CN113106481B - 一种氢氧发生装置及其氢氧制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢氧发生装置及其氢氧制备方法，其中，氢氧发生装置包括两端板、正极板和负极板，装设于正极板和负极板之间至少一组的绝缘板框组件、以及至少一组配套置入绝缘板框组件中用于与所述正极板和负极板电导通的膜电极组件。设有的绝缘板框组件设计巧妙，结构稳固，承压性好，耐高温以及耐腐蚀；能够很好替代以往技术中采用的密封件，解决以往存在密封件容易被腐蚀，出现漏水、漏气、不能承压的问题，提升了使用寿命和经济效率。本发明接入电源电路和纯水源后，氢气和氧气的制备性能稳定，使用寿命长。根据使用需要，能够通过增加绝缘板框组件和膜电极组件的数量，进而大幅提升工作效能。

Description

一种氢氧发生装置及其氢氧制备方法

技术领域

本发明涉及一种氢氧发生装置，以及该装置的氢氧制备方法。

背景技术

目前，从技术层面来说，业界的制氢技术发展成熟，方法多样，如水煤气法制氢和电解水制氢，水煤气法制氢这种方法制氢成本较低、产量大，然而需要的设备也较多，在合成氨厂多用此法；就可开发性而言，电解水制氢相较之下为一种更优越的方法，最具有应用前景，它具有产品纯度高，操作简便，无污染，无噪音，可循环利用等优点。但电解水制氢方法中，现有技术的氢氧发生装置也存在至少两点缺点：其一、电极板的板面上需加工复杂的沟槽结构，加工成本高，制造周期长；其二、结构不够合理，氢氧发生装置在使用一定时间后，对内部气压的承受能力差，使用寿命短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种氢氧发生装置，该一种氢氧发生装置的结构合理，结构的气密性和耐腐蚀性能好，并且易于实现；为此，本发明还要提供一种氢氧制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种氢氧发生装置，包括两端板，装设于两端板之间的正极板和负极板，装设于正极板和负极板之间至少一组的绝缘板框组件、以及至少一组配套置入绝缘板框组件中用于与所述正极板和负极板电导通的膜电极组件，所述绝缘板框组件具有气液流道和连通气液流道的多个输入输出口，绝缘板框组件具有中部开口，所述中部开口通过对应的所述正极板与负极板密闭，所述正极板和负极板均与对应的所述端板之间装设有电隔离层，所述端板具有多个连通所述输入输出口的连接孔。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种氢氧发生装置的氢氧制备方法，包括以下步骤：

a.制备合金端板，两端板为一组，沿端板的周沿在板面开设多个均匀排布的螺栓孔，于其中一端板的板面的预定位置开设氢气输出连接孔、注水连接孔和氧气连接孔，在氢气输出连接孔、注水连接孔和氧气连接孔处设置接头，制得阳极端板，另一端板为阴极端板；

b.制备螺栓件，在螺栓件的杆部增加一层预定厚度的绝缘包裹层；

c.制备导热电绝缘垫片，导热电绝缘垫片与端板的内板面贴合；

d.制备正极板以及负极板，用于与导热电绝缘垫片相贴合，正极板和负极板的两板面均为完整平面；

e.根据设计效能，将适配大小的绝缘体薄片的中部镂空形成预定大小的中部开口，制得一框体，于中部开口的内框的一对对角位置开设连通中部开口的水气通孔，于中部开口的内框的另一对对角位置开设氢气通孔，氢气通孔与中部开口隔开，在该框体的两面均开设包围中部开口、水气通孔和氢气通孔的围槽，制备适配该围槽的密封件，制得阳极板框，根据阳极板框的结构制得呈镜像结构的阴极板框，阳极板框和阴极板框相贴合装配，并且阳极板框和阴极板框的水气通孔与氢气通孔的孔位相互错开；

f.制备0.1-5.0mm的合金薄片，裁制成适配中部开口的形状和大小作为基板，将基板的两面进行电镀金属层，在该金属层的表面覆盖防电腐蚀的疏水层，将疏水层的表面进行加工，形成具有微粗糙面的疏水层表面，制得水扩散板；

g.预备质子交换膜，将质子交换膜固定于阳极板框与阴极板框之间，使相邻的中部开口相互密闭，将质子交换膜与疏水层表面相贴合，在质子交换膜的两面均贴合一水扩散板；

h.将正极板、水扩散板、阳极板框、质子交换膜、阴极板框、另一水扩散板以及负极板依次对应贴合，使用两端板固定，通过螺栓件锁紧，螺栓件的杆部分别与正极板以及负极板绝缘接触；

