CN214168163U - 制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源设备技术领域，尤其涉及一种制氢装置，包括包括框体及安装于框体的电极组件与离子交换膜，框体中开设有阳极电解室和阴极电解室，离子交换膜将框体内的空间分隔形成阳极电解室和阴极电解室；电极组件包括阳极接头、连接阳极接头的多个阳极电极、阴极接头及连接阴极接头的多个阴极电极，阳极接头包括阳极连接部，阳极连接部的一端凸伸于阳极电解室的外部，阳极电极悬吊于阳极电解室中；阴极接头包括阴极连接部，阴极的一端凸伸于阴极电解室的外部，阴极电极悬吊于阴极电解室中。采用多阳极电极和多阴极电极，提高电解室的空间利用率，也增大了阳极电极及阴极电极与电解液的接触面积，能大幅提高制氢效率。

Description

制氢装置

技术领域

本实用新型涉及新能源设备技术领域，特别是涉及制氢装置。

背景技术

由于气候变化和化石能源的日益枯竭，研发对环境友好的可再生替代能源，以应对能源危机已成为21世纪一项重要课题。目前处于研究前沿的稳定可持续的新能源技术主要包括燃料电池、二氧化碳燃料转化、金属空气电池和氢能源。其中，氢气作为能源不仅符合可再生、可持续、清洁无污的条件，而且具有比烃类更高的热值。

目前工业大规模制氢主要采用水蒸气-甲烷重整技术，这种方法需要较高的反应温度，生产中还需要使用大量天然气，排放大量的CO2，不利于环保，而且所制备的氢气中往往含有硫杂质。相较之下，电解水制氢技术，具有清洁无污、产品纯度高的特点，有望成为主要制氢途径。已知传统的电解水制氢效率较低，达不到要求。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够有效提升制氢效率且结构简单的制氢装置。

一种制氢装置，包括框体及安装于框体的电极组件与离子交换膜，框体中开设有阳极电解室和阴极电解室，离子交换膜将框体内的空间分隔形成阳极电解室和阴极电解室；电极组件包括阳极接头、连接阳极接头的多个阳极电极、阴极接头及连接阴极接头的多个阴极电极，阳极接头包括阳极连接部，阳极连接部的一端凸伸于阳极电解室的外部，阳极电极悬吊于阳极电解室中；阴极接头包括阴极连接部，阴极的一端凸伸于阴极电解室的外部，阴极电极悬吊于阴极电解室中。

上述制氢装置，采用多阳极电极和多阴极电极，提高电解室的空间利用率，也增大了阳极电极及阴极电极与电解液的接触面积，能大幅提高制氢效率。

在其中一个实施例中，阳极接头还包括阳极安装部，阳极电极和阳极连接部分别连接阳极安装部的相对两侧，阴极连接头还包括阴极安装部，阴极电极和阴极安装部分别连接阴极安装部的相对两侧。

在其中一个实施例中，多个阳极电极平行间隔设置，多个阴极电极平行间隔设置。

在其中一个实施例中，阳极电极可拆卸地连接阳极接头，和/或阴极电极可拆卸地连接阴极接头。

在其中一个实施例中，框体设有分别连通阳极电解室的阳极进水口和阳极出水口及连通阴极电解室的阴极进水口和阴极出水口，阳极出水口高于阳极进水口所在高度；阴极出水口高于阴极进水口所在高度。

在其中一个实施例中，框体还设有分别连通阳极电解室的阳极出气口、及连通阴极电解室的阴极出气口，阳极出气口高于阳极电解室，阴极出气口高于阴极电解室。

在其中一个实施例中，框体包括固定框及可拆卸连接固定框的框门，固定框上面向框体内部的一侧分别开设有阳极凹槽和阴极凹槽，框门连接固定框后封堵阳极凹槽和阴极凹槽，阳极凹槽构成阳极电解室，阴极凹槽构成阴极电解室。

在其中一个实施例中，框体还包括多个隔板，隔板安装于固定框位于阳极凹槽和阴极凹槽的一侧，相邻的两个隔板之间构成安装槽，每一阳极电极安装于一对应的安装槽中，每一阴极电极安装于一对应的安装槽中，位于阳极电解室中的安装槽相互连通，位于阴极电解室中的安装槽相互连通。

