CN217556309U - 一种易装配的电解水制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种易装配的电解水制氢装置，包括依次设置的阳极面板、阳极片、膜组件、阴极片和阴极面板，所述阳极面板和阴极面板相对设置并围设形成供阳极片、膜组件和阴极片置入的电解腔室，所述阳极片和阴极片均与外部的电源电性连接，所述阳极面板设置有至少一个进水口和至少一个出氧口，所述阴极面板设置有至少一个出氢口；所述膜组件包括由靠近阳极片的一侧向靠近阴极片的一侧依次排列设置的第一扩散层、离子膜、碳毡和第二扩散层。所述制氢装置的结构简单、装配简易、设备成本低、过水性好、电解效率较高且使用寿命长。

Description

一种易装配的电解水制氢装置

技术领域

本实用新型涉及制氢技术领域，具体涉及一种易装配的电解水制氢装置。

背景技术

氢气作为一种重要原料，将其应用于工业气体、直燃供能、燃料电池等领域是氢能的主要使用与发展方向，制氢技术是氢气得到高效利用的关键。电解水制氢技术是目前较为高效的氢原供应方式之一，根据电解质系统的差别，电解水制氢分为碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水三种方式。其中，质子交换膜电解水的制氢效率高、占地面积小、易于实现与可再生能源结合，是当下主流且较有前景的制氢技术。但现有的质子交换膜电解水装置多数是由阴阳极、阴阳极扩散层、质子膜、绝缘层、外壳、接头和紧固件等部件组成，结构虽然较为简单，但装配较麻烦、成本较高、过水性较差且密封性不好，因而限制了其实际应用和制氢效率。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种易装配的电解水制氢装置，所述制氢装置的结构简单、装配简易、设备成本低、过水性好、电解效率较高且使用寿命长。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种易装配的电解水制氢装置，包括依次设置的阳极面板、阳极片、膜组件、阴极片和阴极面板，所述阳极面板、阳极片、膜组件、阴极片和阴极面板均通过连接件连接，所述阳极面板和阴极面板相对设置并围设形成供阳极片、膜组件和阴极片置入的电解腔室，所述阳极片和阴极片均与外部的电源电性连接，所述阳极面板设置有至少一个进水口和至少一个出氧口，所述阴极面板设置有至少一个出氢口；所述膜组件包括第一扩散层、离子膜、碳毡和第二扩散层，所述第一扩散层、离子膜、碳毡和第二扩散层由靠近阳极片的一侧向靠近阴极片的一侧依次排列设置。

进一步的，所述阳极片的中部和阴极片的中部均设置有流通部，所述流通部开设有若干蜂窝状的通孔。

进一步的，所述阳极片靠近膜组件的一侧和阴极片靠近膜组件的一侧均设置有垫高层，所述垫高层的中部呈中空状。

进一步的，所述阳极面板包括阳极端板和阳极固定面板，所述阳极固定面板远离膜组件的一侧面四周边缘向外突伸设有供阳极端板置入的第一安装槽。

进一步的，所述阴极面板包括阴极端板和阴极固定面板，所述阴极固定面板远离膜组件的一侧面四周边缘向外突伸设有供阴极端板置入的第二安装槽。

进一步的，所述第一安装槽和第二安装槽内均设置有卡凸块，所述卡凸块用于与阳极端板或阴极端板卡接。

进一步的，所述阳极固定面板靠近膜组件的一侧面以及阴极固定面板靠近膜组件的一侧面均设置有环形槽和若干支撑柱，所述环形槽内设置有密封圈，若干所述支撑柱均对应流通部设置。

进一步的，所述阳极面板、阳极片、垫高层、阴极片和阴极面板的四侧边缘均开设有安装孔，所述连接件贯穿安装孔。

进一步的，所述第一扩散层和第二扩散层均为泡沫钛。

进一步的，所述阳极端板和阴极端板均为金属板，所述阳极固定面板和阴极固定面板均为塑料面板。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型公开了一种易装配的电解水制氢装置，通过阳极面板、阳极片、膜组件、阴极片和阴极面板组成所述制氢装置，并通过在离子膜和第二扩散层之间设置碳毡，使电解腔室内的水分充足。该装置的结构简单、装配简易、设备成本低、过水性好、电解效率较高且使用寿命长。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型另一角度的结构示意图。

