CN111455402A

CN111455402A - 一种插片式氢气发生器

Info

Publication number: CN111455402A
Application number: CN202010408576.7A
Authority: CN
Inventors: 熊雪松; 周联群; 金黄富
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-07-28

Abstract

本发明公开了一种插片式氢气发生器，包括上端板、下端板,以及堆叠在上端板和下端板之间的电极插片，上端板与下端板之间通过定位组件连接；电极插片的数量为M,M≥2；电极插片包括电极插片本体，电极插片本体沿厚度方向的一侧设有阳极板，其相对的另一侧设有阴极板；M个电极插片围合后形成N个电解室,N＝M‑1；每个电解室内均设有质子交换膜；阳极室设置有电解液输入口和电解液输出口，阴极室设置有氢气输出口。本发明可以实现单个电极插片的单独拆卸及更换，具有拆装方便和更换成本低的特点。进一步地，它还可根据需要自由组合，将电极插片反复叠加，形成更多极的发生器，无限重复叠加以达到指定气量输出。

Description

一种插片式氢气发生器

技术领域

本发明涉及一种用于生产氢气的设备，具体涉及一种插片式氢气发生器。

背景技术

氢能作为一种原料无限的清洁、高效能源和载能体，可与太阳能发电以及氢氧燃料电池联用，是清洁、高效利用可再生能源的关键环节。因此，目前市场上出现了多种氢气制备设备，如现有技术中，专利申请号为CN201410035707.6的发明专利公开了一种质子交换膜水电解装置，包括两个阳极板、一个阴双极板以及两个阳极板与阴双极板之间的膜电极。此外阳极板两端依次排列有阳极端板、绝缘垫片，阳极板与膜电极以及膜电极与阴双极板之间有密封垫片，有螺杆和螺母紧固成一体。该装置所采用的工作介质为纯水，具备工作条件温和、电解效率高、产气纯度高的特点；但是该装置还存在如下问题：它的阳极板与膜电极以及膜电极与阴双极板之间有密封垫片，并且通过螺杆和螺母紧固成一体，当阳极板、膜电极及阴极板中任何一个被损坏或异常后，必须整体更换或整体拆装，存在拆装麻烦和更换成本高的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种插片式氢气发生器，它可以实现单个电极插片的单独拆卸及更换，具有拆装方便和更换成本低的特点。进一步地，它还可根据需要自由组合，将电极插片反复叠加，形成更多极的发生器，无限重复叠加以达到指定气量输出。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种插片式氢气发生器，其特征在于：包括上端板、下端板,以及堆叠在上端板和下端板之间的电极插片，所述上端板与所述下端板之间通过定位组件连接；

所述电极插片的数量为M,M≥2；所述电极插片包括电极插片本体，所述电极插片本体沿厚度方向的一侧设有阳极板，其相对的另一侧设有阴极板；M个电极插片围合后形成N个电解室,N＝M-1；每个所述电解室内均设有质子交换膜，所述质子交换膜的两侧分别设有介质扩散层；所述质子交换膜位于阳极板和阴极板之间，所述质子交换膜用于将电解室分隔成阳极室和阴极室；所述阳极室设置有电解液输入口和电解液输出口，所述阴极室设置有氢气输出口。

一种可选的实施方式中，所述上端板和/或所述下端板上设置有电解液输入通道，所述电解液输入通道连通至与之对应的阳极室的所述电解液输入口；所述上端板和/或所述下端板上设置有氢气输出通道，所述氢气输出通道连通至与之对应的阴极室的所述氢气输出口；所述上端板和/或所述下端板上设置有电解液输出通道，所述电解液输出通道连通至与之对应的阳极室的所述电解液输出口。

一种可选的实施方式中，所述电极插片本体沿厚度方向的两侧分别设有相匹配的第一凹槽和第二凹槽；所述阳极板设置于所述第一凹槽内，所述阴极板设置于所述第二凹槽内；所述电极插片本体上设有与第二凹槽连通的所述氢气输出口；所述电极插片本体上还设有与所述第一凹槽连通的所述电解液输入口、所述电解液输出口；电极插片本体上还设有与所述电解液输出口连通的电解液输送通道；所述电极插片本体上还设有与所述氢气输出口连通的氢气输送通道；

