CN110295373A - 一种氢气生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种氢气生成装置，包括水箱和电解槽，所述电解槽包括依次设置的第一固定板、第一绝缘板、阳极电解板、第一钛纤维板、离子膜、第二钛纤维板、阴极电解板、第二绝缘板和第二固定板，所述阳极电解板面向阴极电解板的一面设有水流槽，所述水流槽内设有竖直走向的导向条，所述水流槽的下部与进水口连通、上部与出水口连通，所述导向条的上表面与水流槽的边沿相平；所述阴极电解板上设有出气孔，所述出气孔与第一钛纤维板连通；所述水箱通过导管连接所述进水口和出水口，连接进水口的导管与水箱的连接位置低于连接出水口的导管与水箱的连接位置。工作时，阴极电解板连接直流电源的负极，阳极电解板连接直流电源的正极。采用本发明，可稳定可靠地生成氢气，体积小，结构紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及民用氢气制备领域，尤其涉及一种氢气生成装置。
背景技术
现有的电解制氢装置主要是将电解器浸入水中，通过电解的方式生成氢气和氧气，再将氢气收集。上述结构占用空间大，不便携带。在生成氢气和氧气时，气体会在电解器的电解片上聚集，影响电解片与水的接触面积，因而影响电解效率。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种氢气生成装置，可稳定可靠地生成氢气，体积小，结构紧凑。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种氢气生成装置，包括水箱和电解槽，所述电解槽包括依次设置的第一固定板、第一绝缘板、阳极电解板、第一钛纤维板、离子膜、第二钛纤维板、阴极电解板、第二绝缘板和第二固定板，所述阳极电解板面向阴极电解板的一面设有水流槽，所述水流槽内设有竖直走向的导向条，所述水流槽的下部与进水口连通、上部与出水口连通，所述导向条的上表面与水流槽的边沿相平；所述阴极电解板上设有出气孔，所述出气孔与第一钛纤维板连通；所述水箱通过导管连接所述进水口和出水口，连接进水口的导管与水箱的连接位置低于连接出水口的导管与水箱的连接位置。工作时，阴极电解板连接直流电源的负极，阳极电解板连接直流电源的正极。
作为上述方案的改进，四个所述导向条间隔预定距离横向排列，形成一个水流支撑单元，所述水流槽内横向排列有两组水流支撑单元，所述两组水流支撑单元之间的距离大于单个水流支撑单元中相邻导向条的距离。
作为上述方案的改进，所述水流槽内纵向向排列有三组水流支撑单元，所述三组水流支撑单元按照预定间距排列。
作为上述方案的改进，所述第一钛纤维板、离子膜和第二钛纤维板的外围设有硅胶密封框，当第一固定板和第二固定板对第一导电板和第二导电板施加压力时，所述第一导电板和第二导电板将硅胶密封框压紧，在第一导电板和第二导电板之间形成密封空间；所述第一导电板与第一钛纤维板抵接，所述第二导电板与第二钛纤维板抵接，所述第一钛纤维板和第二钛纤维板均匀夹紧所述离子膜。
作为上述方案的改进，所述离子膜从第一钛纤维板和第二钛纤维板的四周边沿延伸出来，并被硅胶密封框夹持；阳极电解板、硅胶密封框和离子膜之间形成密封的水流容腔，阴极电解板、硅胶密封框和离子膜之间形成密封的氢气容腔。
作为上述方案的改进，所述水箱顶部设有盖子，所述盖子设有止水通气腔；所述止水通气腔内设有下通气孔和上通气孔，所述下通气孔和上通气孔之间设有堵头，所述堵头与弹簧连接。
作为上述方案的改进，所述上通气孔的下方设有导气柱；初始状态下，所述堵头与导气柱之间留有间隙，所述堵头下端面设有锥型部，所述锥型部伸入下通气孔中。
