CN219136945U - 一种电解水制氢的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电解水制氢的测试装置，测试装置包括依次贴合连接的后端板、阳极胶膜、阳极板、阳极垫框、钛毡、膜电极、碳纸、阴极垫框、阴极板、阴极胶膜、前端板和若干固定杆；后端板和前端板设置有若干固定孔，固定杆穿过固定孔对后端板和前端板进行固定连接，而固定杆包围固定阳极胶膜、阳极板、阳极垫框、钛毡、膜电极、碳纸、阴极垫框、阴极板和阴极胶膜，阳极板外沿和阴极板外沿也设置有一个固定孔，固定杆穿过阳极板的固定孔和阴极板的固定孔，使得阳极板和阴极板均与后端板、前端板固定。本实用新型通过设置阳极垫框和阴极垫框，采用的是线面密封方式，大大增强了测试装置各个部件之间的密封性。

Description

一种电解水制氢的测试装置

技术领域

本实用新型涉及新能源制氢技术领域，特别涉及一种电解水制氢的测试装置。

背景技术

水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。质子膜电解水（PEM）设备体积小，制备氢气纯度高，输出压力高，单机功率大，对输入电源响应快，稳定性要求低等优势受到青睐。

目前的水电解制氢测试设备的密封程度不够高，容易发生漏水漏气情况，大大影响了测试效果。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题之一，提供一种电解水制氢的测试装置，通过设置阳极垫框和阴极垫框，采用的是线面密封方式，大大增强了测试装置各个部件之间的密封性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种电解水制氢的测试装置，包括依次贴合连接的后端板、阳极板、阳极垫框、钛毡、膜电极、碳纸、阴极垫框、阴极板以及前端板；

所述后端板包括两个水进出通道，其中一个水进出通道的入口设置在后端板左侧面，另一个水进出通道的入口设置在后端板右侧面，水进出通道的入口均设置一个后端板螺纹管；所述阳极板设置两个水输入孔，水输入孔贯穿于阳极板，水输入孔与后端板的后端板PE管配合连接；在阳极板的前面设置阳极扩散层，水输入孔连接阳极扩散层；

所述前端板设置若干氢气输出通道，其中氢气输出通道的出口设置在前端板左侧面，氢气输出通道的入口设置于前端板背面；氢气输出通道的入口均设置一个前端板PE管；所述阴极板设置氢气输出孔，氢气输出孔贯穿于阴极板，前端板PE管与氢气输出孔配合连接，在阴极板的背面设置有阴极扩散层，氢气输出孔连接阴极扩散层。

进一步的，所述测试装置还包括阳极胶膜和阴极胶膜，所述后端板、阳极胶膜和阳极板依次贴合连接，所述阴极板、阴极胶膜、前端板依次贴合连接；

所述阳极胶膜包括两个阳极管孔，所述前端板PE管穿过阳极管孔；所述阴极胶膜包括若干阴极管孔，所述前端板PE管穿过阴极管孔。

进一步的，所述阳极板背面包括阳极密封圈凹槽和阳极密封圈，阳极密封圈凹槽设置于水输入孔的入口外沿，阳极密封圈放置于阳极密封圈凹槽内，且阳极密封圈位于阳极胶膜的阳极管孔内；

所述阴极板正面包括阴极密封垫凹槽和阴极密封垫，阴极密封垫凹槽设置于氢气输出孔的出口外沿，阴极密封圈放置于阴极密封圈凹槽内，且阴极密封圈位于阴极胶膜的阴极管孔内。

进一步的，所述阳极板的前面设置有阳极密封垫凹槽和阳极密封垫，阳极密封垫置于阳极密封垫凹槽内，阳极扩散层位于阳极密封垫凹槽内；

所述阴极板的背面设置有阴极密封垫凹槽和阴极密封垫，阴极密封垫凹槽置于阴极密封垫凹槽内，阴极扩散层位于阴极密封垫凹槽内。

进一步的，所述测试装置还包括若干定位管，所述阳极板、阳极垫框、膜电极、阴极垫框以及阴极板均设置定位孔，定位孔均与定位管固定连接。

进一步的，所述测试装置还包括若干固定杆，所述后端板和前端板均设置固定孔，固定杆穿过后端板的固定孔和前端板的固定孔，固定杆用于对后端板和前端板之间进行固定连接。

进一步的，所述阳极板和阴极板均设置一个固定孔；其中一根固定杆穿过阳极板的固定孔，固定杆用于固定阳极板；其中一根固定杆穿过阴极板的固定孔，固定杆用于固定阴极板。

进一步的，所述后端板的水进出通道入口均设置一个后端板螺纹管；

所述前端板的氢气输出通道出口均设置一个前端板螺纹管。

进一步的，所述阳极板侧面设置阳极云母管插孔和阳极云母管，阳极云母管插入阳极云母管插孔；

所述阴极板侧面设置阴极云母管插孔和阴极云母管，阴极云母管插入阴极云母管插孔。

进一步的，所述阳极垫框和阴极垫框均为PTFE垫框。

采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下有益效果：

1、本实用新型对阳极板和阴极板均设置云母管，插入云母管后可用热电偶测量阳极板和阴极板温度，其中云母管具有良好的导热性和绝缘性，既能使测量温度准确，又能减少测试过程中的电流干扰；

