CN114990599A - 水电解制氢装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电解技术领域，提供了一种水电解制氢装置，包括：电解组件，电解组件包括：阴极片、交换膜和阳极片，阴极片、交换膜和阳极片依次堆叠设置，电解组件具有彼此相背的第一外接触面和第二外接触面；装配组件，包括第一支架和套设在第一支架上的第二支架，第一支架上设置有外螺纹，第二支架上设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹螺接，以将电解组件夹持于第一支架和第二支架之间，并使第一支架抵持在第一外接触面上，第二支架抵持在第二外接触面上。本申请实施方式所提供的制氢装置具有产氢效率高、稳定性好、成本低廉、使用寿命长等优势。

Description

水电解制氢装置

技术领域

本申请涉及电解技术领域，特别地涉及一种水电解制氢装置。

背景技术

水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极片 和阴极片析出。根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解(AE)、 质子交换膜(PEM)水电解以及高温固体氧化物水电解(SOEC)。

目前，日常生活中常常用到小型化的水电解制氢装置，此类制氢装置往往包括阴极片、 阳极片和设置于二者之间的交换膜。当电极通电时，水在阴极片发生反应而产生氢气，在 阳极片反应而产生氧气，交换膜在其间引导了氢氧根离子或是氢离子的交换。

现有技术的水电解制氢装置，其通过多颗螺钉将两个支架固定在一起，对电解组件形 成夹持，因此电解组件的不同部位的受力不均，容易导致局部压力增加，寿命缩短。

发明内容

为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种制氢装置，包括：

电解组件，电解组件包括：阴极片、交换膜和阳极片，阴极片、交换膜和阳极片依次堆叠设置，电解组件具有彼此相背的第一外接触面和第二外接触面；装配组件，包括第一支架和套设在第一支架上的第二支架，第一支架上设置有外螺纹，第二支架上设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹螺接，以将电解组件夹持于第一支架和第二支架之间，并使第一支架抵持在第一外接触面上，第二支架抵持在第二外接触面上。

可选地，电解组件包括各自连接在阴极片和阳极片上的导电结构；装配组件上预留有 槽孔结构，以便导电结构通过。

可选地，槽孔结构包括：导电孔，导电孔自第二支架的内壁穿透至外壁，导电结构穿 过导电孔与外部供电线路连接。

可选地，槽孔结构包括：导电槽，沿着第一支架的轴线方向设置在外螺纹上，导电槽 在第一支架的外壁的径向上的深度大于外螺纹的深度；或者，导电槽沿着第二支架的轴线 方向设置在内螺纹上，导电槽在第二支架的内壁的径向上的深度大于内螺纹的深度；外螺 纹的深度小于内螺纹的深度，以在外螺纹旋入内螺纹时，在导电槽的槽底预留有供导电结 构通过的空间。

可选地，槽孔结构包括：导电槽，导电槽沿着第二支架的轴线方向设置在内螺纹上， 并穿透第二支架的外壁，以供导电结构装配。

可选地，还包括：垫片，垫片垫设于第一外接触面和第一支架之间；以及/或者，垫片 垫设于第二外接触面和第二支架之间。

可选地，外螺纹与内螺纹的螺接圈数为3至5圈。

可选地，在电解组件中，阴极片的所在侧具有第一外接触面。

可选地，电解组件还包括：阴极外壳，设置在阴极片和第一支架之间，第一外接触面 为阴极外壳的背离阴极片一侧的表面；阴极外壳上开设有第一过氢孔，第一支架上开设有 第二过氢孔，第一过氢孔和第二过氢孔彼此连通，以供阴极片上生成的氢气通过；阴极外 壳与阴极片的位置相对固定。

可选地，阴极外壳的朝向阴极片的一面的边缘向着阴极片的方向凸出，形成阴极抵持 环，阴极外壳上设置有由阴极抵持环环绕而成的阴极反应腔，第一过氢孔接入阴极反应腔。

可选地，第二支架的内壁上设置有与阴极抵持环对应相抵的阳极抵持环，并在阳极抵 持环所环绕的部位形成阳极反应腔；第二支架上开设有第一进水孔和第一回水孔，第一进 水孔和第一回水孔均接入阳极反应腔内。

