CN109722675A - 一种循环水冷制氢模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种循环水冷制氢模块，包括制氢槽、与所述制氢槽的阳极腔室相连通的阳极循环水冷水箱、以及与所述制氢槽的阴极腔室相连通的阴极循环水冷水箱等，由于阳极腔室与阳极循环水冷水箱构成了阳极制冷循环、阴极腔室与阴极循环水冷水箱构成了阴极制冷循环，从而使得阳极腔室和阴极腔室在电解水制氢的过程中产生的热量分别通过阳极制冷循环和阴极制冷循环而被输出阳极腔室和阴极腔室，以确保所述循环水冷制氢模块具有较好的散热性；另外，由于阴极腔室和阳极腔室中均通水，可以确保质子交换膜的左右两侧均保持湿润，使得阳极片和阴极片之间的电流较为稳定，以确保所述循环水冷制氢模块的制氢率较为稳定。
Description
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种循环水冷制氢模块。
背景技术
氢能作为一种高效的清洁能源，其发展潜力巨大，越来越受到世界各国的重视。由于氢能具有清洁、无污染、效率高、重量轻和储存及输送性能好、应用形式多等诸多优点，赢得了人们的青睐，而且，氢气可以通过电解、热解、光化、放射能水解、化学法以及生物法等方式制备。
目前，电解制氢方式主要是利用电解制氢模块进行制氢，而电解制氢模块包括阳极腔室和阴极腔室，阳极腔室通水、阴极腔室无水，其存在以下缺陷：
(1)在电解制氢的过程中，阴极腔室和阳极腔室都会产生热量，且产生的热量较大，易导致制氢模块的核心膜组失效，从而影响制氢模块的制氢效率，进而降低制氢产量；而且，产生的热量将会使阴极腔室的膜上的水分被蒸发，导致制氢模块的电流下降，阴阳两极电压上升，从而进一步导致热量的增加，而且，在电流较大的情况下，将会击穿制氢模块的模组，使得制氢模块失效；另外，现有的制氢模块的散热系统不足以散热，而为了确保制氢模块具有较高的产氢效率，需要外接散热模块，进而增加了成本。
(2)电解制氢过程中产生的热量将会被存储在制氢模块中，使得制氢模块成为一个封闭的温室，进而导致制氢模块模组由于水分蒸发而导致涂层掉落，最终导致制氢模块失效；而且，制氢模块的阴极和阳极也会因为较长时间在高温下使用而导致其涂层掉落，进而使得阴极电极和阳极电极在电流的作用下被腐蚀电解，进一步消耗电极材料，进一步增加了成本。
(3)现有的制氢模块的体积与重量较大，使其不便于安装于大部分的产品上，极大的限制了适用范围。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种制氢量稳定、且散热性能好得循环水冷制氢模块。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种循环水冷制氢模块，包括制氢槽、与所述制氢槽的阳极腔室相连通的阳极循环水冷水箱、以及与所述制氢槽的阴极腔室相连通的阴极循环水冷水箱，并且所述阳极循环水冷水箱上设置有氧气出口，所述阴极循环水冷水箱上均设置有氢气出口。
进一步地，所述制氢槽包括壳体，所述壳体的内部设置有电解腔室，所述电解腔室内设置有阳极片、阴极片以及设置在所述阳极片和阴极片之间的质子交换膜，所述质子交换膜将所述电解腔室分割为阳极腔室和阴极腔室，并且所述壳体在所述阳极腔室的一侧设置有阳极进水口和阳极出水口，所述壳体在所述阴极腔室的一侧设置有阴极进水口和阴极出水口，并且所述阳极进水口和所述阳极出水口分别连接所述阳极循环水冷水箱的第一出水口和第一进水口，所述阴极进水口和阴极出水口分别连接阴极循环水冷水箱的第二出水口和第二进水口。
进一步地，所述壳体包括第一外壳和第二外壳，所述阳极进水口和所述阳极出水口对称设置在所述第一外壳的上下两侧，所述阴极进水口和所述阴极出水口对称设置在所述第二外壳的上下两侧。
更进一步地，所述循环水冷制氢模块还包括密封组件，所述密封组件包括设置在所述第一外壳与所述阳极片之间的第一密封件、以及设置在所述第二外壳与所述阴极片之间的第二密封件。
更进一步地，所述第一密封件为与所述阳极片相匹配的第一密封圈；所述第二密封件为与所述阴极片相匹配的第二密封圈。
更进一步地，所述第一外壳的内部在所述阳极进水口与所述阳极出水口之间交错设置有若干个第一挡板；所述第二外壳的内部在所述阴极进水口和所述阴极出水口之间交错设置有若干个第二挡板。