2、本实用新型的密封结合了线密封与面密封，设置的密封圈（阳极密封圈和阴极密封圈）和密封垫（阳极密封垫和阴极密封垫）为线密封，设置的垫框（阳极垫框和阴极垫框）为面密封，线密封与面密封的结合从而大大增强了测试装置各个部件之间的密封性；

3、本实用新型的后端板和阳极板之间，阴极板和前端板之间，均使用一层PI胶膜绝缘，简单方便；流体通道由PE管连接，起到定位和密封的作用，PE管套O型密封圈密封。

附图说明

图1为本实用新型测试装置的立体结构示意图。

图2为本实用新型测试装置的爆炸图。

图3为本实用新型后端板的立体结构示意图。

图4为本实用新型阳极胶膜的结构示意图。

图5为本实用新型阳极板的后视图。

图6为本实用新型阳极板的前视图。

图7为本实用新型阳极密封圈的结构示意图。

图8为本实用新型阳极密封垫的结构示意图。

图9为本实用新型阳极垫框的结构示意图。

图10为本实用新型钛毡的结构示意图。

图11为本实用新型膜电极的结构示意图。

图12为本实用新型碳纸的结构示意图。

图13为本实用新型阴极垫框的结构示意图。

图14为本实用新型阴极板的后视图。

图15为本实用新型阴极板的前视图。

图16为本实用新型阴极密封圈的结构示意图。

图17为本实用新型阴极极密封垫的结构示意图。

图18为本实用新型阴极胶膜的结构示意图。

图19为本实用新型前端板的立体结构示意图。

实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本实施例公开一种电解水制氢的测试装置，测试装置主要用于对膜电极性能进行测试。

如图1和图2所示，测试装置包括后端板1、阳极胶膜2、阳极板3、阳极垫框4、钛毡5、膜电极6、碳纸7、阴极垫框8、阴极板9、阴极胶膜10、前端板11和若干固定杆12，所述后端板1、阳极胶膜2、阳极板3、阳极垫框4、钛毡5、膜电极6、碳纸7、阴极垫框8、阴极板9、阴极胶膜10和前端板11依次贴合进行配合连接。其中，后端板1和前端板11设置有若干固定孔，固定杆12穿过固定孔对后端板1和前端板11进行固定连接，而固定杆12包围固定阳极胶膜2、阳极板3、阳极垫框4、钛毡5、膜电极6、碳纸7、阴极垫框8、阴极板9和阴极胶膜10，另外，阳极板3外沿和阴极板9外沿也设置有一个固定孔，固定杆12穿过阳极板3的固定孔和阴极板9的固定孔，使得阳极板3和阴极板9均与后端板1、前端板11固定。

如图3所示，所述后端板1设置两个水进出通道，其中一个水进出通道的入口设置在后端板1左侧面，另一个水进出通道的入口设置在后端板1右侧面，水进出通道的出口均设置于后端板1前面。水进出通道的入口均设置一个后端板螺纹管1001，水进出通道的入口与后端板螺纹管1001固定连接，水进出通道的出口均设置一个后端板PE管1002，水进出通道的出口与后端板PE管1002固定连接；在一具体实施当中，水从后端板1左侧的后端板螺纹管1001输入测试装置阳极侧进行电解，测试装置阳极侧产生的氧气和剩余的水从后端板1右侧的后端板螺纹管1001输出；或者，水从后端板1右侧的后端板螺纹管1001输入测试装置阳极侧进行电解，测试装置阳极侧产生的氧气和剩余的水从后端板1左侧的后端板螺纹管1001输出；即水既可以从后端板1左侧的后端板螺纹管1001输入也可以从后端板1右侧的后端板螺纹管1001输入。后端板1正面的四边沿设置若干固定孔（图3中的固定孔1003），固定孔与固定杆12固定连接。

