CN210560794U - 一种无废水便携式氢气生成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种无废水便携式氢气生成装置，包括氢气生成装置和氢气处理机构。所述氢气生成装置包括水箱和电解槽；所述氢气处理机构包括竖向设置的加湿槽和压力仓，所述加湿槽用于增加氢气的湿度；所述压力仓为密封的箱体，其顶部设有氢气输入口和氢气输出口，底部设有与水箱连接的排水口；所述氢气输出口通过第一电磁阀控制其开闭；所述排水口通过第二电磁阀控制其开闭。本实用新型利用压力仓收集制氢过程带出的水气，并在一定周期内利用制备的氢气将水重新压入水箱中，无需额外的驱动元件，使得设备更加紧凑，重量轻，便于携带；加水一次使用周期长，期间无需维护，使用便利。

Description

一种无废水便携式氢气生成装置

技术领域

本实用新型涉及民用氢气制备领域，尤其涉及一种无废水便携式氢气生成装置。

背景技术

现有的电解制氢装置主要是将电解槽浸入水中，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，气体会在电解槽的电解片上聚集，影响电解片与水的接触面积，因而影响电解效率。在电解过程中，部分的水会穿过离子膜被产生的氢气带入后续部件，氢气带出的水在积累到一定量后，需要人工倾倒，使用繁琐。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种无废水便携式氢气生成装置，可稳定可靠地生成氢气，工作过程无需人工倾倒废水，体积小，结构紧凑，便于携带。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种无废水便携式氢气生成装置，包括氢气生成装置和氢气处理机构。所述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；

所述氢气处理机构包括竖向设置的加湿槽和压力仓，所述加湿槽用于增加氢气的湿度；所述压力仓为密封的箱体，其顶部设有氢气输入口和氢气输出口，底部设有与水箱连接的排水口；所述氢气输出口通过第一电磁阀控制其开闭；所述排水口通过第二电磁阀控制其开闭。

作为上述方案的改进，所述加湿槽由透明材料制成。

作为上述方案的改进，所述加湿槽顶部与氢气输入口连通。

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，并被橡胶密封框夹持；阳极电解板、橡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。

相应地，本实用新型实施例还提供了一种氢气生成方法，其使用上文所述的无废水便携式氢气生成装置，包括：

1)将水加入水箱中，接通电源，使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，获得氢气和氧气；

2)获得的氧气上升重新进入水箱内，带动水箱中的水从进水口进入电解槽并从出水口循环流出；

3)获得的氢气进入透明并竖向设置的加湿槽中，从离子膜带出的水分在加湿槽中聚集，氢气穿过聚集的水，增加自身湿度，并通过上升的气泡使用户直观获知当前的氢气生成量；

4)当水充满加湿槽，将从加湿槽顶部通过氢气输入口进入压力仓，在正常供气状态下，第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭，氢气进入压力仓后，从氢气输出口向外输出；在排水状态下，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，氢气进入压力仓后无法排出，将在压力仓聚集，将压力仓中的水通过排水口排入水箱中。

作为上述方案的改进，通过预设时间或者感知压力仓中的水位来控制正常供气状态和排水状态的切换。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型利用压力仓收集制氢过程带出的水气，并在一定周期内利用制备的氢气将水重新压入水箱中，无需额外的驱动元件，使得设备更加紧凑，重量轻，便于携带；加水一次使用周期长，期间无需维护，使用便利。

附图说明

图1是本实用新型一种无废水便携式氢气生成装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种无废水便携式氢气生成装置的电解槽的装配状态示意图；

图3是本实用新型一种无废水便携式氢气生成装置的电解槽的爆炸图；

图4是本实用新型一种无废水便携式氢气生成装置的阳极电解板的结构示意图；

图5是本实用新型一种无废水便携式氢气生成装置的盖子的结构示意图；

图6是本实用新型一种无废水便携式氢气生成装置的氢气处理机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。

如图1-图5所示，本实用新型实施例提供了一种无废水便携式氢气生成装置，包括氢气生成装置和氢气处理机构。所述氢气生成装置用于生成氢气，所述氢气处理机构用于对生成的氢气进行加湿处理，并处理氢气生成过程中带出的水分。

氢气生成装置

所述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与第一钛纤维板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需要是TA1钛基材和阴极电解板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钛纤维板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。

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。所述水箱1中可以设有水位感应器和TDS感应器，所述水位感应器用于检测水箱1的水位；由于电解槽的组成部件离子膜，在催化电解过程中，如果有过多的矿物质离子在水中，会导致离子膜的空隙堵塞，导致离子膜影响催化效率并寿命缩短。因此，所述TDS感应器实时监测注水仓内水的TDS，如果TDS过大，停止工作并指示灯报警；TDS感应器的主要部分为水质检测探针，其采用TA1纯钛螺丝针。