在其中一个实施例中，框门为透明或半透明状。

在其中一个实施例中，制氢装置还包括夹持机构，夹持机构包括第一夹板和第二夹板，框体可拆卸地夹设于第一夹板和第二夹板之间。

附图说明

图1为本实用新型制氢装置的部分剖切图；

图2为图1制氢装置省略夹持机构后的左视图；

图3为图1制氢装置的隔板与阳极电极的示意图。

附图标记说明：

框体20，阳极电解室21，阴极电解室22，阳极出气口23，阳极进水口24，阳极出水口25，阴极出气口26，阴极进水口27，阴极出水口28，固定框29，框门201，隔板202，安装槽203；电极组件30，阳极连接部31，阳极电极32，阴极连接部33，阴极电极34，阳极安装部35，阴极安装部36；离子交换膜40；第一夹板51，第二夹板52，紧固件53；制氢装置100。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1至图3，为本实用新型一实施例的制氢装置100，用于电解水或水溶液制备氢气，结构简单，制氢效率高。该制氢装置100包括框体20及安装于框体20的电极组件30与离子交换膜40，框体20中开设有阳极电解室21和阴极电解室22，离子交换膜40将框体20内的空间分隔形成阳极电解室21和阴极电解室22；电极组件30包括阳极接头、连接阳极接头的多个阳极电极32、阴极接头及连接阴极接头的多个阴极电极34，阳极接头包括阳极连接部31，阳极连接部31的一端位于阳极电解室21内，另一端凸伸于阳极电解室21的外部，阳极电极32悬吊于阳极电解室21中；阴极接头包括阴极连接部33，阴极连接部33的一端位于阴极电解室22内，另一端凸伸于阴极电解室22的外部，阴极电极34悬吊于阴极电解室22中。

框体20具有顶部和底部，阳极接头和阴极接头所在的部分为框体20的顶部，远离阳极接头和阴极接头的部分为框体20的底部，阳极接头和阴极接头用于连接直流电源，直流电源接通后，阳极电极32和阴极电极34之间形成电流回路，并将容纳于框体20内且包围于所述阳极电极32和阴极电极34的水溶液通过电解制氢，电极组件30可以包括多个阳极电极32和多个阴极电极34，一个阳极电解室21内具有多个阳极电极32，一个阴极电解室22内具有多个阴极电极34，可提高电解室的空间利用率，也增大了阳极电极32及阴极电极34与电解液的接触面积，提高制氢效率。

具体地，框体20设有分别连通阳极电解室21的阳极出气口23、阳极进水口24和阳极出水口25及连通阴极电解室22的阴极出气口26、阴极进水口27和阴极出水口28，阳极进水口24和阳极出水口25分别位于框体20相对的两侧；阴极进水口27和阴极出水口28分别位于框体20相对的两侧。电解时，阳极出气口23连接废弃处理装置，或者其他应用装置，电解废气从阳极出气口23流出，流至目标装置，进行后续的处理；阴极出气口26连接氢气收集装置，或者氢气应用装置，氢气从阴极出气口26流出，流至目标装置，完成制氢。

阳极进水口24和阴极进水口27分别用于将电解液注入阳极电解室21和阴极电解室22，电解液分别从阳极出水口25和阴极出水口28流出。工作状态中，电解液为流动状态，如电解液自阳极进水口24进入阳极电解室21，阳极电解室21内的电解液液面上涨，至阳极出水口25的位置，高于阳极进水口24的电解液从阳极进水口24流出，构成流动。同样地，工作状态中，阴极电解室22内的电解液自阴极进水口27进入阴极电解室22，电解液的液面高于阴极出水口28的部分从阴极出水口28流出，构成流动。阳极进水口24和阳极出水口25分别位于框体20相对的两侧；阴极进水口27和阴极出水口28分别位于框体20相对的两侧，则电解液的流动横穿阳极电解室21和阴极电解室22，具有搅拌的效果。

进一步地，阳极出水口25位于靠近阳极连接部31的位置，阳极进水口24位于远离阳极连接部31的位置；阴极出水口28位于靠近阴极连接部33的位置，阴极进水口27位于远离阴极连接部33的位置，即阳极出水口25高于阳极进水口24所在高度，阴极出水口28高于阴极进水口27所在高度。利用电解液从阳极进水口24和阴极进水口27的流入冲击电解室内的电解液，同时具有横向冲击和竖向冲击的效果，搅拌混匀的效果更佳，并利用电解液的冲击力减少阳极电极32和阴极电极34表面污垢沉积的问题。