当M＝2时，其中一个电极插片的第一凹槽与所述下端板接触围合，该电极插片的第二凹槽与另一个电极插片的第一凹槽围合形成一个所述电解室，另一个电极插片的第二凹槽与所述上端板接触围合；使得N＝1；两个电极插片之间的氢气输送通道相互连通，氢气输送通道与氢气输出通道连通；两个电极插片之间的电解液输送通道相互连通，其中一个电极插片上的电解液输入口与电解液输入通道连通，另一个电极插片上的电解液输送通道与电解液输出通道连接；

当M≥3时，每相邻的两个电极插片之间围合形成一个所述电解室，其中，位于最底层的电极插片的第一凹槽与所述下端板接触围合，位于最上层的电极插片的第二凹槽与所述上端板接触围合；使得N≥2；每相邻的两个电极插片之间的氢气输送通道相互连通，氢气输送通道与氢气输出通道连通；每相邻的两个电极插片之间的电解液输送通道相互连通，其中位于最底层的电极插片上的电解液输入口与电解液输入通道连通，位于最上层的电极插片上的电解液输送通道与电解液输出通道连接。

一种可选的实施方式中，每相邻的两个阳极室之间通过电解液输送通道连通，形成U形的走水通道。

一种可选的实施方式中，每个所述电极插片本体的前端还设有分别与阳极板和阴极板电性连接的导电接线柱，每相邻的两个电极插片本体上的导电接线柱错位设置。

一种可选的实施方式中，所述上端板与所述下端板之间还设有插片限位柱；所述电极插片本体上设置有与所述插片限位柱插接配合的凹陷部。

一种可选的实施方式中，所述电极插片本体的左右两侧设有突出部，每个所述突出部上设有一个所述凹陷部，所述电极插片本体的后端设有两个所述凹陷部；插片限位柱的数量为四个，四个所述插片限位柱分别与四个所述凹陷部一一对应插接配合。

一种可选的实施方式中，所述定位组件包括设置于上端板上的多个第一定位孔、设置于下端板上的多个第二定位孔以及多个定位柱，第一定位孔与第二定位孔一一对应设置，每个所述定位柱插接于与之对应的第一定位孔和第二定位孔中。

一种可选的实施方式中，所述上端板的左侧设有三个第一定位孔，其后端设有四个第一定位孔，其右侧设有三个第一定位孔；所述下端板的左侧设有三个第二定位孔，其后端设有四个第二定位孔，其右侧设有三个第二定位孔；所述定位柱的数量为十个，每个所述定位柱插接于与之对应的第一定位孔和第二定位孔中。

一种可选的实施方式中，所述第一凹槽、第二凹槽的开口端的周缘均设置有阶梯状凹陷，所述第一凹槽、第二凹槽的阶梯状凹陷处均嵌设有阶梯状的密封圈，每个电解室中的离子交换膜位于两个密封圈之间；每相邻的两个电极插片本体之间设有绝缘垫片。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明包括包括上端板、下端板,以及堆叠在上端板和下端板之间的电极插片；电极插片包括电极插片本体，电极插片本体沿厚度方向的一侧设有阳极板，其相对的另一侧设有阴极板，每个电解室内均设有质子交换膜，质子交换膜位于阳极板和阴极板之间，阳极室设置有电解液输入口和电解液输出口，阴极室设置有氢气输出口；所述电极插片的数量为M,M≥2；M个电极插片围合后形成N个电解室,N＝M-1；这样设计，可以实现单个电极插片的单独拆卸及更换，具有拆装方便和更换成本低的特点；而传统的电解槽，在维修时，必须全拆，并且在拆卸过程中，会造成更多的电极损坏，维修成本增大。

2、本发明的氢气发生器可以自由组合，当M＝2时，其中一个电极插片的第一凹槽与所述下端板接触围合，该电极插片的第二凹槽与另一个电极插片的第一凹槽围合形成一个所述电解室，另一个电极插片的第二凹槽与所述上端板接触围合；使得N＝1；当M≥3时，每相邻的两个电极插片之间围合形成一个所述电解室，其中，位于最底层的电极插片的第一凹槽与所述下端板接触围合，位于最上层的电极插片的第二凹槽与所述上端板接触围合；使得N≥2；综合上述组合，将电极插片反复叠加，形成更多极的发生器，无限重复叠加以达到指定气量输出。