图3是本实用新型的爆炸图。

图4是本实用新型所述阳极固定面板的结构示意图。

图5是本实用新型所述阳极固定面板另一角度的结构示意图。

图6是本实用新型所述阳极片的结构示意图。

附图标记为：1-阳极面板、2-阳极片、3-阴极片、4-阴极面板、5-连接件、 6-快速接头、7-第一扩散层、8-离子膜、9-碳毡、10-第二扩散层、11-通孔、12- 垫高层、100-阳极端板、101-阳极固定面板、400-阴极端板、401-阴极固定面板、102-卡凸块、103-环形槽、104-支撑柱、105-进水口、106-出氧口、13-密封圈、14-安装孔。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-6对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

实施例

如图1-6所示，本实用新型提供的一种易装配的电解水制氢装置，包括依次设置的阳极面板1、阳极片2、膜组件、阴极片3和阴极面板4，所述阳极面板 1、阳极片2、膜组件、阴极片3和阴极面板4均通过连接件5连接，所述阳极面板1和阴极面板4相对设置并围设形成供阳极片2、膜组件和阴极片3置入的电解腔室，所述阳极片2和阴极片3均与外部的电源电性连接，所述阳极面板1设置有至少一个进水口105和至少一个出氧口106，所述阴极面板4设置有至少一个出氢口；所述膜组件包括第一扩散层7、离子膜8、碳毡9和第二扩散层10，所述第一扩散层7、离子膜8、碳毡9和第二扩散层10由靠近阳极片2的一侧向靠近阴极片3的一侧依次排列设置。具体地，所述进水口105、出氧口106和出氢口均设置有快速接头6。

在本实施例中，通过阳极面板1、阳极片2、膜组件、阴极片3和阴极面板4 组成所述制氢装置，所述电解腔室分为阳极腔室和阴极腔室两个部分，其中，所述阳极面板1、阳极片2、第一扩散层7和离子膜8之间构成阳极腔室，所述阴极面板4、阴极片3、第二扩散层10、碳毡9和离子膜8之间构成阴极腔室。在阴极腔室内增设碳毡9，可以保证阴极腔室内部的水分充足，并且可以作为一个缓冲结构。本实用新型所述制氢装置的结构简单、装配简易、设备成本低、过水性好、电解效率较高且使用寿命长。

本实用新型所述制氢装置在工作时，阳极片2与外部电源的正极相连，阴极片3与外部电源的负极相连，水由进水口105进入后流通至电解腔室内，在通电条件下进行电解反应，氧气在阳极腔室内产生并由出氧口106排出，氢离子经离子膜8扩散至阴极腔室内并与电子结合产生氢气，再经由出氢口排出。

进一步的，所述阳极片2的中部和阴极片3的中部均设置有流通部，所述流通部开设有若干蜂窝状的通孔11。通过蜂窝状通孔11的设计在不减少导电面积也不减弱电极强度的条件下，能够显著提升过水效率，使得由进水口105到电解腔室的水路更加顺畅，避免干烧问题。

进一步的，所述阳极片2靠近膜组件的一侧和阴极片3靠近膜组件的一侧均设置有垫高层12，所述垫高层12的中部呈中空状。具体地，所述垫高层12的中空状的中部与阳极片2或阴极片3的流通部对应设置并连通，所述第一扩散层7 位于阳极片2和靠近阳极片2一侧的垫高层12之间，所述碳毡9设置于靠近阴极片3一侧的垫高层12中部，所述第二扩散层10位于靠近阴极片3一侧的垫高层12 和阴极片3之间，所述离子膜8设置于两个垫高层12之间。通过该结构设计使所述膜组件的连接稳定。

进一步的，所述阳极面板1包括阳极端板100和阳极固定面板101，所述阳极固定面板101远离膜组件的一侧面设置有供阳极端板100置入的第一安装槽，所述第一安装槽是由阳极固定面板101的四周边缘向外突伸围壁形成。

进一步的，所述阴极面板4包括阴极端板400和阴极固定面板401，所述阴极固定板401远离膜组件的一侧面设置有供阴极端板400置入的第二安装槽，所述第二安装槽是由阴极固定面板401的四周边缘向外突伸围壁形成。

进一步的，所述第一安装槽和第二安装槽内均设置有卡凸块102，所述卡凸块102用于与阳极端板100或阴极端板400卡接。

在本实施例中，所述卡凸块102是由阳极固定面板101或阴极固定面板401 的一侧壁向中部突伸形成，所述阳极端板100和阴极端板400均设置有与卡凸块 102配合的卡槽，所述阳极端板100通过其中一个卡凸块102与阳极固定面板101 卡接，所述阴极端板400通过另一个卡凸块102与阴极固定面板401卡接，安装容易且连接稳定。