一个实施例中，框体20包括固定框29及可拆卸连接固定框29的框门201，固定框29上面向框体20内部的一侧分别开设有阳极凹槽和阴极凹槽，框门201连接固定框29后封堵阳极凹槽和阴极凹槽，阳极凹槽构成阳极电解室21，阴极凹槽构成阴极电解室22。框体20采用可拆卸结构，便于组装和维修，并可根据实际情况更换相应的框门201。

可以理解地，框门201可为透明或半透明状，即采用透明或半透明材料制成，如采用透明亚克力板制成，可通过透明的框门201观察阳极电解室21和阴极电解室22内电解液使用状态及电解情况，根据实际给工作情况调节或停止电解条件。

一个实施例中，框体20还包括多个隔板202，隔板202安装于固定框29位于阳极凹槽和阴极凹槽的一侧，相邻的两个隔板202之间构成安装槽203，每一阳极电极32和阴极电极34作为一组安装于一个对应的安装槽203中。隔板202自其与固定框29的连接处往框门201的方向延伸，并且隔板202远离固定框29的一端与框门201之间具有间距，则位于阳极电解室21中的所有安装槽203相互连通，位于阴极电解室22中的所有安装槽203相互连通。隔板202主要用于隔开相邻的两个阳极电极32和相邻的两个阴极电极34，并对阳极电极32和阴极电极34具有一定的支撑作用，避免在电解过程中电解液的冲击使阳极电极32和阴极电极34发生摇摆，导致阳极电极32相互碰撞，以及阴极电极34相互碰撞，造成电解不顺利，甚至损坏阳极电极32或阴极电极34。

一个实施例中，阳极接头还包括阳极安装部31，阳极电极32和阳极连接部31分别连接于阳极安装部31的相对两侧，阴极连接头还包括阴极安装部36，阴极电极34和阴极连接部33分别连接阴极安装部36的相对两侧。阳极连接部31、阳极安装部31、阴极连接部33和阴极安装部36均具有导电性，阳极安装部35用于安装阳极电极32，阴极安装部36用于安装阴极电极34。可以理解地，阳极电极32可以固定连接或者可拆卸连接阳极安装部35，同样地，阴极电极34可以固定连接或者可拆卸连接阴极安装部36。

本实施例的制氢装置100中，阳极电极32可拆卸地连接阳极安装部35，阴极电极34可拆卸地连接阴极安装部36，便于拆卸组装和维修，且可根据实际情况更换对应规格的电极。可拆卸连接的方式可以为扣接、榫接，或者通过导电胶水连接等等，均可实现兼顾导电效果良好的同时，拆卸方便。

阳极安装部35与阴极安装部36均呈板状，阳极安装部35远离阳极连接部31的一侧位于阳极电解室21内，阳极电极32安装于阳极安装部35远离阳极连接部31的一侧；阴极安装部36远离阴极连接部33的一侧位于阴极电解室22内，阴极电极34安装于阴极安装部36远离阴极连接部33的一侧。多个阳极电极32平行间隔设置，多个阴极电极34平行间隔设置，形成多个电解点，增加电解面积，提高电解效率，即制氢效率，还有助于均匀电解，防止电解液中浓度不平衡而影响电解质量。在一个较优的实施例中，所有相邻的两个阳极电极32之间的间隔相等，所有相邻的两个阴极电极34之间的间隔相等，如此电解密度相对较均匀。

一个实施例中，制氢装置100还包括夹持机构，夹持机构包括第一夹板51和第二夹板52，框体20可拆卸地夹设于第一夹板51和第二夹板52之间，第一夹板51和第二夹板52主要用于固定好框体20，使固定框29和框门201连接牢靠，进一步防止阳极电解室21和阴极电解室22泄漏。夹持机构还包括紧固件53，第一夹板51和第二夹板52可以采用紧固件53，如螺丝进行连接，本实施例中采用两个螺丝连接第一夹板51和第二夹板52，分别于靠近框体20顶部和底部的位置用螺丝紧固连接第一夹板51和第二夹板52。

上述制氢装置100，组装时，先将固定框29放置好，将阳极电极32连接阳极接头，阴极电极34连接阴极接头，然后将电极组件30安装于固定框29上，阳极电极32悬吊于阳极凹槽中，并且每一阳极电极32对应一安装槽203，阴极电极34悬吊于阴极凹槽中，并且每一阴极电极34对应一安装槽203，然后将框门201扣接固定框29，阳极凹槽构成阳极电解室21，阴极凹槽构成阴极电解室22，最后用第一夹板51和第二夹板52夹紧框体20的外周，完成制氢装置100的组装。