i.制得氢氧发生装置；

j.将阳极端板朝下放置，将注水连接孔连通纯水源，将正极板以及负极板连通电源，纯水电解制得氢气和氧气。

本发明的有益效果是：设有的绝缘板框组件设计巧妙，结构稳固，承压性好，耐高温以及耐腐蚀；能够很好替代以往技术中采用的密封件，解决以往存在密封件容易被腐蚀，出现漏水、漏气、不能承压的问题，提升了使用寿命和经济效率。设有的水扩散层具有微粗糙面的疏水层表面，该疏水层表面防电腐蚀，疏水性能好，利于提升电解效率。在实际的应用中，本发明的膜电极组件还包括至少一层内置于中部开口中的微孔板，用于优化纯水的扩散性能，使纯水在微孔板形成均匀的水膜进而导向水扩散层，并且微孔板能够替代以往技术中在正极板和负极板的板面中加工的导水槽结构，其具有的优点有：一方面使纯水的扩散更均匀利于电解效率，另一方面相较于以往的导水槽结构，微孔板易于制造，制造周期短，成本低。

本发明接入电源电路和纯水源后，氢气和氧气的制备性能稳定，使用寿命长。根据使用需要，能够通过增加绝缘板框组件和膜电极组件的数量，进而大幅提升工作效能。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中正极板和负极板的结构示意图。

图3为本发明中绝缘板框组件和膜电极组件的分解图，以及局部放大图。

图4为本发明的应用实例的叠加结构示意图。

图5为采用图4中结构的总装结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

参见图1、图2、图3所示，本发明氢氧发生装置包括两端板，装设于两端板之间的正极板1和负极板2，装设于正极板1和负极板2之间数量为一组的绝缘板框组件、以及一组配套置入绝缘板框组件3中用于与所述正极板1和负极板2电导通的膜电极组件4，所述绝缘板框组件3具有气液流道和连通气液流道的多个输入输出口，绝缘板框组件3具有中部开口100，所述中部开口100通过对应的所述正极板1与负极板2密闭，所述正极板1和负极板2均与对应的所述端板之间装设有电隔离层(图中未示)，所述端板包括阳极端板8和阴极端板9，所述阳极端板8具有多个连通所述输入输出口的连接孔，所述连接孔装设有接头5。基于应用考量，参见图4和图5，本实施例的绝缘板框组件3与膜电极组件4的数量均为两套，两套绝缘板框组件3之间以及两套膜电极组件4之间通过一张金属隔板6隔开；该叠加结构装配简便，根据实际应用进行增减，使用灵活，能实现更高效的工作效能。

本发明氢氧发生装置还包括锁紧件7，所述端板、绝缘板框组件3、正极板1和负极板2均设置有适配的贯穿孔，所述锁紧件7设置有用于与所述端板、正极板1以及负极板2均绝缘设置的接触部分(图中未示)。该结构避免正极板1和负极板2出现短接，为一种安全设计，结构可靠合理。

在上述技术方案中，参见图3所示，本实施例的绝缘板框组件3包括密封件31、以及相同结构的阳极板框32与阴极板框33，所述阴极板框33的中部镂空形成所述中部开口100，所述输入输出口包括连通所述中部开口100的水气通孔34、以及区别于水气通孔34的结构的氢气通孔35，所述水气通孔34设置于所述中部开口100的一对对角位置，所述氢气通孔35设置于所述中部开口100的另一对对角位置、并与中部开口100隔开，所述密封件31对应装设于所述阴极板框33和阳极板框32的两板面中，用于包围所述中部开口100、水气通孔34和氢气通孔35形成一密闭区域。本实施例中的阳极板框32与阴极板框33能够替代以往技术中采用的密封结构，解决了以往结构中采用的密封件31容易被腐蚀，从而出现漏水、漏气、不能承压的问题。较佳的，阳极板框32与阴极板框33均为聚丙烯制件，耐温耐腐蚀性能好，并且结构上具有良好的承压性能，显著延长了使用寿命，利于实现较好的经济效率。