3、本发明的氢气发生器的设计为多极串联式，电极插片本体上还设有与所述电解液输出口连通的电解液输送通道；所述电极插片本体上还设有与所述氢气输出口连通的氢气输送通道，每相邻的两个阳极室之间通过电解液输送通道连通，形成U形的走水通道，减少电极发热量，降低能耗。

4、本发明的每个所述电极插片本体的前端还设有分别与阳极板和阴极板电性连接的导电接线柱，这样设计，当电极插片在使用过程中异常，可分段接线使用，不影响正常工作；而且，每相邻的两个电极插片本体上的导电接线柱错位设置,能够为工作人员接线留出更多操作空间。

5、本发明每相邻的两个电极插片本体之间均安装有绝缘垫片，这样设计，可以确保两板不导通，避免造成两极短路失效。另外，本发明采用嵌入式的密封设计，由于两个密封圈之间由质子交换膜隔开，确保两块板之间不会串通。

附图说明

图1为实施例1的插片式氢气发生器的爆炸图；图中未示出质子交换膜、介质扩散层、阳极板、阴极板；

图2为实施例1的插片式氢气发生器的局部剖示图；图中未示出质子交换膜、介质扩散层、阳极板、阴极板；

图3为实施例1的电极插片、质子交换膜、介质扩散层、阳极板、阴极板的装配结构示意图；

图4为实施例1的电极插片的立体图；

图5为实施例1的另一角度的电极插片的立体图；

图6为实施例2的插片式氢气发生器的爆炸图；图中未示出质子交换膜、介质扩散层、阳极板、阴极板；

图7为实施例2的电极插片、质子交换膜、介质扩散层、阳极板、阴极板的装配结构示意图；

图8为实施例3的插片式氢气发生器的爆炸图；图中未示出质子交换膜、介质扩散层、阳极板、阴极板；

图9为实施例3的电极插片、质子交换膜、介质扩散层、阳极板、阴极板的装配结构示意图。

图中：10、上端板；11、电解液输入通道；20、下端板；21、氢气输出通道；22、电解液输出通道；30、电极插片；31、电极插片本体；32、第一凹槽；321、电解液输入口；322、电解液输出口；33、第二凹槽；331、氢气输出口；34、电解液输送通道；35、氢气输送通道；36、导电接线柱；37、突出部；41、第一定位孔；42、第二定位孔；43、定位柱；51、阳极板；52、阴极板；60、质子交换膜；61、介质扩散层；71、插片限位柱；72、凹陷部；80、密封圈；90、绝缘垫片。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。除特殊说明的之外，本实施例中所采用到的材料及设备均可从市场购得。所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1：

参照图1-5，一种插片式氢气发生器，包括上端板10、下端板20，以及堆叠在上端板10和下端板20之间的电极插片30，上端板10与下端板20之间通过定位组件连接；

电极插片30的数量为M，M＝4；电极插片30包括电极插片本体31，电极插片本体31沿厚度方向的一侧设有阳极板51，其相对的另一侧设有阴极板52；M个电极插片围合后形成N个电解室，N＝4-1＝3；每个电解室内均设有质子交换膜60，质子交换膜60的两侧分别设有介质扩散层61；质子交换膜60位于阳极板51和阴极板52之间，质子交换膜60用于将电解室分隔成阳极室和阴极室；阳极室设置有电解液输入口321和电解液输出口322，阴极室设置有氢气输出口331。

本实施例中，电解液为水，实际应用过程中，电解液输入通道外接电解液输入装置，电解液输出通道外接电解液处理装置，氢气输出通道外接氢气处理装置。质子交换膜60、介质扩散层61均为现有技术中的常规结构，例如：质子交换膜60可以采用杜邦的nafion膜等，介质扩散层61可以采用具有多孔结构的透气棉等。插片式氢气发生器可以采用脉冲直流电源驱动。

在本发明较佳的实施例中，上端板10上设置有电解液输入通道11，电解液输入通道连通至与之对应的阳极室的电解液输入口321；下端板20上设置有氢气输出通道21，氢气输出通道连通至与之对应的阴极室的氢气输出口331；下端板20上设置有电解液输出通道22，电解液输出通道连通至与之对应的阳极室的电解液输出口322。