使用时，电解液分别从阳极进水口24和阴极进水口27进入阳极电解室21和阴极电解室22，直流电源分别电连接阳极连接部31和阴极连接部33，通电，即可开始电解制氢。

电解液可以为碱溶液如氢氧化钾、氢氧化钠等，或者海水，或者其他水溶液。阳极接头和阴极接头可以采用不锈钢或者其他导电金属材料制成。离子交换膜40可以为Zirfon膜或者其他具有良好离子交换效果的膜。

阳极电极32和阴极电极34均为催化电极，阳极电极32和阴极电极34均可采用无铂的替代相电极或铂电极，采用本实用新型多电极结构均能提高电解室的空间利用率，增加电极与电解液的接触面积，提高制氢效率。阳极电极32的无铂替代相电极例如可以为泡沫镍负载氢氧化镍电极，阴极电极34的无铂替代相电极例如为泡沫镍负载磷化镍电极。

本实用新型制氢装置100提高了制氢效率，且可使用无铂替代相电极，可实现低成本、持续高效制氢；而且框体20、阳极电极32和阴极电极34为拆卸结构，不仅便于更换、清洗电极材料，还可以根据不同的电解液更换不同的电极，在不同场景中灵活应用，便于组装、拆卸运输、携带、检查、维修、清洗等，应用范围广、适应性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种制氢装置，包括框体及安装于所述框体的电极组件与离子交换膜，其特征在于，所述框体中开设有阳极电解室和阴极电解室，所述离子交换膜将所述框体内的空间分隔形成所述阳极电解室和所述阴极电解室；所述电极组件包括阳极接头、连接所述阳极接头的多个阳极电极、阴极接头及连接所述阴极接头的多个阴极电极，所述阳极接头包括阳极连接部，所述阳极连接部的一端凸伸于所述阳极电解室的外部，所述阳极电极悬吊于所述阳极电解室中；所述阴极接头包括阴极连接部，所述阴极连接部的一端凸伸于所述阴极电解室的外部，所述阴极电极悬吊于所述阴极电解室中。

2.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述阳极接头还包括阳极安装部，所述阳极电极和所述阳极连接部分别连接于所述阳极安装部的相对两侧，所述阴极接头还包括阴极安装部，所述阴极电极和所述阴极连接部分别连接于所述阴极安装部的相对两侧。

3.根据权利要求2所述的制氢装置，其特征在于，多个所述阳极电极平行间隔设置，多个所述阴极电极平行间隔设置。

4.根据权利要求1至3任一项所述的制氢装置，其特征在于，所述阳极电极可拆卸地连接所述阳极接头，和/或所述阴极电极可拆卸地连接所述阴极接头。

5.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述框体设有分别连通所述阳极电解室的阳极进水口和阳极出水口及连通所述阴极电解室的阴极进水口和阴极出水口，所述阳极出水口高于所述阳极进水口所在高度；所述阴极出水口高于所述阴极进水口所在高度。

6.根据权利要求5所述的制氢装置，其特征在于，所述框体还设有分别连通所述阳极电解室的阳极出气口、及连通所述阴极电解室的阴极出气口，所述阳极出气口高于所述阳极电解室，所述阴极出气口高于所述阴极电解室。

7.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述框体包括固定框及可拆卸连接所述固定框的框门，所述固定框上面向所述框体内部的一侧分别开设有阳极凹槽和阴极凹槽，所述框门连接所述固定框后封堵所述阳极凹槽和阴极凹槽，所述阳极凹槽构成所述阳极电解室，所述阴极凹槽构成所述阴极电解室。

8.根据权利要求7所述的制氢装置，其特征在于，所述框体还包括多个隔板，所述隔板安装于所述固定框位于所述阳极凹槽和阴极凹槽的一侧，相邻的两个所述隔板之间构成安装槽，每一所述阳极电极安装于一对应的所述安装槽中，每一所述阴极电极安装于一对应的所述安装槽中，位于所述阳极电解室中的所述安装槽相互连通，位于所述阴极电解室中的所述安装槽相互连通。

9.根据权利要求7所述的制氢装置，其特征在于，所述框门为透明或半透明状。

10.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述制氢装置还包括夹持机构，所述夹持机构包括第一夹板和第二夹板，所述框体可拆卸地夹设于所述第一夹板和第二夹板之间。

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