参见图3，本实施例的膜电极组件4包括质子交换膜41以及与质子交换膜41相贴合的水扩散层42，所述水扩散层42包括合金基片以及覆盖于合金基片的两面上的表面层，水扩散层42置入所述中部开口100中并与对应的所述正极板1或负极板2电导通，所述质子交换膜41装设于所述阳极板框32与阴极板框33之间，并且质子交换膜41的一接触面与所述水扩散层42电导通，质子交换膜41的另一接触面通过另一水扩散层42与对应的所述正极板1或负极板2电导通。作为优选，质子交换膜41的外轮廓尺寸大于所述中部开口100的外轮廓尺寸，并且大于所述密封件31的外轮廓尺寸。质子交换膜41固定于阳极板框32与阴极板框33之间，使相邻的所述中部开口100相互密闭。较佳的，本实施例的表面层为耐氧化和耐电腐蚀的金属镀层，所述金属镀层为粗糙层，利于纯水在其表面的扩散疏水，形成均匀的水膜，同时提升了使用寿命；本实施例的集电器为耐氧化和耐电腐蚀的合金薄片，易于制造，成本低。

进一步地，在实际应用实例中，所述膜电极组件4还包括至少一内置于所述中部开口100中的集电器(图中未示)，所述集电器为微孔板，集电器通过对应的所述正极板1或负极板2与水扩散层42电导通。设有的微孔板用于优化纯水的扩散性能，使纯水在微孔板形成均匀的水膜。微孔板用于替代以往技术中的正极板1和负极板2的板面中加工的导水槽结构，其具有的优点有：一方面使纯水的扩散更均匀利于电解效率，另一方面相较于以往的导水槽结构，微孔板易于制造，制造周期短，成本低。

本发明氢氧发生装置的氢氧制备方法，包括以下步骤：

a.制备合金端板，两端板为一组，沿端板的周沿在板面开设多个均匀排布的螺栓孔，于其中一端板的板面的预定位置开设氢气输出连接孔、注水连接孔和氧气连接孔，在氢气输出连接孔、注水连接孔和氧气连接孔处设置接头，制得阳极端板，另一端板为阴极端板；

b.制备螺栓件，在螺栓件的杆部增加一层预定厚度的绝缘包裹层；

c.制备导热电绝缘垫片，导热电绝缘垫片与端板的内板面贴合；

d.制备正极板以及负极板，用于与导热电绝缘垫片相贴合，正极板和负极板的两板面均为完整平面；

e.根据设计效能，将适配大小的绝缘体薄片的中部镂空形成预定大小的中部开口，制得一框体，于中部开口的内框的一对对角位置开设连通中部开口的水气通孔，于中部开口的内框的另一对对角位置开设氢气通孔，氢气通孔与中部开口隔开，在该框体的两面均开设包围中部开口、水气通孔和氢气通孔的围槽，制备适配该围槽的密封件，制得阳极板框，根据阳极板框的结构制得呈镜像结构的阴极板框，阳极板框和阴极板框相贴合装配，并且阳极板框和阴极板框的水气通孔与氢气通孔的孔位相互错开；

f.制备0.1-5.0mm的合金薄片，裁制成适配中部开口的形状和大小作为基板，将基板的两面进行电镀金属层，在该金属层的表面覆盖防电腐蚀的疏水层，将疏水层的表面进行加工，形成具有微粗糙面的疏水层表面，制得水扩散板；

g.预备质子交换膜，将质子交换膜固定于阳极板框与阴极板框之间，使相邻的中部开口相互密闭，将质子交换膜与疏水层表面相贴合，在质子交换膜的两面均贴合一水扩散板；

h.将正极板、水扩散板、阳极板框、质子交换膜、阴极板框、另一水扩散板以及负极板依次对应贴合，使用两端板固定，通过螺栓件锁紧，螺栓件的杆部分别与正极板以及负极板绝缘接触；

i.制得氢氧发生装置；

j.将阳极端板朝下放置，将注水连接孔连通纯水源，将正极板以及负极板连通电源，纯水电解制得氢气和氧气。

作为优选方案，上述步骤f中，根据设计效能，预制适配中部开口的形状和大小的微孔板，将微孔板与对应的水扩散板贴合、电导通；步骤f中，基板的厚度尺寸为0.4mm，使用过程中在保证预定效能前提下，不会出现断裂现象。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列应用，其完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限定特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种氢氧发生装置，其特征是：包括两端板，装设于两端板之间的正极板和负极板，装设于正极板和负极板之间至少一组的绝缘板框组件、以及至少一组配套置入绝缘板框组件中用于与所述正极板和负极板电导通的膜电极组件，所述绝缘板框组件具有气液流道和连通气液流道的多个输入输出口，绝缘板框组件具有中部开口，所述中部开口通过对应的所述正极板与负极板密闭，所述正极板和负极板均与对应的所述端板之间装设有电隔离层，所述端板具有多个连通所述输入输出口的连接孔；