可选地，在电解组件中，阳极片的所在侧具有第一外接触面。

可选地，电解组件还包括：阳极外壳，设置在阳极片和第一支架之间，第一外接触面 为阳极外壳的背离阳极片一侧的表面；阳极外壳的朝向阳极片的一面的边缘向着阳极片的 方向凸出，形成阳极抵持环，阳极外壳上设置有由阳极抵持环环绕而成的阳极反应腔，阳 极外壳上开设有接入阳极反应腔的第二进水孔和第二回水孔；第二支架上与阴极片之间的 空间预留有阴极反应腔，第二支架上开设有与阴极反应腔连通的第三过氢孔；阳极外壳与 阳极片的位置相对固定。

可选地，第二支架的内壁上设置有与阳极抵持环对应相抵的阴极抵持环，阴极反应腔 由阴极抵持环环绕而成。

可选地，阴极反应腔和阳极反应腔内均设置有若干个向着交换膜的所在方向凸起的定 位块，定位块数量相同且一一对应设置，以分别从阴极片和阳极片的方向彼此抵持。

可选地，第一支架和阳极片之间预留有阳极反应腔，第一支架上设置有氧气通道，氧 气通道连通至阳极反应腔；第二支架的内壁上设置有阴极抵持环，阴极抵持环抵持在阴极 片上，阴极抵持环上具有供氢气通过的第四过氢孔。

可选地，第二支架的远离第一支架的一侧还设置有安装螺纹，安装螺纹用于安装盛水 的容器。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的实施方式，下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解， 下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，本领域普通技术人员还可以根据这 些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征和连接关系等。

图1为现有技术的一种水电解制氢装置的立体示意图；

图2为现有技术的一种水电解制氢装置的立体爆炸示意图；

图3为现有技术的一种水电解制氢装置的俯视示意图；

图4为本申请提供的一种阴极片朝向第一支架的水电解制氢装置在一个角度的立体 爆炸示意图；

图5为本申请提供的一种电解组件的立体爆炸示意图；

图6为本申请提供的一种阴极片朝向第一支架的水电解制氢装置在另一个角度的立 体爆炸示意图；

图7为本申请提供的一种阴极片朝向第一支架的水电解制氢装置在采用导电孔自第二 支架的内壁穿透至外壁的结构时的剖面示意图；

图8为本申请提供的一种阴极外壳的立体示意图；

图9为本申请提供的一种第二支架的立体示意图；

图10为本申请提供的一种电解组件为方形的水电解制氢装置的立体爆炸示意图；

图11为本申请提供的一种阴极片朝向第二支架的水电解制氢装置在一个角度的立体 爆炸示意图；

图12为本申请提供的一种阴极片朝向第二支架的水电解制氢装置在另一个角度的立 体爆炸示意图；

图13为本申请提供的一种阳极外壳的立体示意图；

图14为本申请提供的另一种第二支架的立体示意图；

图15为本申请提供的一种设置有安装螺纹的水电制氢装置在一个角度的立体爆炸示 意图；

图16为本申请提供的一种设置有安装螺纹的水电制氢装置在另一个角度的立体爆炸 示意图；

图17本申请提供的一种设置有安装螺纹的水电制氢装置的剖面示意图；

图18本申请提供的另一种电解组件的立体爆炸示意图。

1、电解组件；11、阴极片；12、阳极片；13、交换膜；14、保护套；15、阴极外 壳；152、固定翼；153、阴极抵持环；154、阴极反应腔；16、阳极外壳；161、阳极抵 持环；162、阳极反应腔；17、导电结构；171、阴极导接片；172、阳极导接片；2、装 配组件、21、第一支架；211、外螺纹；22、第二支架；221、内螺纹；222、导电槽； 223、导电孔；224、支架底座；225、管道槽；226、安装螺纹；31、透氢孔；32、排氧 管道；4、螺纹孔；51、第一进水孔；52、第一回水孔；53、第一过氢孔；54、第二过氢 孔；55、第二进水孔；56、第二回水孔；57、第三过氢孔；58、氧气通道；59、第四过 氢孔；61、定位块；62、垫片；7、堵头；8、电路板；9、盖体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细说明。

图1至图3中示意了一种现有技术中典型的水电解制氢装置，其被大量地应用在了富 氢水杯之中。此类水电解制氢装置包括：

电解组件1，包括阴极片11、阳极片12和夹在这两个电极之间的交换膜13。其中，电解组件1还可以包括套设在阴极片11和阳极片12上的保护套14。保护套14能够为阴 极片11和阳极片12以及交换膜13提供保护，使其受力均匀。