作为上述方案的改进，所述盖子顶部设有高于其所在平面的手持部，所述手持部的顶面为山脊状；所述上通气孔设于所述手持部的顶面。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过在第一固定板和第二固定板的边沿设置成排的螺栓，对第一固定板和第二固定板之间的多种板材施加均匀的压力。在上述压力的加持下，通过橡胶密封框在阳极电解板与离子膜、阴极电解板与离子膜之间形成密封腔室；在所述密封腔室中设置表面平整的第一钛纤维板和第二钛纤维板，利用第一钛纤维板和第二钛纤维板的疏水性和透气性，保证离子膜表面持续被水覆盖，并且产生的气体能够及时从第一钛纤维板和第二钛纤维板排出；利用第一钛纤维板和第二钛纤维板的导电性，使离子膜两侧形成均匀电场，保证电解反应的稳定进行；利用第一钛纤维板和第二钛纤维板强度大，内孔致密，表面平整细滑的物理特性，将离子膜各部位夹紧，防止离子膜在电解过程中受到周期力而反复涨缩，延长离子膜的使用寿命。
本发明两组水流支撑单元之间形成主水流通道，为第一钛纤维板快速补水；相邻的导向条之间形成副水流通道，引导生成的氧气气泡汇集到出水口排出，防止生成的氧气气泡在水流槽上过快聚集，变成大气泡，阻碍水流的流动。在副水流通道中的小气泡向上移动，同时为水流带来向上流动的动力，使得只需要将进水口与出水口与水箱直接连通，无需设置水泵等主动动力装置，水流即可自发地从进水口进入、从出水口流出。
附图说明
图1是本发明一种氢气生成装置的结构示意图；
图2是本发明一种氢气生成装置的电解器的装配状态示意图；
图3是本发明一种氢气生成装置的电解器的爆炸图；
图4是本发明一种氢气生成装置的阳极电解板的结构示意图；
图5是本发明一种氢气生成装置的盖子的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
如图1-图5所示，本发明实施例提供了一种氢气生成装置，包括水箱1和电解槽2，所述电解槽2包括依次设置的第一固定板21、第一绝缘板22、阳极电解板23、第一钛纤维板24、离子膜25、第二钛纤维板26、阴极电解板27、第二绝缘板28和第二固定板29，所述阳极电解板23面向阴极电解板27的一面设有水流槽231，所述水流槽231内设有竖直走向的导向条232，所述水流槽231的下部与进水口233连通、上部与出水口234连通，所述导向条232的上表面与水流槽231的边沿相平；所述阴极电解板27上设有出气孔271，所述出气孔271与第一蜂窝铝板24连通；所述第一固定板21和第二固定板29可以由铝合金制成，所述第一绝缘板22和第二绝缘板28可以是硅胶板，所述阳极电解板23需要采用TA1钛材。阴极电解板27可以是一般的导电金属板，所述离子膜25可以是N117表面涂覆或电镀贵金属催化剂，如铂催化剂。所述水箱1通过导管连接所述进水口233和出水口234，连接进水口233的导管与水箱1的连接位置低于连接出水口234的导管与水箱1的连接位置。工作时，阴极电解板27连接直流电源的负极，阳极电解板23连接直流电源的正极。阴极电解板27将电场传递到第二钛纤维板26，阳极电解板23将电场传递到第一钛纤维板24，使离子膜25的两侧形成电势差，水中的氢离子和阳离子在电势差的作用下定向移动，在离子膜25的一侧产生氢气，另一侧产生氧气，产生的氢气经过第二蜂窝铝板26传回阴极电解板27，产生的氧气经过第一钛纤维板24传回阳极电解板23。
