密封线40和环形内密封线38)可嵌入到密封垫片(即阴极密封垫片5和阳极密封垫片6)内，从而能有效提高水冷式电解槽100的密封性，防止水冷式电解槽100工作时发生漏气和漏液。

在一些实施例中，极板3的阳极侧和阴极侧上的环形内密封线38的型式、高度、宽度、数量、间距等均相同，阳极侧和阴极侧上的外密封线39型式、高度、宽度、数量、间距等也相同。

本领域的技术人员应当明白，每组内密封线的数量根据极板3大小可设置两道以上，外密封线39的数量根据极板3大小可设置两道以上，优选为三道。内密封线和外密封线39的宽度、高度及密封线的间距等参数可根据极板3的大小进行调整。

在一些实施例中，请参见图5和图6，每个极板3中的冷却水道41与阴极贯通孔或阳极贯通孔的位置相对应设置(即冷却水道41主要分布于电解水反应发生区域，也即氢侧内密封线37和氧侧内密封线40所包围的区域)，且冷却水道41的面积与阴极贯通孔或阳极贯通孔的面积占比为1/3至1/2(即平行于极板3方向的冷却水道41的面积占电解水反应发生区域面积的比例为1/3至1/2)。本发明通过该种设计，可确保水冷式电解槽100有足够的换热面积，从而提高水冷式电解槽100温度调控的精度和速度，同时还能确保极板3的导电性能不受影响。

进一步的，请参见图5和图6，冷却水道41沿极板3的轴向上的高度(即垂直于极板3面的方向定义为冷却水道41的高度)为极板3的厚度的1/3至2/3，冷却水道41的截面宽度为冷却水道41的高度的2倍至5倍。其中，冷却水道41的截面宽度是指单个水道的截面宽度，冷却水道41的高度是指该水道沿极板3的轴向上的高度。

本领域的技术人员应当明白，冷却水道41的截面形状可为方形、圆形或其它型式，只要其能起到冷却的效果就应当在本发明的保护范围之内。

本发明通过该种设计可将冷却水直接通入到水冷式电解槽100内，根据水冷式电解槽100实测温度调节冷却水的流量，从而提高水冷式电解槽100的控温精度及调控温度的速度。当水冷式电解槽100运行时，冷却水的出水温度可接近水冷式电解槽100的工作温度，达到70℃至80℃左右，从而满足多种应用场景对水温的要求，可实现电解过程余热的回收利用，提高制氢全过程的综合能量利用效率，进而可以应用于可再生能源制氢领域，提高经济性。

在一些实施例中，请参见图1和图2，还包括设置在阴极端压板1或阳极端压板2上的排污管18，排污管18与阳极电解液进液孔32或阴极电解液进液孔31相连通。本领域的技术人员应当明白，排污管18无论与阳极电解液进液孔32还是阴极电解液进液孔31相连通都可以将该装置中的污染物排出，只要其设置了排污管18就应当在本发明的保护范围之内。当然，为了便于污染物的排出，在一些实施例中还包括排污泵，其连接方式及安装位置可根据实际需求进行设计与调整，在此不对其进行限制。

在一些实施例中，阳极电解液进液管13、阴极电解液进液管12、氢气出气管14、氧气出气管15的数量为多个。

下面对本发明的水冷式电解槽100的组装方法进行说明以使本发明更容易理解，请参见图1至图8：

先将阴极端压板1放平，将绝缘垫片11放在阴极端压板1上；

将极板3放平在绝缘垫片11上，且极板3的阴极侧向上；

将相同外径的阴极密封垫片5放置在极板3上(此时极板3的阴极侧与阴极密封垫片5相接触)，并将阴极电极7嵌入到阴极密封垫片5内，即将阴极电极7安装收容在阴极贯通孔中；

将隔膜4放置在阴极密封垫片5上；

将阳极密封垫片6放置在隔膜4上，再将阳极电极8嵌入到阳极密封垫片6内，即将阳极电极8安装收容在阳极贯通孔中；

将另一块极板3放置在阳极密封垫片6上，其阳极侧向下，阴极侧向上。

按照使用要求重复上述顺序继续叠放预设数量的水冷式电解槽组件(即电解组件)，最后一个水冷式电解槽组件堆叠完毕后(即组装完成后)，在最后一片极板3上放置另一片绝缘垫片11，再放置阳极端压板2，并确保端压板(即阴极端压板1和阳极端压板2)与绝缘垫片11、极板3、密封垫片(即阴极密封垫片5与阳极密封垫片6)上的同种气液孔道对齐(即确保阳极端压板2上的氢气出气管14与极板3上的氢气出气孔33、阴极密封垫片5上的氢气出气孔33、阳极密封垫片6上的氢气出气孔33对齐；阳极端压板2上的氧气出气管15与极板3上的氧气出气孔34、阴极密封垫片5上的氧气出气孔34、阳极密封垫片6上的氧气出气孔34对齐；阳极端压板2上的冷却水出水管17与极板3上的冷却水出水孔36、阴极密封垫片5上的冷却水出水孔36、阳极密封垫片6上的冷却水出水孔36对齐)。最后用紧固件(即拉杆9)和紧固螺母10将水冷式电解槽100两端的端压板(即阴极端压板1和阳极端压板2)拉紧，完成水冷式电解槽100的组装。

在组装过程中，用户可以通过利用工装微调组件位置以确保密封垫片(即阴极密封垫片5与阳极密封垫片6)上的气液孔道与极板3上的同类型气液孔道对齐。即确保：阴极端压板1上的阴极电解液进液管12与极板3上的阴极电解液进液孔31、阴极密封垫片5上的阴极电解液进液孔31、阳极密封垫片6上的阴极电解液进液孔31对齐；阴极端压板1上的阳极电解液进液管13与极板3上的阳极电解液进液孔32、阴极密封垫片5上的阳极电解液进液孔32、阳极密封垫片6上的阳极电解液进液孔32对齐；极板3上的氢气出气孔33与阴极密封垫片5上的氢气出气孔33、阳极密封垫片6上的氢气出气孔33对齐；极板3上的氧气出气孔34与阴极密封垫片5上的氧气出气孔34、阳极密封垫片6上的氧气出气孔34对齐；阴极端压板1上的冷却水进水管16与极板3上的冷却水进水孔35、阴极密封垫片5上的冷却水进水孔35、阳极密封垫片6上的冷却水进水孔35对齐；极板3上的冷却水出水孔36与阴极密封垫片5上的冷却水出水孔36、阳极密封垫片6上的冷却水出水孔36对齐。

当然为了便于各个构件上的气液孔道对位，在一些实施例中也可以在各个构件的两个侧面上设置定位凸起与定位凹槽，从而保证相配合的两个构件能够通过相应的定位凸起与定位凹槽实现定位，进而保证各个构件上的气液孔道对位，节约组装时间，提供施工效率。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。