CN216585241U - 电解水制氢装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种电解水制氢装置,电解水制氢装置包括依次层压的阳极端板、阳极绝缘板、阳极导流板、烧结钛网、涂覆有催化剂的质子交换膜、阴极气体扩散层、阴极导流板、阴极绝缘板和阴极端板,阳极端板上设有进水口和氧气出口,阳极绝缘板和阳极导流板上共同形成与进水口相连通的进水流道和与氧气出口相连通的氧气流道,阳极导流板朝向烧结钛网的一侧设有连通进水流道和氧气流道的阳极流场,阴极端板设有氢气出口,阴极绝缘板和阴极导流板上共同设有与氢气出口相连通的氢气流道,阴极导流板朝向阴极气体扩散层的一侧设有与氢气流道相连通的阴极流场。本实用新型提供的电解水制氢装置具有结构简单、装配难度低和成本低的优点。

Description

电解水制氢装置
技术领域
本实用新型涉及电解槽技术领域,具体涉及一种电解水制氢装置。
背景技术
质子交换膜电解水制氢装置是一种利用电能将纯水裂解成氢气和氧气的装置。向制氢装置提供纯水,外部施加足够的电能,在催化剂的作用下,水分子发生分解,且结合质子交换膜只传导质子、电绝缘、气体阻隔的特性,可将氢气和氧气隔绝,得到纯度高达99.999%的高纯氢气。其主要结构通常包括阳极端板、阳极集流板、阳极多孔传输层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极多孔传输层、阴极集流板、阴极端板以及若干绝缘层和密封件组成。相关技术中的电解水制氢装置存在结构复杂、装配难度高和成本高的缺陷。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
申请人发现,相关技术中电解水制氢装置中阳极的多孔传输层起着传导电子、对纯水和气体进行分流的作用,目前多用材料孔隙率依次降低(靠近质子膜方向)的数片烧结钛网和钛烧结毡或钛纤维毡等组合构成。电解槽的集流板起着收集、传导电流的作用,其紧靠着多孔传输层,由于电解槽的阳极处于强氧化性和高电势的极端环境,对集流板材料的要求较高,目前的集流板也大多采用钛材料。如此结构,尤其是多片钛网的使用,不仅造成了成本的提高,且增加了整个电解槽结构的复杂程度及电解槽的装配难度。
为此,本实用新型的实施例提出一种电解水制氢装置,该电解水制氢装置具有结构简单、装配难度低和成本低的优点。
根据本实用新型实施例的电解水制氢装置包括依次层压的阳极端板、阳极绝缘板、阳极导流板、烧结钛网、涂覆有催化剂的质子交换膜、阴极气体扩散层、阴极导流板、阴极绝缘板和阴极端板;所述阳极端板上设有进水口和氧气出口,所述阳极绝缘板和所述阳极导流板上共同形成与所述进水口相连通的进水流道和与所述氧气出口相连通的氧气流道,所述阳极导流板朝向所述烧结钛网的一侧设有连通所述进水流道和所述氧气流道的阳极流场,所述阴极端板设有氢气出口,所述阴极绝缘板和所述阴极导流板上共同设有与所述氢气出口相连通的氢气流道,所述阴极导流板朝向所述阴极气体扩散层的一侧设有与所述氢气流道相连通的阴极流场。
根据本实用新型实施例的电解水制氢装置,通过设置阳极流场对去离子纯水进行粗分流,再配合烧结钛网/阴极气体扩散层实现对流体/氢气的精密分流,由此减少了烧结钛网和钛烧结毡或钛纤维毡的使用数量。再通过将促使水分子分解的催化剂涂覆在质子交换膜,由此使得电解水制氢装置的结构简单、装配难度低和成本低。
在一些实施例中,所述阳极流场为矩形流场,所述阳极流场的对角线的两端分别与所述进水流道和所述氧气流道相连通。
在一些实施例中,所述阳极流场包括多个用于导流的凹槽,多个所述凹槽置于所述进水流道和氧气流道之间。
在一些实施例中,多个所述凹槽中每一者的横截面形状均相同,多个所述凹槽中每一者的长度方向一致。
在一些实施例中,所述凹槽的深度为0.4mm-3mm,所述凹槽的宽度为0.4mm-3mm。
在一些实施例中,所述阳极流场中所述凹槽的数量为2-100个。
在一些实施例中,所述阴极流场的结构与所述阳极流场的结构相同,所述氢气出口的数量和所述氢气流道的数量均为两个并一一对应,所述阴极流场的对角线的两端分别与两个所述氢气流道相连通。
在一些实施例中,所述阳极导流板上设有沿其径向向外凸出的正极接头,所述阴极导流板上设有沿其径向向外凸出的负极接头。
在一些实施例中,所述电解水制氢装置还包括阳极密封板和阴极密封板,所述阳极密封板夹设于所述阳极导流板和质子交换膜之间并具有用于容置所述烧结钛网的第一贯穿孔,所述阴极密封板夹设于所述阴极导流板和质子交换膜之间并具有用于容置所述阴极气体扩散层的第二贯穿孔。
在一些实施例中,所述阳极端板、所述阳极绝缘板、所述阳极导流板、所述阳极密封板、所述质子交换膜、所述阴极密封板、所述阴极导流板、所述阴极绝缘板和所述阴极端板中的每一者设有供螺栓穿过的连接孔,穿过所述连接孔的所述螺栓与螺母螺纹配合。