装配组件2，包括第一支架21和第二支架22，该电解组件1被第一支架21和第二支架22卡接在中间，并紧密贴合。

现有技术的这一水电解制氢装置，在第一支架21和第二支架22上设置有八个螺纹孔 4。第一支架21和第二支架22之间通过螺钉穿过螺纹孔4拧紧以形成彼此压接的连接关系。阴极片11所产生的氢气通过第一支架21上预留的透氢孔31释放出来，而阳极片12 所产生的氧气则通过第二支架22上连接的排氧管道32排出。

本申请发明人发现，阴极片11和阳极片12之间严格平行且紧密贴合时，电解效率能 够得到显著提高，而且交换膜13的寿命也能得到延长。而一旦二者之间的平行度不够时， 由于阳极片12和阴极片11之间将产生电弧，所产生的电弧会击穿交换膜13并放出大量的热量，影响交换膜13的使用寿命。由于在水电解制氢装置中，往往采用恒流的方式控制氢气的产出，电弧的反复击穿会导致随着使用时间的推移，系统所需的电压越来越大，而电压的增大又会反过来进一步使得电弧的击穿问题更加严重。

而现有技术的这一制氢装置，其第一支架21和第二支架22之间通过多颗螺钉固定连 接。这不但装配较为复杂，而且装配过程中即便借助扭力扳手也很难均衡地控制不同螺丝 之间拧紧的程度。拧紧程度的不同将导致一部分位置的电解组件1的阴极片11和阳极片12结合得过于紧密，而另一部分位置的阴极片11和阳极片12的结合又过于宽松，从而显 著地影响阳极片12和阴极片11之间的平行度，并影响制氢装置的使用寿命。

有鉴于此，本申请提供了一种制氢装置，以便于简化装配，提高产氢效率，延长制氢 装置的使用寿命。

实施方式一

本申请的第一实施方式提出了一种制氢装置，参见图4所示，制氢装置包括：

电解组件1，参见图5所示，电解组件1同样包括：阴极片11、交换膜13和阳极片 12，阴极片11、交换膜13和阳极片12依次堆叠设置，电解组件1具有彼此相背的第一外 接触面和第二外接触面。上述电解组件1的结构可以与现有技术的电解组件1的结构一致。 通过在阴极和阳极通电，能够使水被电解，并在阴极片11上产生氢气，阳极片12上产生 氧气。同时，交换膜13能够起到隔绝阴极和阳极所生成的此二种气体，并阻止电子的传递 的作用。

参见图4、图6所示，制氢装置还包括装配组件2，其具体包括第一支架21和套设在第一支架21上的第二支架22，第一支架21上设置有外螺纹211，第二支架22上设置有 内螺纹221，外螺纹211与内螺纹221螺接，以将电解组件1夹持于第一支架21和第二支 架22之间，并使第一支架21抵持在第一外接触面上，第二支架22抵持在第二外接触面 上。

对于本申请的实施方式而言，由于第一支架21和第二支架22之间是通过外螺纹211 与内螺纹221螺接而构成的连接，因此第一支架21和第二支架22分别具有圆柱状的外壁 和圆筒状的内壁。通过将设置在第一支架21的外壁上的外螺纹211旋入设置在第二支架22的内壁上的内螺纹221，使得第一支架21和第二支架22之间实现了相对固定。

电解组件1具有彼此相背的第一外接触面和第二外接触面。其中，第一外接触面可以 被设置在阴极片11的所在侧，也可以被设置在阳极片12的所在侧。在图4中示意出了第一外接触面位于阴极片11的所在侧的情形。也就是说，在本实施方式中，以阴极片11朝 向第一支架21为例进行说明。

当阴极片11朝向第一支架21时，通过将第一支架21旋入第二支架22，使得第一支架21对阴极片11形成抵持，而第二支架22则对阳极片12形成抵持。相比于现有技术采 用多颗螺钉进行固定的技术方案而言，本申请的技术方案借助于第一支架21旋入第二支 架22的整体螺接结构，能够仅进行一次螺接旋转，即可实现针对电解组件1的固定。也就 是说，相比于现有技术而言，本申请所提供的制氢装置的装配难度大幅度地下降了。

由于在本申请的实施方式中，不需要采用现有技术通常意义上的金属螺钉，因此无需 考虑金属材料在电解液及其周边环境中的腐蚀所带来的寿命问题。更为重要的是，由于仅 通过整体螺接结构进行的连接，因此第一支架21和第二支架22之间的夹持的平行度将由 与第一外接触面和第二外接触面相接触的面的平行度来确定，而不用考虑支架受固定结构 影响导致的形变问题，能够使阳极片12和阴极片11以合适的压力，在严格平行的前提下 贴合在交换膜13上。由于阳极片12和阴极片11之间具有良好的平行度，因此能够防止电弧的产生，如此一来，交换膜13的寿命将能得到显著的延长，并防止无谓的能量转化成热量白白流失。