优选地，所述第一外壳的外部呈网状结构；所述第二外壳的外部呈网状结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开的循环水冷制氢模块，包括制氢槽、与所述制氢槽的阳极腔室相连通的阳极循环水冷水箱、以及与所述制氢槽的阴极腔室相连通的阴极循环水冷水箱，并且所述阳极循环水冷水箱上设置有氧气出口，所述阴极循环水冷水箱上设置有氢气出口，由于所述阳极腔室与所述阳极循环水冷水箱构成了阳极制冷循环、所述阴极腔室与所述阴极循环水冷水箱构成了阴极制冷循环，从而使得阳极腔室和阴极腔室在电解水制氢的过程中产生的热量分别通过所述阳极制冷循环和所述阴极制冷循环而被输出所述阳极腔室和所述阴极腔室，以确保所述循环水冷制氢模块具有较好的散热性；另外，由于所述阴极腔室和所述阳极腔室中均通水，可以确保质子交换膜的左右两侧均保持湿润，使得阳极片和阴极片之间的电流较为稳定，以确保所述循环水冷制氢模块的制氢率较为稳定。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明所述的循环水冷制氢模块的结构示意图；
图2为图1中的制氢槽的结构示意图；
图3为图2的爆炸图；
图4为图3中第一外壳的侧视图；
其中，图1-图4中的附图标记为：
1、阳极片；2、阴极片；3、质子交换膜；4、阳极进水口；5、阳极出水口；6、阴极进水口；7、阴极出水口；8、第一外壳；9、第二外壳；10、第一密封件；11、第二密封件；12、第一挡板；13、第二挡板；14、制氢槽；15、阳极腔室；16、阴极腔室；17、阳极循环水冷水箱；18、阴极循环水冷水箱；19、第一出水口；20、第一进水口；21、第二出水口；22、第二进水口；23、氢气出口；24、氧气出口。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
如图1所示，本发明公开了一种循环水冷制氢模块，包括制氢槽14、与所述制氢槽14的阳极腔室15相连通的阳极循环水冷水箱17、以及与所述制氢槽14的阴极腔室16相连通的阴极循环水冷水箱18，并且所述阳极循环水冷水箱17上设置有氧气出口24，所述阴极循环水冷水箱18上设置有氢气出口23。
由于所述阳极腔室15与所述阳极循环水冷水箱17相连通，使得所述阳极循环水冷水箱17中的水流经所述阳极腔室15后又流入所述阳极循环水冷水箱17，一方面，流经所述阳极腔室15的水是所述阳极腔室15电解制氢的原料；另一方面，所述阳极循环水冷水箱17中的水在所述阳极循环水冷水箱17与所述阳极腔室15之间循环流动，使得所述阳极循环水冷水箱17与所述阳极腔室15构成了阳极制冷循环，进而使得所述阳极腔室15在电解水制氢过程中产生的热量通过上述阳极制冷循环而被输出所述阳极腔室15；另外，由于所述阴极腔室16与所述阴极循环水冷水箱18相连通，使得所述阴极循环水冷水箱18中的水流经所述阴极腔室16后又流入所述阴极循环水冷水箱18，一方面，流经所述阴极腔室16的水是所述阴极腔室16电解制氢的原料；另一方面，所述阴极循环水冷水箱18中的水在所述阴极循环水冷水箱18与所述阴极腔室16之间循环流动，使得所述阴极循环水冷水箱18与所述阴极腔室16构成了阴极制冷循环，进而使得所述阴极腔室16在电解水制氢过程中产生的热量通过上述阴极制冷循环而被输出所述阴极腔室16，从而使得所述循环水冷制氢模块在电解制氢的过程中具有较好的散热性。
如图2和图3所示，所述制氢槽14包括壳体，所述壳体的内部设置有电解腔室，所述电解腔室内设置有阳极片1、阴极片2以及设置在所述阳极片1和阴极片2之间的质子交换膜3，所述质子交换膜3将所述电解腔室分割为阳极腔室15和阴极腔室16，并且所述壳体在所述阳极腔室15的一侧设置有阳极进水口4和阳极出水口5，所述壳体在所述阴极腔室16的一侧设置有阴极进水口6和阴极出水口7，并且所述阳极进水口4和所述阳极出水口5分别连接阳极循环水冷水箱17的第一出水口19和第一进水口20，所述阴极进水口6和阴极出水口7分别连接阴极循环水冷水箱18的第二出水口21和第二进水口22，具体连接时，所述阳极进水口4通过管道连通所述阳极循环水冷水箱17的第一出水口19，所述阳极出水口5通过管道连通所述阳极循环水冷水箱17的第一进水口20；所述阴极进水口6通过管道连通所述阴极循环水冷水箱18的第二出水口21，所述阴极出水口7通过管道连通所述阴极循环水冷水箱18的第二进水口22。
由于所述阳极进水口4和所述阳极出水口5分别通过管道连通阳极循环水冷水箱17的第一出水口19和第一进水口20，所述阴极进水口6和阴极出水口7分别连接阴极循环水冷水箱18的第二出水口21和第二进水口22，使得所述阳极腔室15与所述阳极循环水冷水箱17构成了阳极制冷循环、所述阴极腔室16与所述阴极循环水冷水箱18组成了阴极制冷循环，进而使得所述阳极片1和所述阴极片2在电解水制氢的过程中产生的热量分别通过所述阳极制冷循环和所述阴极制冷循环而被输出所述阳极腔室15和所述阴极腔室16，以确保所述制氢槽14在水解制氢的过程中具有较好的散热效果；另外，所述阴极腔室16和所述阳极腔室15中均通水，使得所述质子交换膜3的左右两侧均保持湿润，以确保所述阳极片1和所述阴极片2之间的电流较为稳定，使得所述制氢槽14的制氢率较为稳定。