所述绝缘板框组件包括密封件、以及相同结构的阳极板框与阴极板框，所述阴极板框的中部镂空形成所述中部开口，所述输入输出口包括连通所述中部开口的水气通孔、以及区别于水气通孔的结构的氢气通孔，所述水气通孔设置于所述中部开口的一对对角位置，所述氢气通孔设置于所述中部开口的另一对对角位置、并与中部开口隔开，所述密封件对应装设于所述阴极板框和阳极板框的两板面中，用于包围所述中部开口、水气通孔和氢气通孔形成一密闭区域；

所述膜电极组件包括质子交换膜以及与质子交换膜相贴合的水扩散层，所述水扩散层包括合金基片以及覆盖于合金基片的两面上的表面层，水扩散层置入所述中部开口中并与对应的所述正极板或负极板电导通，所述质子交换膜装设于所述阳极板框与阴极板框之间，并且质子交换膜的一接触面与所述水扩散层电导通，质子交换膜的另一接触面通过另一水扩散层与对应的所述正极板或负极板电导通；

所述膜电极组件还包括至少一内置于所述中部开口中的集电器，所述集电器为微孔板，集电器通过对应的所述正极板或负极板与水扩散层电导通。

2.根据权利要求1所述的氢氧发生装置，其特征是：其还包括锁紧件，所述端板、绝缘板框组件、正极板和负极板均设置有适配的贯穿孔，所述锁紧件设置有用于与所述端板、正极板以及负极板均绝缘设置的接触部分。

3.根据权利要求1所述的氢氧发生装置，其特征是：所述表面层为耐氧化和耐电腐蚀的金属镀层，所述金属镀层为粗糙层；所述集电器为耐氧化和耐电腐蚀的合金薄片。

4.权利要求1所述的氢氧发生装置的氢氧制备方法，其特征是：包括以下步骤：

a.制备合金端板，两端板为一组，沿端板的周沿在板面开设多个均匀排布的螺栓孔，于其中一端板的板面的预定位置开设氢气输出连接孔、注水连接孔和氧气连接孔，在氢气输出连接孔、注水连接孔和氧气连接孔处设置接头，制得阳极端板，另一端板为阴极端板；

b.制备螺栓件，在螺栓件的杆部增加一层预定厚度的绝缘包裹层；

c.制备导热电绝缘垫片，导热电绝缘垫片与端板的内板面贴合；

d.制备正极板以及负极板，用于与导热电绝缘垫片相贴合，正极板和负极板的两板面均为完整平面；

e.根据设计效能，将适配大小的绝缘体薄片的中部镂空形成预定大小的中部开口，制得一框体，于中部开口的内框的一对对角位置开设连通中部开口的水气通孔，于中部开口的内框的另一对对角位置开设氢气通孔，氢气通孔与中部开口隔开，在该框体的两面均开设包围中部开口、水气通孔和氢气通孔的围槽，制备适配该围槽的密封件，制得阳极板框，根据阳极板框的结构制得呈镜像结构的阴极板框，阳极板框和阴极板框相贴合装配，并且阳极板框和阴极板框的水气通孔与氢气通孔的孔位相互错开；

f.制备厚度为0.4mm的合金薄片，裁制成适配中部开口的形状和大小作为基板，将基板的两面进行电镀金属层，在该金属层的表面覆盖防电腐蚀的疏水层，将疏水层的表面进行加工，形成具有微粗糙面的疏水层表面，制得水扩散层；

g.预备质子交换膜，将质子交换膜固定于阳极板框与阴极板框之间，使相邻的中部开口相互密闭，将质子交换膜与疏水层表面相贴合，在质子交换膜的两面均贴合一水扩散层；

h.将正极板、水扩散层、阳极板框、质子交换膜、阴极板框、另一水扩散层以及负极板依次对应贴合，使用两端板固定，通过螺栓件锁紧，螺栓件的杆部分别与正极板以及负极板绝缘接触；

i.制得氢氧发生装置；

j.将阳极端板朝下放置，将注水连接孔连通纯水源，将正极板以及负极板连通电源，纯水电解制得氢气和氧气；

其中，在上述步骤f中，根据设计效能，预制适配中部开口的形状和大小的微孔板，将微孔板与对应的水扩散层贴合、电导通。