另外，本申请的发明人还发现，阳极片12和阴极片11之间受到的压力在某一范围时， 其产氢效率最高。而本申请实施方式借助于一个整体的螺接结构，能够方便地在整体上调 节阳极片12和阴极片11之间的压力，这也能够提高水电解制氢装置的产氢效率。

当通过一个总的螺接结构来固定电解组件1时，需要将电解组件1的导电部位与外部 导接，此时，电解组件1包括各自连接在阴极片11和阳极片12上的导电结构17，而装配组件2上预留有槽孔结构，以便导电结构17通过。导电结构17可以一体成型或是连接在 对应的电极片上。

一种可选的技术方案在于，参见图7所示，槽孔结构包括：导电孔223，导电孔223自第二支架22的内壁穿透至外壁，导电结构17穿过导电孔223与外部供电线路连接。导电 孔223为直孔时，导电结构17可以为导线，直孔可以方便导线穿过。而无论是直孔还是弯 孔，导电结构17也都可以为预埋在导电孔223中的导接柱，从而实现阴极片11或阳极片 12和外部的导通。

在该种结构中，将导电孔223设置在的第二支架22的内壁之中，因此对第二支架22的制作工艺提出了一定的挑战，其成本相对较高，且对阴极片11和导接柱的导接时的位置匹配要求也较高。

据此，可选地，在本申请实施方式的另一种技术方案中，参见图4和图6所示，槽孔结构包括：

导电槽222，导电槽222沿着第二支架22的轴线方向设置在内螺纹221上，并穿透第二支架22的外壁，以供导电结构17装配。

通过在内螺纹221上设置的导电槽222，在无需穿过第二支架22的内部的前提下可以 实现电解组件1的导接。相比于穿过第二支架22的内部的技术方案而言，设置导电槽222的成本较低。而且导电槽222可以对电解组件1在第二支架22的周向方向的位置进行固 定，防止其发生不必要的旋转。

值得一提的是，导电槽222的深度虽然可以小于或等于内螺纹221的深度，但为了保 证第二支架22的结构强度和抗压能力，可以将导电槽222的深度设置为略大于内螺纹221 的深度，从而使第一支架21的外螺纹211能够重复地和内螺纹221拧合，进而使螺纹的固定能力得到更充分的利用。

另外，可选地，在本申请的实施方式中外螺纹211与内螺纹221的螺接圈数为3至5圈。水电解制氢装置可以被应用在诸多领域，例如可以用于制备富氢水。当用于制备富氢水时，需要借助所制备的氢气施加一定的压力，以便提高氢气的溶解度。在这一基础上， 令外螺纹211与内螺纹221的螺接圈数大于三圈，可以提高水电解制氢装置的工作稳定性 和安全性。而与此同时，螺接圈数过大又容易造成设备的体积过大或是厚度过厚，这容易 导致水电解制氢装置的重心不稳，进而导致倾倒。因此，将螺接圈数为3至5圈是为较佳 方案。

在本申请实施方式中，可以将具有平整边缘的第一支架21直接抵持在电解组件1上。 或者，也可以在第一支架21和电解组件1之间垫设橡胶圈，使得第一支架21对电解组件1形成均衡的抵持力。但是，第一支架21本身是旋转着的，将第一支架21抵持在电解组 件1上时，柔软的橡胶圈的形变产生的应力对电解组件1的保护套14并不友好，依然有 可能导致电解组件1内部发生微小的形变。

据此，可选地，参见图4和图6所示，电解组件1还可以包括：

阴极外壳15，设置在阴极片11和第一支架21之间，第一外接触面为阴极外壳15的背离阴极片11一侧的表面。阴极外壳15上开设有第一过氢孔53，第一支架21上开设有 第二过氢孔54，第一过氢孔53和第二过氢孔54彼此连通，以供阴极片11上生成的氢气 通过。其中，阴极外壳15与阴极片11的位置相对固定。

通过所设置的与阴极片11的位置相对固定阴极外壳15，使得旋转的第一支架21的扭 矩不会随着压力传递给静止的电解组件1，避免了对电解组件1的保护套14的扭曲或形变，从而延长了电解组件1的寿命。