本发明通过在第一固定板21和第二固定板29的边沿设置成排的螺栓3，对第一固定板21和第二固定板29之间的多种板材施加均匀的压力。在上述压力的加持下，通过硅胶密封框20在阳极电解板23与离子膜25、阴极电解板27与离子膜25之间形成密封腔室；在所述密封腔室中设置表面平整的第一钛纤维板24和第二钛纤维板26，利用第一钛纤维板24和第二钛纤维板26的疏水性和透气性，保证离子膜25表面持续被水覆盖，并且产生的气体能够及时从第一蜂窝铝板24和第二蜂窝铝板26排出；利用第一钛纤维板24和第二钛纤维板26的导电性，使离子膜25两侧形成均匀电场，保证电解反应的稳定进行；利用第一钛纤维板24和第二钛纤维板26强度大，内孔致密，表面平整细滑的物理特性，将离子膜25各部位夹紧，防止离子膜25在电解过程中受到周期力而反复涨缩，延长离子膜25的使用寿命。
在阳极反应端，要保证水和离子膜25充分接触，同时生成的氧气能及时排出。为此，本实施例将四个所述导向条232间隔预定距离横向排列，形成一个水流支撑单元A，所述水流槽231内横向排列有两组水流支撑单元A，所述两组水流支撑单元A之间的距离大于单个水流支撑单元A中相邻导向条232的距离。两组水流支撑单元A之间形成主水流通道233，为第一钛纤维板24快速补水；相邻的导向条232之间形成副水流通道234，引导生成的氧气气泡汇集到出水口234排出，防止生成的氧气气泡在水流槽231上过快聚集，变成大气泡，阻碍水流的流动。在副水流通道234中的小气泡向上移动，同时为水流带来向上流动的动力，使得只需要将进水口233与出水口234与水箱1直接连通，无需设置水泵等主动动力装置，水流即可自发地从进水口233进入、从出水口234流出。
优选地，所述水流槽231内纵向排列有三组水流支撑单元A，所述三组水流支撑单元A按照预定间距排列。在纵向排列的水流支撑单元A之间，水流和气泡可以横向移动，防止由于某个副水流通道234堵塞而造成整个纵向区域内的水流都无法流动，或者气体压力异常增大。
正如上文所说的，要使第一钛纤维板24、离子膜25和第二钛纤维板26中的水的电解反应迅速而稳定，必须保证第一钛纤维板24和第二钛纤维板26受力均匀地紧贴在离子膜25表面，并同时为它们提供水密和气密环境。为此，所述第一钛纤维板24、离子膜25和第二钛纤维板26的外围设有硅胶密封框20，当第一固定板21和第二固定板29对阳极电解板23和阴极电解板27施加压力时，所述阳极电解板23和阴极电解板27将硅胶密封框20压紧，在阳极电解板23和阴极电解板27之间形成密封空间；所述阳极电解板23与第一钛纤维板24抵接，所述阴极电解板27与第二钛纤维板26抵接，所述第一钛纤维板24和第二钛纤维板26均匀夹紧所述离子膜25。所述离子膜25从第一钛纤维板24和第二钛纤维板26的四周边沿延伸出来，并被硅胶密封框20夹持；阳极电解板23、橡胶密封框20和离子膜25之间形成密封的水流容腔，阴极电解板27、硅胶密封框20和离子膜25之间形成密封的氢气容腔。通过上述结构，第一钛纤维板24、离子膜25和第二钛纤维板26的紧贴程度不受装配精度的影响，外围的密封由具有弹性的硅胶密封框20完成，对各元件的公差精度要求降低，也更利于装配。
电解器生成的氧气随出水口234重新进入水箱1，因此，水箱1必须具有排气功能。另外，为了提高本设备的便携性，水箱1能够排气的同时应该能防止水从里面倒出。为此，所述水箱1顶部设有盖子11，所述盖子11设有止水通气腔111；所述止水通气腔111内设有下通气孔112和上通气孔113，所述下通气孔112和上通气孔113之间设有堵头114，所述堵头114与弹簧115连接。具体地，所述上通气孔113的下方设有导气柱116；初始状态下，所述堵头114与导气柱116之间留有间隙，所述堵头114下端面设有锥型部117，所述锥型部117伸入下通气孔112中。