附图说明
图1是根据本实用新型实施例的电解水制氢装置的爆炸图。
图2是根据本实用新型实施例的电解水制氢装置中阳极导流板的示意图。
附图标记:
1、阳极端板;2、阳极绝缘板;3、阳极导流板;4、烧结钛网;5、阳极密封板;6、质子交换膜;7、阴极密封板;8、阴极气体扩散层;9、阴极导流板;10、阴极绝缘板;11、阴极端板;12、螺栓;13、进水口;13a、氧气出口;14、氢气出口;15、螺母;16、正极接头;17、负极接头;18、阳极流场;18a、凹槽。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
下面结合图1和图2描述根据本实用新型实施例的电解水制氢装置。
根据本实用新型实施例的电解水制氢装置包括依次层压的阳极端板1、阳极绝缘板2、阳极导流板3、烧结钛网4、涂覆有催化剂的质子交换膜6、阴极气体扩散层8、阴极导流板9、阴极绝缘板10和阴极端板11。其中,质子交换膜6的朝向烧结钛网4的一侧涂覆阳极催化剂,朝向阴极气体扩散层8的一侧涂覆阴极催化剂。由此使得去离子纯水在质子交换膜6发生分解。
阳极端板1上设有进水口13和氧气出口13a,阳极绝缘板2和阳极导流板3上共同形成与进水口13相连通的进水流道和与氧气出口13a相连通的氧气流道,阳极导流板3朝向烧结钛网4的一侧设有连通进水流道和氧气流道的阳极流场18。即去离子纯水由进水口13依次经过进水流道、阳极流场18和氧气流道并最终随同氧气由氧气出口13a流出。
阴极端板11设有氢气出口14,阴极绝缘板10和阴极导流板9上共同设有与氢气出口14相连通的氢气流道,阴极导流板9朝向阴极气体扩散层8的一侧设有与氢气流道相连通的阴极流场。即穿过质子交换膜6的氢气依次穿过阴极流场和氢气流道并最终由氢气出口14流出。
根据本实用新型实施例的电解水制氢装置,通过设置阳极流场18对去离子纯水进行粗分流,再配合烧结钛网4/阴极气体扩散层8实现对流体/氢气的精密分流,由此减少了烧结钛网4和钛烧结毡或钛纤维毡的使用数量。再通过将促使水分子分解的催化剂涂覆在质子交换膜6,由此使得电解水制氢装置的结构简单、装配难度低和成本低。
在一些实施例中,如图2所示,阳极流场18为矩形流场,阳极流场18的对角线的两端分别与进水流道和氧气流道相连通。由此使得流出进水流道的纯水能够被阳极流场18进行相对更均匀的分流,以保证纯水在质子交换膜6处的均匀分解,保证制氢效率。
具体地,如图2所示,阳极流场18的面积与烧结钛网4的面积大体一致并相对设置。阳极流场18包括多个用于导流的凹槽18a,多个凹槽18a置于进水流道和氧气流道之间。由此进一步保证纯水的粗导流效果。
在一些实施例中,多个凹槽18a中每一者的横截面形状均相同,多个凹槽18a中每一者的长度方向一致。由此,流出进水流道的纯水由多个凹槽18a进行粗分流后,能够被更均匀地穿过烧结钛网4,以便于烧结钛网4进行更均匀、精密地分流。
具体地,多个凹槽18a沿凹槽18a的宽度方向并列设置且两两相互连通,凹槽18a的深度为0.4mm-3mm,凹槽18a的宽度为0.4mm-3mm。
在烧结钛网4的数量只为一个的情况下,纯水在经过多个该尺寸的凹槽18a进行粗分流后能够被烧结钛网4及时进行精密分流,由此保证制氢的连续性,制氢效率高。
在一些实施例中,阳极流场18中凹槽18a的数量为2-100个。如,凹槽18a的数量可以为2个、20个、40个或100个等。
在一些实施例中,阴极流场的结构与阳极流场18的结构相同,氢气出口14的数量和氢气流道的数量均为两个并一一对应,阴极流场的对角线的两端分别与两个氢气流道相连通。
由此被阴极流场进行分流的氢气能够通过两个氢气流道分散流出,避免氢气在阴极流场处聚集,由此保证制氢的连续性,制氢效率高。
在一些实施例中,阳极导流板3上设有沿其径向向外凸出的正极接头16,阴极导流板9上设有沿其径向向外凸出的负极接头17。
阳极端板1、阳极绝缘板2、质子交换膜6、阴极绝缘板10和阴极端板11中每一者的外横截面轮廓一致并大体均为正方形,即电解水制氢装置的外轮廓大体为长方体形,此时的正极接头16和负极接头17均凸出于长方体的同一侧面,由此方便与外部电源的通电连接。
具体地,正极接头16和负极接头17均为具有通孔的金属片。
在一些实施例中,如图1所示,电解水制氢装置还包括阳极密封板5和阴极密封板7,阳极密封板5夹设于阳极导流板3和质子交换膜6之间并具有用于容置烧结钛网4的第一贯穿孔,阴极密封板7夹设于阴极导流板9和质子交换膜6之间并具有用于容置阴极气体扩散层8的第二贯穿孔。
由此,阳极密封板5/阴极密封板7将烧结钛网4/阴极气体扩散层8与外界分隔开,保证根据本实用新型实施例的电解水制氢装置的密封性。