值得一提的是，本申请所指的阴极外壳15与阴极片11的位置的相对固定，主要指的 是阴极外壳15不相对阴极片11乃至电解组件1发生旋转。阴极外壳15与阴极片11的距离受第一支架21的挤压可以发生微小的变化，这不应当视为对本申请技术方案的不当限制。具体说来，阴极外壳15可以被固定在第二支架22上，从而保证其在第一支架21的扭 力作用下保持不旋转的状态。

参见图8所示，其示意出了一种推荐的阴极外壳15的典型结构。在图8中，阴极外壳15的两侧设置有固定翼152，参见图8和图9结合所示，通过将固定翼152嵌入第二支架 22的导电槽222内，借助导电槽222的两个槽壁对固定翼152进行位置的固定，可以保证 阴极外壳15与阴极片11的位置的相对固定。

此外，进一步地，参见图8所示，阴极外壳15的朝向阴极片11的一面的边缘可以向着阴极片11的方向凸出，形成阴极抵持环153，阴极外壳15上设置有由阴极抵持环153 环绕而成的阴极反应腔154，第一过氢孔53接入阴极反应腔154。通过所设置的阴极反应 腔154，可以保证水和阴极片11的接触面积，并为阴极的反应留出储气的空间。

更进一步地，参见图9所示，第二支架22的内壁上设置有与阴极抵持环153对应相抵的阳极抵持环161，并在阳极抵持环161所环绕的部位形成阳极反应腔162。通过所设 置的阳极反应腔162，可以保证水和阳极片12的接触面积，并为阳极的反应留出储气的空 间。

本申请实施例借助于阴极抵持环153与阳极抵持环161的彼此相抵，对电解组件1特 别是电解组件1上的保护套14形成了平稳的夹持。由于夹持的压力来自于一个总的外螺纹211与内螺纹221的螺接，因此保护套14，乃至保护套14内的阴极片11和阳极片12 的各个方向的压力都十分均衡，从而能够保证阴极片11和阳极片12的平行度，提高产氢 效率，并更进一步地避免电极片在小尺度下的电弧击穿导致的交换膜的寿命问题、以及电 解装置的产氢效率和电池寿命问题。

更进一步地，参见图8和图9所示，阴极反应腔154和阳极反应腔162内均设置有若干个向着交换膜13的所在方向凸起的定位块61，定位块61数量相同且一一对应设置，以 分别从阴极片11和阳极片12的方向彼此抵持。所设置的定位块61均匀地分布并抵持在 电解组件1的两侧，能够分散电解组件1局部受到的压力，使之更好地保持平坦的表面。

另外，可选地，第二支架22上开设有第一进水孔51和第一回水孔52，第一进水孔51和第一回水孔52均接入阳极反应腔162内。第二支架22可以设置有支架底座224，且第 一进水孔51相对第一回水孔52更靠近支架底座224的所在位置，从而便于所产生的氧气 从回水孔处被带出阳极反应腔162。为了增加水与阳极片12的接触面积，回水孔可以被设 置为接入阳极反应腔162的最远离支架底座224的部位。另外，第二支架22上还可以设 置有相应的管道，并将第一进水孔51和第一回水孔52设置在管道之内，以便于连接。

基于本实施方式的技术方案，本申请还提供了一种制氢装置的具体装配和使用流程如 下：

1、参见图4、和图6所示，将电解组件1置于第二支架22的导电槽222内，使其阳 极片12朝向第二支架22；

2、将阴极外壳15置入导电槽222内，使阴极外壳15压在电解组件1上；

3、通过内螺纹221和外螺纹211的配合，将第一支架21旋入第一支架21，即完成了制氢装置的装配；

4、以支架底座224朝下的方向摆放好制氢装置，连接管道至第二过氢孔54、第一进水孔51和第一回水孔52；

5、向阳极反应腔162内通入水；然后通电；水被电解之后，产生的氢气经第一过氢孔 53从第二过氢孔54逸出，产生的氧气随着水从第一回水孔52排出。

相比于现有技术而言，本实施方式的制氢装置不但可以用于富氢水的制备，也可以用 于相对干燥条件下的小型产氢装置来使用，并具有产氢效率高、稳定性好、成本低廉、使 用寿命长等优势。

另外，值得一提的是，在本申请实施方式中，采用了筒状的第二支架22并不代表电解 组件1也一定要大体呈圆形的形状。一种典型的示意如图10所示，在其中，电解组件1采用了方形的大体形状，与之对应的阴极外壳15也采用了方形的形状。其结构和原理与本实施方式前述的技术方案基本相同。此外，电解组件1也还可以是三角形、正六边形等其他 诸多种类的形状，这并不会对本申请技术方案的实现产生很大的影响。