如图3所示，所述壳体包括第一外壳8和第二外壳9，所述阳极进水口4和所述阳极出水口5对称设置在所述第一外壳8的上下两侧，所述阴极进水口6和所述阴极出水口7对称设置在所述第二外壳9的上下两侧。
为了提高所述阳极腔室15和所述阴极腔室16的密封效果，所述循环水冷制氢模块还包括密封组件，所述密封组件包括设置在所述第一外壳8与所述阳极片1之间的第一密封件10、以及设置在所述第二外壳9与所述阴极片2之间的第二密封件11，具体地，所述第一密封件10为与所述阳极片1相匹配的第一密封圈；所述第二密封件11为与所述阴极片2相匹配的第二密封圈。
为了进一步提高所述循环水冷制氢模块的散热效果，所述第一外壳8的内部在所述阳极进水口4与所述阳极出水口5之间交错设置有若干个第一挡板12；所述第二外壳9的内部在所述阴极进水口6和所述阴极出水口7之间交错设置有若干个第二挡板13。
具体设置时，所述第一挡板12的设置方向与所述阳极进水口4和所述阳极出水口5相连接的方向相垂直，所述第二挡板13的设置方向与所述阴极进水口6和所述阴极出水口7相连接的方向垂直，从而使得所述阳极腔室15在所述阳极进水口4和所述阳极出水口5之间形成S形的流道，所述阴极腔室16在所述阴极进水口6和所述阴极出水口7之间形成S形的流道，不仅可以确保所述阳极腔室15中的循环水和所述阳极片1、以及所述阴极腔室16中的循环水和所述阴极片2具有较大的接触面积，而且还增加了循环水通过所述阳极腔室15和所述阴极腔室16的时间，以确保所述阳极腔室15中的循环水与所述阳极片1、以及所述阴极腔室16的循环水与所述阴极片2均充分接触，进而提高了所述循环水冷制氢模块的散热效果。
为了进一步提高所述循环水冷制氢模块的散热效果，所述第一外壳8的外部呈网状结构；所述第二外壳9的外部呈网状结构，这是由于所述第一外壳8与所述第二外壳9的外部均呈网状结构时，其分别增大了所述阳极腔室15和所述阴极腔室16与外部环境的接触面积，从而达到提高所述循环水冷制氢模块的散热效果的目的。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种循环水冷制氢模块，其特征在于：包括制氢槽、与所述制氢槽的阳极腔室相连通的阳极循环水冷水箱、以及与所述制氢槽的阴极腔室相连通的阴极循环水冷水箱，并且所述阳极循环水冷水箱上设置有氧气出口，所述阴极循环水冷水箱上均设置有氢气出口。
2.如权利要求1所述的循环水冷制氢模块，其特征在于：所述制氢槽包括壳体，所述壳体的内部设置有电解腔室，所述电解腔室内设置有阳极片、阴极片以及设置在所述阳极片和阴极片之间的质子交换膜，所述质子交换膜将所述电解腔室分割为阳极腔室和阴极腔室，并且所述壳体在所述阳极腔室的一侧设置有阳极进水口和阳极出水口，所述壳体在所述阴极腔室的一侧设置有阴极进水口和阴极出水口，并且所述阳极进水口和所述阳极出水口分别连接所述阳极循环水冷水箱的第一出水口和第一进水口，所述阴极进水口和阴极出水口分别连接阴极循环水冷水箱的第二出水口和第二进水口。
3.如权利要求2所述的循环水冷制氢模块，其特征在于：所述壳体包括第一外壳和第二外壳，所述阳极进水口和所述阳极出水口对称设置在所述第一外壳的上下两侧，所述阴极进水口和所述阴极出水口对称设置在所述第二外壳的上下两侧。
4.如权利要求3所述的循环水冷制氢模块，其特征在于：所述循环水冷制氢模块还包括密封组件，所述密封组件包括设置在所述第一外壳与所述阳极片之间的第一密封件、以及设置在所述第二外壳与所述阴极片之间的第二密封件。
5.如权利要求4所述的循环水冷制氢模块，其特征在于：所述第一密封件为与所述阳极片相匹配的第一密封圈；所述第二密封件为与所述阴极片相匹配的第二密封圈。
6.如权利要求3所述的循环水冷制氢模块，其特征在于：所述第一外壳的内部在所述阳极进水口与所述阳极出水口之间交错设置有若干个第一挡板；所述第二外壳的内部在所述阴极进水口和所述阴极出水口之间交错设置有若干个第二挡板。
7.如权利要求3-6任何一项所述的循环水冷制氢模块，其特征在于：所述第一外壳的外部呈网状结构；所述第二外壳的外部呈网状结构。
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