进一步的，所述阳极固定面板101靠近膜组件的一侧面以及阴极固定面板 401靠近膜组件的一侧面均设置有环形槽103和若干支撑柱104，所述环形槽103 内设置有密封圈13，若干所述支撑柱104均对应流通部设置。

在本实施例中，所述环形槽103是由阳极固定面板101或阴极固定面板401 的一侧面向外凹陷形成，所述支撑柱104是由阳极固定面板101或阴极固定面板 401的一侧面向内凸起形成，若干支撑柱104均位于环形槽103的中部，所述支撑柱104呈圆柱状，所述支撑柱104与阳极片2或阴极片3的流通部中的非通孔11 区域相抵接，用于支撑阳极片2或阴极片3，并且起到疏通水路的作用。所述环形槽103内设置有密封圈13，使得电解腔室的密封性好，不容易产生泄漏。

进一步的，所述阳极面板1、阳极片2、垫高层12、阴极片3和阴极面板4的四侧边缘均开设有安装孔14，所述连接件5贯穿安装孔14。具体地，所述连接件5为螺丝，先将螺丝穿上弹垫和平垫，再由阳极面板1依次贯穿阳极片2、垫高层12、阴极片3和阴极面板4的安装孔14，最后由螺母进行锁紧，使整个装置的结构稳定、密封圈好且压力均匀。

进一步的，所述第一扩散层7和第二扩散层10均为泡沫钛。通过采用泡沫钛的设置能够高效促进气液传质，并且起到集流的作用。

进一步的，所述阳极端板100和阴极端板400均为金属板，所述阳极固定面板101和阴极固定面板401均为塑料面板。通过塑料面板和金属板的配合卡接，可省略绝缘套，并且结构稳定。阳极端板100和阴极端板400均采用金属板封装，美观、结构强度高，不容易变形，使用寿命长。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：包括依次设置的阳极面板、阳极片、膜组件、阴极片和阴极面板，所述阳极面板、阳极片、膜组件、阴极片和阴极面板均通过连接件连接，所述阳极面板和阴极面板相对设置并围设形成供阳极片、膜组件和阴极片置入的电解腔室，所述阳极片和阴极片均与外部的电源电性连接，所述阳极面板设置有至少一个进水口和至少一个出氧口，所述阴极面板设置有至少一个出氢口；所述膜组件包括第一扩散层、离子膜、碳毡和第二扩散层，所述第一扩散层、离子膜、碳毡和第二扩散层由靠近阳极片的一侧向靠近阴极片的一侧依次排列设置。

2.根据权利要求1所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述阳极片的中部和阴极片的中部均设置有流通部，所述流通部开设有若干蜂窝状的通孔。

3.根据权利要求2所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述阳极片靠近膜组件的一侧和阴极片靠近膜组件的一侧均设置有垫高层，所述垫高层的中部呈中空状。

4.根据权利要求3所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述阳极面板包括阳极端板和阳极固定面板，所述阳极固定面板远离膜组件的一侧面四周边缘向外突伸设有供阳极端板置入的第一安装槽。

5.根据权利要求4所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述阴极面板包括阴极端板和阴极固定面板，所述阴极固定面板远离膜组件的一侧面四周边缘向外突伸设有供阴极端板置入的第二安装槽。

6.根据权利要求5所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述第一安装槽和第二安装槽内均设置有卡凸块，所述卡凸块用于与阳极端板或阴极端板卡接。

7.根据权利要求5所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述阳极固定面板靠近膜组件的一侧面以及阴极固定面板靠近膜组件的一侧面均设置有环形槽和若干支撑柱，所述环形槽内设置有密封圈，若干所述支撑柱均对应流通部设置。

8.根据权利要求3所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述阳极面板、阳极片、垫高层、阴极片和阴极面板的四侧边缘均开设有安装孔，所述连接件贯穿安装孔。

9.根据权利要求1所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述第一扩散层和第二扩散层均为泡沫钛。

10.根据权利要求5所述的一种易装配的电解水制氢装置，其特征在于：所述阳极端板和阴极端板均为金属板，所述阳极固定面板和阴极固定面板均为塑料面板。

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