实施方式二

本申请的第二实施方式同样提出了一种水电解制氢装置。第二实施方式与第一实施方 式的水电解制氢装置大体相同，其主要不同之处在于，在本申请的第一实施方式中，阴极 片11的所在侧具有第一外接触面；而在本申请的第二实施方式中，阳极片12的所在侧才 具有第一外接触面。

当与第一外接触面设置在阳极片12的所在侧时，第一支架21正对阳极片12。也就是 说，在本实施方式中，阴极片11和阳极片12的位置与第一实施方式相比是正好相反的。阴极片11和阳极片12的位置的调换随之带来就是孔和管道的位置的交换。

首先，在本实施方式中，第一支架21上将不再设置第二过氢孔54，第二支架22上也不再设置第一进水孔51和第一回水孔52。取而代之的，可以将对应的过氢孔设置在第二 支架22，将进水孔和回水孔设置在第一支架21上。

进一步来说，可选地，参见图11和图12所示，电解组件1还可以包括：

阳极外壳16，设置在阳极片12和第一支架21之间，第一外接触面为阳极外壳16的背离阳极片12一侧的表面。具体地，阳极外壳16上开设有接入阳极侧的反应腔的第二进 水孔55和第二回水孔56。将第二进水孔55和第二回水孔56设置在阳极外壳16上，相比 于设置在第一支架21上而言，第二进水孔55和第二回水孔56的相对位置不会随着内螺 纹221相对外螺纹211的进深而改变，因而可以更方便地确定第二进水孔55和第二回水 孔56的相对位置，使得进水和回水更加顺畅。

为了便于设置在阳极外壳16上的第二进水孔55和第二回水孔56与外部连接，在本申请实施方式中，可以在第二支架22的相应位置开设对应的管道槽225。管道槽225的开 槽的方式和导电槽222类似，因此不再赘述。

在本申请的实施方式中，可选地，参见图13所示，阳极外壳16的朝向阳极片12的一面的边缘向着阳极片12的方向凸出，形成阳极抵持环161，阳极外壳16上设置有由阳极 抵持环161环绕而成的阳极反应腔162，第二支架22上与阴极片11之间的空间预留有阴 极反应腔154，第二支架22上开设有与阴极反应腔154连通的第三过氢孔57。通过向阳 极外壳16内注入水，可以使电解出的氢气从第三过氢孔57处逸出。

进一步可选地，第二支架22的内壁上设置有与阳极抵持环161对应相抵的阴极抵持 环153，阴极反应腔154由阴极抵持环153环绕而成。本实施例借助于阴极抵持环153与阳极抵持环161的彼此相抵，同样能够对电解组件1特别是电解组件1上的保护套14形 成了平稳的夹持，取得和第一实施方式一致的技术效果。

而同样地，阴极反应腔154和阳极反应腔162内均设置有若干个向着交换膜13的所在方向凸起的定位块61，定位块61数量相同且一一对应设置，以分别从阴极片11和阳极 片12的方向彼此抵持。也能够保持受力的均衡性。

本实施方式借助于交换阴极片11和阳极片12的位置，提供了一种与第一实施方式有 所不同的水电解制氢装置的可选结构。与现有技术相比，同样具有产氢效率高、稳定性好、 成本低廉、使用寿命长等优势。

对于本实施方式而言，电解组件1亦可采用方形形状，不再赘述。

实施方式三

本申请的第三实施方式同样提出了一种水电解制氢装置。第三实施方式与第二实施方 式的水电解制氢装置大体相同，其主要不同之处在于，在本申请的第二实施方式中，导电 槽222不穿透第二支架22的外壁。

具体说来，参见图15至17所示，槽孔结构包括：

导电槽222，沿着第二支架22的轴线方向设置在内螺纹221上，导电槽222在第二支架22的内壁的径向上的深度大于内螺纹221的深度。本申请所指的螺纹的深度，指的是 螺纹的顶峰相对于谷底的距离。如此一来，在外螺纹211旋入内螺纹221时，在导电槽222 的槽底将可以预留有供导电结构17通过的空间。通过在外螺纹211上直接设置导电槽222， 在兼顾了螺纹的螺接需求的同时，还能够兼顾第二支架22外壁的完整性，从而更好地保证 装置的气密性。