具体地,阳极密封板5的厚度与烧结钛网4的厚度大体相等,阴极密封板7的厚度与阴极气体扩散层8的厚度大体相等,由此保证电解水制氢装置的密封性的同时,保证烧结钛网4和阴极气体扩散层8对流体和氢气的精密分流。
在一些实施例中,如图1所示,阳极端板1、阳极绝缘板2、阳极导流板3、阳极密封板5、质子交换膜6、阴极密封板7、阴极导流板9、阴极绝缘板10和阴极端板11中的每一者设有供螺栓12穿过的连接孔,穿过连接孔的螺栓12与螺母15螺纹配合。
连接孔的数量为八个,八个螺栓12依次穿过阴极端板11、阴极绝缘板10、阴极导流板9、阴极密封板7、质子交换膜6、阳极密封板5、阳极导流板3、阳极绝缘板2和阳极端板1上的相应连接孔并与螺母15螺纹配合,由此实现本实用新型实施例的电解水制氢装置的装配,装配难度低。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或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实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或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实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实用新型中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电解水制氢装置,其特征在于,包括依次层压的阳极端板、阳极绝缘板、阳极导流板、烧结钛网、涂覆有催化剂的质子交换膜、阴极气体扩散层、阴极导流板、阴极绝缘板和阴极端板;
所述阳极端板上设有进水口和氧气出口,所述阳极绝缘板和所述阳极导流板上共同形成与所述进水口相连通的进水流道和与所述氧气出口相连通的氧气流道,所述阳极导流板朝向所述烧结钛网的一侧设有连通所述进水流道和所述氧气流道的阳极流场,所述阴极端板设有氢气出口,所述阴极绝缘板和所述阴极导流板上共同设有与所述氢气出口相连通的氢气流道,所述阴极导流板朝向所述阴极气体扩散层的一侧设有与所述氢气流道相连通的阴极流场。
2.根据权利要求1所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述阳极流场为矩形流场,所述阳极流场的对角线的两端分别与所述进水流道和所述氧气流道相连通。
3.根据权利要求1所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述阳极流场包括多个用于导流的凹槽,多个所述凹槽置于所述进水流道和氧气流道之间。
4.根据权利要求3所述的电解水制氢装置,其特征在于,多个所述凹槽中每一者的横截面形状均相同,多个所述凹槽中每一者的长度方向一致。
5.根据权利要求4所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述凹槽的深度为0.4mm-3mm,所述凹槽的宽度为0.4mm-3mm。
6.根据权利要求3所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述阳极流场中所述凹槽的数量为2-100个。
7.根据权利要求2所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述阴极流场的结构与所述阳极流场的结构相同,所述氢气出口的数量和所述氢气流道的数量均为两个并一一对应,所述阴极流场的对角线的两端分别与两个所述氢气流道相连通。
8.根据权利要求1所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述阳极导流板上设有沿其径向向外凸出的正极接头,所述阴极导流板上设有沿其径向向外凸出的负极接头。
9.根据权利要求1所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述电解水制氢装置还包括阳极密封板和阴极密封板,所述阳极密封板夹设于所述阳极导流板和质子交换膜之间并具有用于容置所述烧结钛网的第一贯穿孔,所述阴极密封板夹设于所述阴极导流板和质子交换膜之间并具有用于容置所述阴极气体扩散层的第二贯穿孔。
10.根据权利要求9所述的电解水制氢装置,其特征在于,所述阳极端板、所述阳极绝缘板、所述阳极导流板、所述阳极密封板、所述质子交换膜、所述阴极密封板、所述阴极导流板、所述阴极绝缘板和所述阴极端板中的每一者设有供螺栓穿过的连接孔,穿过所述连接孔的所述螺栓与螺母螺纹配合。
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