本实用新型通过在第一固定板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，通过橡胶密封框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钛纤维板24和第二钛纤维板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、硅胶密封框20和离子膜25之间形成密封的水流容腔，阴极电解板27、橡胶密封框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。

电解槽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。

氢气处理机构

结合图6，所述氢气生成装置产生的氢气导入氢气处理机构中进行处理。所述氢气处理机构包括竖向设置的加湿槽4和压力仓5，所述加湿槽4用于增加氢气的湿度；所述压力仓5为密封的箱体，其顶部设有氢气输入口51和氢气输出口52，底部设有与水箱1连接的排水口53；所述氢气输出口52通过第一电磁阀54控制其开闭；所述排水口53通过第二电磁阀55控制其开闭。

其中，所述加湿槽4顶部与氢气输入口51连通。所述加湿槽4由透明材料制成，能够通过上升的气泡使用户直观获知当前的氢气生成量，便于判断本设备工作是否正常。另外，加湿槽4中上升的气泡不但提升了本设备的整体美感，用户通过观察水中上升的气泡，可以缓解紧张的情绪，使精神得到放松。

相应地，本实用新型实施例还提供了一种氢气生成方法，其使用上文所述的无废水便携式氢气生成装置，包括：

1)将水加入水箱1中，接通电源，使阴极电解板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，获得氢气和氧气；

2)获得的氧气进入第一钛纤维板24，在第一钛纤维板24内聚集并上升进入阳极电解板23的出水口234，经过出水口234与水箱1的连接管道重新进入水箱1内，带动水箱1中的水从进水口233进入电解槽2并从出水口234循环流出；

3)获得的氢气进入透明并竖向设置的加湿槽4中，从离子膜25带出的水分在加湿槽4中聚集，氢气穿过聚集的水，增加自身湿度，并通过上升的气泡使用户直观获知当前的氢气生成量；

4)当水充满加湿槽4，将从加湿槽4顶部通过氢气输入口51进入压力仓5，在正常供气状态下，第一电磁阀54打开，第二电磁阀55关闭，氢气进入压力仓5后，从氢气输出口52向外输出；在排水状态下，第一电磁阀54关闭，第二电磁阀55打开，氢气进入压力仓5后无法排出，将在压力仓5聚集，将压力仓5中的水通过排水口53排入水箱1中。

优选地，可以通过预设时间或者感知压力仓5中的水位来控制正常供气状态和排水状态的切换。如间隔半小时切换到排水状态20秒，或者在压力仓5中安装水位感应器，当压力仓5中的水位达到预定高度，将触发所述水位感应器，继而开始切换到排水状态20秒；排水预定时间后，重新回到正常供气状态。

采用本方法，可以通过加湿槽4增加制备出的氢气的湿度，使用户吸取时更为舒服。加湿的同时水生成水柱中气泡不断上升的景象，不但提升了本设备的整体美感，用户通过观察水中上升的气泡，可以缓解紧张的情绪，使精神得到放松。

利用压力仓5收集制氢过程带出的水气，并在一定周期内利用制备的氢气将水重新压入水箱1中，无需额外的驱动元件，使得设备更加紧凑，重量轻，便于携带；加水一次使用周期长，期间无需维护，使用便利。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种无废水便携式氢气生成装置，包括氢气生成装置和氢气处理机构，其特征在于，所述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；

所述氢气处理机构包括竖向设置的加湿槽和压力仓，所述加湿槽用于增加氢气的湿度；所述压力仓为密封的箱体，其顶部设有氢气输入口和氢气输出口，底部设有与水箱连接的排水口；所述氢气输出口通过第一电磁阀控制其开闭；所述排水口通过第二电磁阀控制其开闭。

2.如权利要求1所述的无废水便携式氢气生成装置，其特征在于，所述加湿槽由透明材料制成。

3.如权利要求1所述的无废水便携式氢气生成装置，其特征在于，所述加湿槽顶部与氢气输入口连通。

4.如权利要求1所述的无废水便携式氢气生成装置，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；所述水流槽内纵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。

5.如权利要求4所述的无废水便携式氢气生成装置，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。

6.如权利要求5所述的无废水便携式氢气生成装置，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。

7.如权利要求1所述的无废水便携式氢气生成装置，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。

8.如权利要求7所述的无废水便携式氢气生成装置，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。

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