图18示意出了与本申请实施方式的导电槽222相匹配的电解组件1。具体说来电解组 件1包括阴极片11、阳极片12和保护套14，以及导电结构17。导电结构17包括连接在 阴极片11上的阴极导接片171和连接在阳极片12上的阳极导接片172。阴极导接片171 和阳极导接片172均垂直于各自连接的电极片设置，以便插入沿着第二支架22的轴向设 置的导电槽222之中。采用这一结构设计能够减小体积占用，提高空间利用率。

显然导电槽222也可以沿着所述第一支架21的轴线方向设置在外螺纹211上，前提是导电槽222在第一支架21的外壁的径向上的深度大于外螺纹211的深度。但是，导电 槽222设置在内螺纹221上时，若同样将导电结构17连接在电极片的外侧，则电解组件1 的表面积相对于设置在外螺纹211上时较小，电解效率将略有下降。而如果为了保证电解 效率，将导电结构17连接在电极片的中部，则会增加制作工艺的复杂度。因此导电槽222 设置在内螺纹221上是相对较劣的方案，但并不影响本申请技术目的的实现。

另外，可选地，本申请的实施方式的水电解制氢装置还可以包括：垫片62。在图15和 图16中，垫片62垫设于第一外接触面和第一支架21之间，当然，在第二外接触面和第二支架22之间也可以垫设垫片62。

进一步可选地，参见图17所示，第一支架21和阳极片12之间预留有阳极反应腔162， 第一支架21上设置有氧气通道58，氧气通道58连通至阳极反应腔162。在本实施方式中， 阳极反应腔162可以由垫片62所垫出的空间构成。借助于垫片62形成的反应腔，相比于前述实施方式而言其制作更加简单，成本更低廉。

此外，可选地，参见图18所示，在第二支架22的内壁上设置有阴极抵持环153，阴极抵持环153抵持在阴极片11上，阴极抵持环153上具有供氢气通过的第四过氢孔59。 对于本实施方式的水电解制氢装置而言，可以将装有水的容器直接连接在第四过氢孔59的 位置，从而非常方便地制备富氢水。据此，可选地，参见图16、图18所示，第二支架22 的远离第一支架21的一侧还设置有安装螺纹226，安装螺纹226用于安装盛水的容器，例 如矿泉水瓶。在未安装容器时，还可以在安装螺纹226上螺接堵头7，用于封闭第四过氢 孔59。

除此之外，为了使本申请实施方式的水电解制氢装置具备更小的体积，参见图16至 18所示，还可以将水电解制氢装置的电路板8装配在第二支架22内，并利用盖体9盖住。盖体9可以通过卡扣连接在第二支架22上，以实现水电解制氢装置的整机无螺丝装配。 此外，第二支架22内还可以设置电池用于供电，也可以在电路板8上设置额外的充电接 口。

基于本实施方式的技术方案，本申请还提供了一种制氢装置的具体装配和使用流程如 下：

1、参见图15、和图16所示，将电解组件1置于第二支架22的导电槽222内，使其 阳极片12朝向第二支架22；

2、通过内螺纹221和外螺纹211的配合，将第一支架21旋入导电槽222内，将电路板8装配在第一支架21上，并与电解组件1的导电结构17导接；

3、装上盖体9，即完成了制氢装置的装配；

4、将矿泉水瓶通过安装螺纹226安装在制氢装置上，倒置，使阴极片11上充盈矿泉水；

5、向电路板8供电，则电解组件1开始电解矿泉水，产生的氢气经第四过氢孔59进入矿泉水瓶内，形成富氢水。

本实施方式所提供的水电解制氢装置能够直接利用现有技术中的矿泉水瓶制备富氢 水，具有极好的便利性。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不 背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由 所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围 内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权 利要求。

Claims (17)

1.一种水电解制氢装置，其特征在于，包括：

电解组件，所述电解组件包括：阴极片、交换膜和阳极片，所述阴极片、交换膜和阳极片依次堆叠设置，所述电解组件具有彼此相背的第一外接触面和第二外接触面；

装配组件，包括第一支架和套设在所述第一支架上的第二支架，所述第一支架上设置有外螺纹，所述第二支架上设置有内螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹螺接，以将所述电解组件夹持于所述第一支架和所述第二支架之间，并使所述第一支架抵持在第一外接触面上，第二支架抵持在所述第二外接触面上。

2.根据权利要求1所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述电解组件包括各自连接在所述阴极片和所述阳极片上的导电结构；