当水箱1内的气压大于环境气压时，水箱1内的气体推动所述堵头114向上运动，水箱1内的气体从堵头114与导气柱116之间的间隙进入导气柱116内，通过上通气孔113排出。本方案通过锥形部伸入下通气孔112作为堵头114的导向，解决了常规结构中在堵头114的上方设置导向槽，堵头114在导向槽中运行受阻时气体无法及时排出的缺陷。当水箱1被倾倒时，水通过下通气孔112进入，推动堵头114向导气柱116运动，由于水的粘性和阻力都比气体大，因此堵头114会堵在导气柱116上，水无法进入导气柱116，因而无法从上通气孔113流出。
优选地，所述盖子11顶部设有高于其所在平面的手持部118，所述手持部118的顶面为山脊状；所述上通气孔113设于所述手持部118的顶面。在日常使用中，高于其所在平面的手持部118的顶面不容易堆积灰尘，山脊状的顶面也不容易被杂物完全覆盖，因此，其上设置的上通气孔113不易堵塞，保证使用可靠。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种氢气生成装置，包括水箱和电解槽，其特征在于，所述电解槽包括依次设置的第一固定板、第一绝缘板、阳极电解板、第一钛纤维板、离子膜、第二钛纤维板、阴极电解板、第二绝缘板和第二固定板，所述阳极电解板面向阴极电解板的一面设有水流槽，所述水流槽内设有竖直走向的导向条，所述水流槽的下部与进水口连通、上部与出水口连通，所述导向条的上表面与水流槽的边沿相平；所述阴极电解板上设有出气孔，所述出气孔与第一蜂窝铝板连通；
所述水箱通过导管连接所述进水口和出水口，连接进水口的导管与水箱的连接位置低于连接出水口的导管与水箱的连接位置。
2.如权利要求1所述的氢气生成装置，其特征在于，四个所述导向条间隔预定距离横向排列，形成一个水流支撑单元，所述水流槽内横向排列有两组水流支撑单元，所述两组水流支撑单元之间的距离大于单个水流支撑单元中相邻导向条的距离。
3.如权利要求2所述的氢气生成装置，其特征在于，所述水流槽内纵向向排列有三组水流支撑单元，所述三组水流支撑单元按照预定间距排列。
4.如权利要求2或3任一项所述的氢气生成装置，其特征在于，所述第一钛纤维板、离子膜和第二钛纤维板的外围设有硅胶胶密封框，当第一固定板和第二固定板对第一导电板和第二导电板施加压力时，所述第一导电板和第二导电板将橡胶密封框压紧，在第一导电板和第二导电板之间形成密封空间；所述第一导电板与第一钛纤维板抵接，所述第二导电板与第二钛纤维板抵接，所述第一钛纤维板和第二钛纤维板均匀夹紧所述离子膜。
5.如权利要求4所述的氢气生成装置，其特征在于，所述离子膜从第一钛纤维板和第二钛纤维板的四周边沿延伸出来，并被硅胶胶密封框夹持；阳极电解板、硅胶密封框和离子膜之间形成密封的水流容腔，阴极电解板、橡胶密封框和离子膜之间形成密封的氢气容腔。
6.如权利要求1所述的氢气生成装置，其特征在于，所述水箱顶部设有盖子，所述盖子设有止水通气腔；所述止水通气腔内设有下通气孔和上通气孔，所述下通气孔和上通气孔之间设有堵头，所述堵头与弹簧连接。
7.如权利要求6所述的氢气生成装置，其特征在于，所述上通气孔的下方设有导气柱；初始状态下，所述堵头与导气柱之间留有间隙，所述堵头下端面设有锥型部，所述锥型部伸入下通气孔中。
8.如权利要求7所述的氢气生成装置，其特征在于，所述盖子顶部设有高于其所在平面的手持部，所述手持部的顶面为山脊状；所述上通气孔设于所述手持部的顶面。
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