在本发明较佳的实施例中，电极插片本体31沿厚度方向的两侧分别设有相匹配的第一凹槽32和第二凹槽33；阳极板51设置于第一凹槽32内，阴极板52设置于第二凹槽33内；电极插片本体31上设有与第二凹槽33连通的氢气输出口331；电极插片本体31上还设有分别与第一凹槽32连通的电解液输入口321、电解液输出口322；电极插片本体31上还设有与电解液输出口322连通的电解液输送通道34；电极插片本体31上还设有与氢气输出口331连通的氢气输送通道35；

当M＝4时，每相邻的两个电极插片之间围合形成一个电解室，其中，位于最底层的电极插片的第一凹槽32与下端板20接触围合，位于最上层的电极插片的第二凹槽33与上端板10接触围合；使得N＝3；每相邻的两个电极插片之间的氢气输送通道35相互连通，氢气输送通道35与氢气输出通道连通；每相邻的两个电极插片之间的电解液输送通道34相互连通，其中位于最底层的电极插片上的电解液输入口321与电解液输入通道连通，位于最上层的电极插片上的电解液输送通道34与电解液输出通道连接。

在本发明较佳的实施例中，每相邻的两个阳极室之间通过电解液输送通道34连通，形成U形的走水通道，减少电极发热量，降低能耗。

在本发明较佳的实施例中，每个电极插片本体31的前端还设有分别与阳极板51和阴极板52电性连接的导电接线柱36，这样设计，当电极插片在使用过程中异常，可分段接线使用，不影响正常工作；每相邻的两个电极插片本体31上的导电接线柱36错位设置，能够为工作人员接线留出更多操作空间。

在本发明较佳的实施例中，上端板10与下端板20之间还设有插片限位柱71；电极插片本体31上设置有与插片限位柱71插接配合的凹陷部72。通过插片限位柱71与凹陷部72插接配合，能够对电极插片进行限位。更优选地，电极插片本体31的左右两侧设有突出部37，每个突出部37上设有一个圆弧形的凹陷部72，电极插片本体31的后端设有两个凹陷部；插片限位柱71的数量为四个，四个插片限位柱71分别与四个凹陷部一一对应插接配合。这样设计，能够对电极插片起到更好的限位效果，防止电极插片左右晃动。

在本发明较佳的实施例中，定位组件包括设置于上端板10上的多个第一定位孔41、设置于下端板20上的多个第二定位孔42以及多个定位柱43，第一定位孔41与第二定位孔42一一对应设置，每个定位柱43插接于与之对应的第一定位孔41和第二定位孔42中。这样设计，当将一个电极插片抽出后，上端板10能够沿定位柱43下移，通过重新接线后，即可保证剩余的电极插片正常工作。更优选地，上端板10的左侧设有三个第一定位孔41，其后端设有四个第一定位孔41，其右侧设有三个第一定位孔41；下端板20的左侧设有三个第二定位孔42，其后端设有四个第二定位孔42，其右侧设有三个第二定位孔42；定位柱43的数量为十个，每个定位柱43插接于与之对应的第一定位孔41和第二定位孔42中。这样设计，能够保证上端板10及下端板20之间的连接稳定性，同时在上端板10及下端板20的前端留出供电极插片插接配合的活动空间。

在本发明较佳的实施例中，第一凹槽32、第二凹槽33的开口端的周缘均设置有阶梯状凹陷，第一凹槽32、第二凹槽33的阶梯状凹陷处均嵌设有阶梯状的密封圈80，每个电解室中的离子交换膜位于两个密封圈之80间；采用嵌入式的密封设计，由于两个密封圈80之间由质子交换膜60隔开，确保两块板之间不会串通。每相邻的两个电极插片本体31之间设有绝缘垫片90。这样设计，可以确保两板不导通，避免造成两极短路失效。

实施例2：

参照图6-7，本实施例的特点是：当M＝2时，其中一个电极插片的第一凹槽32与下端板20接触围合，该电极插片的第二凹槽33与另一个电极插片的第一凹槽32围合形成一个电解室，另一个电极插片的第二凹槽33与上端板10接触围合；使得N＝1；两个电极插片之间的氢气输送通道35相互连通，氢气输送通道35与氢气输出通道连通；两个电极插片之间的电解液输送通道34相互连通，其中一个电极插片上的电解液输入口321与电解液输入通道连通，另一个电极插片上的电解液输送通道34与电解液输出通道连接。