所述装配组件上预留有槽孔结构，以便所述导电结构通过。

3.根据权利要求2所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述槽孔结构包括：

导电孔，所述导电孔自所述第二支架的内壁穿透至外壁，所述导电结构穿过所述导电孔与外部供电线路连接。

4.根据权利要求2所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述槽孔结构包括：

导电槽，沿着所述第一支架的轴线方向设置在所述外螺纹上，所述导电槽在所述第一支架的外壁的径向上的深度大于所述外螺纹的深度；或者，

所述导电槽沿着所述第二支架的轴线方向设置在所述内螺纹上，所述导电槽在所述第二支架的内壁的径向上的深度大于所述内螺纹的深度；

所述外螺纹的深度小于所述内螺纹的深度，以在所述外螺纹旋入所述内螺纹时，在所述导电槽的槽底预留有供所述导电结构通过的空间。

5.根据权利要求2所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述槽孔结构包括：

导电槽，所述导电槽沿着所述第二支架的轴线方向设置在所述内螺纹上，并穿透所述第二支架的外壁，以供所述导电结构装配。

6.根据权利要求1所述的水电解制氢装置，其特征在于，还包括：垫片，所述垫片垫设于所述第一外接触面和所述第一支架之间；以及/或者，

所述垫片垫设于所述第二外接触面和所述第二支架之间。

7.根据权利要求1所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述外螺纹与所述内螺纹的螺接圈数为3至5圈。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的水电解制氢装置，其特征在于，在所述电解组件中，所述阴极片的所在侧具有所述第一外接触面。

9.根据权利要求8所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述电解组件还包括：

阴极外壳，设置在所述阴极片和所述第一支架之间，所述第一外接触面为所述阴极外壳的背离所述阴极片一侧的表面；

所述阴极外壳上开设有第一过氢孔，所述第一支架上开设有第二过氢孔，所述第一过氢孔和所述第二过氢孔彼此连通，以供所述阴极片上生成的氢气通过；

所述阴极外壳与所述阴极片的位置相对固定。

10.根据权利要求9所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述阴极外壳的朝向所述阴极片的一面的边缘向着所述阴极片的方向凸出，形成阴极抵持环，所述阴极外壳上设置有由所述阴极抵持环环绕而成的阴极反应腔，所述第一过氢孔接入所述阴极反应腔。

11.根据权利要求10所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述第二支架的内壁上设置有与所述阴极抵持环对应相抵的阳极抵持环，并在所述阳极抵持环所环绕的部位形成阳极反应腔；

所述第二支架上开设有第一进水孔和第一回水孔，所述第一进水孔和所述第一回水孔均接入所述阳极反应腔内。

12.根据权利要求1至7中任意一项所述的水电解制氢装置，其特征在于，在所述电解组件中，所述阳极片的所在侧具有所述第一外接触面。

13.根据权利要求12所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述电解组件还包括：

阳极外壳，设置在所述阳极片和所述第一支架之间，所述第一外接触面为所述阳极外壳的背离所述阳极片一侧的表面；

所述阳极外壳的朝向所述阳极片的一面的边缘向着所述阳极片的方向凸出，形成阳极抵持环，所述阳极外壳上设置有由所述阳极抵持环环绕而成的阳极反应腔，所述阳极外壳上开设有接入所述阳极反应腔的第二进水孔和第二回水孔；

所述第二支架上与所述阴极片之间的空间预留有阴极反应腔，所述第二支架上开设有与所述阴极反应腔连通的第三过氢孔；

所述阳极外壳与所述阳极片的位置相对固定。

14.根据权利要求13所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述第二支架的内壁上设置有与所述阳极抵持环对应相抵的阴极抵持环，所述阴极反应腔由所述阴极抵持环环绕而成。

15.根据权利要求11或14所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述阴极反应腔和所述阳极反应腔内均设置有若干个向着所述交换膜的所在方向凸起的定位块，所述定位块数量相同且一一对应设置，以分别从所述阴极片和所述阳极片的方向彼此抵持。

16.根据权利要求12所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述第一支架和所述阳极片之间预留有阳极反应腔，所述第一支架上设置有氧气通道，所述氧气通道连通至所述阳极反应腔；

所述第二支架的内壁上设置有阴极抵持环，所述阴极抵持环抵持在所述阴极片上，所述阴极抵持环上具有供氢气通过的第四过氢孔。

17.根据权利要求16所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述第二支架的远离所述第一支架的一侧还设置有安装螺纹，所述安装螺纹用于安装盛水的容器。

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