其它与实施例1相同。

实施例3：

参照图8-9，本实施例的特点是：当M＝3时，每相邻的两个电极插片之间围合形成一个电解室，其中，位于最底层的电极插片的第一凹槽32与下端板20接触围合，位于最上层的电极插片的第二凹槽33与上端板10接触围合；使得N＝2。

其它与实施例1相同。

其它实施例：

当M≥5时，每相邻的两个电极插片之间围合形成一个所述电解室，其中，位于最底层的电极插片的第一凹槽与所述下端板接触围合，位于最上层的电极插片的第二凹槽与所述上端板接触围合；使得N≥4。质子交换膜、介质扩散层还可以采用现有技术中的其它结构。虽然仅仅已经对本申请的某些部件和实施例进行了图示并且描述，但是在不实际脱离在权利要求书中的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以想到许多修改和改变(例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、安装布置、材料使用、颜色、取向等的变化)。

最后应说明的是：上述实施方式仅为本发明的优选实施例方式，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

1.一种插片式氢气发生器，其特征在于：包括上端板、下端板,以及堆叠在上端板和下端板之间的电极插片，所述上端板与所述下端板之间通过定位组件连接；

2.根据权利要求1所述的插片式氢气发生器，其特征在于，所述上端板和/或所述下端板上设置有电解液输入通道，所述电解液输入通道连通至与之对应的阳极室的所述电解液输入口；所述上端板和/或所述下端板上设置有氢气输出通道，所述氢气输出通道连通至与之对应的阴极室的所述氢气输出口；所述上端板和/或所述下端板上设置有电解液输出通道，所述电解液输出通道连通至与之对应的阳极室的所述电解液输出口。

3.根据权利要求2所述的插片式氢气发生器，其特征在于，所述电极插片本体沿厚度方向的两侧分别设有相匹配的第一凹槽和第二凹槽；所述阳极板设置于所述第一凹槽内，所述阴极板设置于所述第二凹槽内；所述电极插片本体上设有与第二凹槽连通的所述氢气输出口；所述电极插片本体上还设有与所述第一凹槽连通的所述电解液输入口、所述电解液输出口；电极插片本体上还设有与所述电解液输出口连通的电解液输送通道；所述电极插片本体上还设有与所述氢气输出口连通的氢气输送通道；

4.根据权利要求3所述的插片式氢气发生器，其特征在于，每相邻的两个阳极室之间通过电解液输送通道连通，形成U形的走水通道。

5.根据权利要求1所述的插片式氢气发生器，其特征在于，每个所述电极插片本体的前端还设有分别与阳极板和阴极板电性连接的导电接线柱，每相邻的两个电极插片本体上的导电接线柱错位设置。

6.根据权利要求1所述的插片式氢气发生器，其特征在于，所述上端板与所述下端板之间还设有插片限位柱；所述电极插片本体上设置有与所述插片限位柱插接配合的凹陷部。

7.根据权利要求6所述的插片式氢气发生器，其特征在于，所述电极插片本体的左右两侧设有突出部，每个所述突出部上设有一个所述凹陷部，所述电极插片本体的后端设有两个所述凹陷部；插片限位柱的数量为四个，四个所述插片限位柱分别与四个所述凹陷部一一对应插接配合。

8.根据权利要求1所述的插片式氢气发生器，其特征在于，所述定位组件包括设置于上端板上的多个第一定位孔、设置于下端板上的多个第二定位孔以及多个定位柱，第一定位孔与第二定位孔一一对应设置，每个所述定位柱插接于与之对应的第一定位孔和第二定位孔中。

9.根据权利要求8所述的插片式氢气发生器，其特征在于，所述上端板的左侧设有三个第一定位孔，其后端设有四个第一定位孔，其右侧设有三个第一定位孔；所述下端板的左侧设有三个第二定位孔，其后端设有四个第二定位孔，其右侧设有三个第二定位孔；所述定位柱的数量为十个，每个所述定位柱插接于与之对应的第一定位孔和第二定位孔中。

10.根据权利要求3所述的插片式氢气发生器，其特征在于，所述第一凹槽、第二凹槽的开口端的周缘均设置有阶梯状凹陷，所述第一凹槽、第二凹槽的阶梯状凹陷处均嵌设有阶梯状的密封圈，每个电解室中的离子交换膜位于两个密封圈之间；每相邻的两个电极插片本体之间设有绝缘垫片。