如图4所示，阳极胶膜2设置两个阳极管孔21，阳极胶膜2与后端板1贴合连接时，后端板1的后端板PE管1002穿过阳极管孔21。

如图5至图8所示，在阳极板3设置两个水输入孔31和固定孔（图5和图6中所示的固定孔39），水输入孔31和固定孔贯穿于阳极板3，水输入孔31与后端板1的后端板PE管1002配合连接，固定孔与固定杆12固定连接。在阳极板3的背面，如图5所示，水输入孔31的入口外沿设置阳极密封圈凹槽32和阳极密封圈33，阳极密封圈33放置于阳极密封圈凹槽32内，阳极密封圈33外直径等于阳极密封圈凹槽32直径和阳极胶膜2的阳极管孔21直径，阳极密封圈33内直径等于后端板PE管1002的外直径，在后端板1、阳极胶膜2和阳极板3进行配合连接时，后端板PE管1002穿过阳极密封圈33并插入水输入孔31，阳极密封圈33位于阳极管孔21和阳极密封圈凹槽32内。其中，阳极密封圈33厚度大于阳极胶膜2厚度加阳极密封圈凹槽32深度，这样设置阳极密封圈33厚度使得密封性更好。

在阳极板3的前面（阳极板3的电解水反应的那一面），如图6所示，阳极板3设置有阳极扩散层34，阳极扩散层34为方形凹槽，水输入孔31分别位于阳极扩散层34的左上角和右下角。阳极板3设置有阳极密封垫凹槽35和阳极密封垫36，阳极密封垫36置于阳极密封垫凹槽35内，阳极扩散层34位于阳极密封垫凹槽35内。阳极板3设置有两个定位孔（图6所示的定位孔38），定位孔位于阳极扩散层34外且位于阳极密封垫凹槽35内。阳极板3的顶部设置阳极云母管插孔和阳极云母管37，阳极云母管37插入阳极云母管插孔。工作时，插入阳极云母管插孔的阳极云母管37连接热电偶，热电偶测量极板温度，阳极云母管37有良好的导热性和绝缘性，既能使测量温度准确，又能减少测试过程中的电流干扰。

如图9所示，阳极垫框4内部镂空，镂空面积等于钛毡5面积，阳极垫框4与阳极板3贴合时，阳极垫框4镂空部分正对阳极扩散层34，阳极密封垫36贴合阳极垫框4，阳极密封垫36用于阳极密封垫36和阳极板3之间的密封。阳极垫框4设置有两个定位孔（图9所示的定位孔41）。

如图10所示，钛毡5形状为方形，其面积大于阳极扩散层34面积。

如图11所示，膜电极6设置有两个定位孔（图11所示的定位孔61）。

如图12所示，碳纸7形状为方形，其面积等于钛毡5面积。

如图13所示，阴极垫框8内部镂空，镂空面积等于碳纸7面积，阴极极垫框8与阴极板9贴合时，阴极垫框9镂空部分正对阴极极扩散层94，阴极密封垫96贴合阴极极垫框8，阴极密封垫96用于阴极密封垫96和阴极板8之间的密封。阴极垫框8设置有两个定位孔（图13所示的定位孔81）。

如图14至17所示，在阴极板9背面设置有定位孔（图5所示的定位孔98），测试装置还包括两根定位管13，如图2所示，在阳极板3、阳极垫框4、钛毡5、膜电极6、碳纸7、阴极垫框8和阴极板9依次配合连接时，定位管13依次穿过阳极垫框4、膜电极6和 阴极垫框8的定位孔（阳极垫框4、膜电极6和 阴极垫框8的定位孔是一样的），定位管13一端与阳极板3定位孔（定位孔38）固定连接、另一端与阴极板9定位孔（定位孔98）固定连接，钛毡5与碳纸7位于两根定位管13内。

阴极板9设置氢气输出孔91和固定孔（图14和图15中所示的固定孔99），氢气输出孔91和固定孔贯穿于阴极板9，氢气输出孔91与前端板11的前端板PE管112配合连接，固定孔与固定杆12固定连接。

如图14所示，在阴极板9的背面，阴极板9设置有阴极扩散层94，阴极扩散层94为方形凹槽，氢气输出孔91分别位于阴极扩散层94的左上角和右下角。阴极板9设置有阴极密封垫凹槽95和阴极密封垫96，阴极密封垫凹槽95置于阴极密封垫凹槽95内，阴极扩散层94位于阴极密封垫凹槽95内。阴极板9设置有两个定位孔（图14所示的定位孔98），定位孔位于阴极扩散层94外且位于阴极密封垫凹槽95内。阴极板9的顶部设置阴极云母管插孔和阴极云母管97，阴极云母管97插入阴极云母管插孔。工作时，插入阴极云母管插孔的阴极云母管97连接热电偶，热电偶测量极板温度，阴极云母管97有良好的导热性和绝缘性，既能使测量温度准确，又能减少测试过程中的电流干扰。

如图15所示，在阴极板9的正面，氢气输出孔91的出口外沿设置阴极密封圈凹槽92和阴极密封圈93，阴极密封圈93放置于阴极密封圈凹槽92内，阴极密封圈93外直径等于阴极密封圈凹槽92直径和阴极胶膜10的阴极管孔101直径，阴极密封圈93内直径等于或略小于前端板PE管112的外直径，在前端板11、阴极胶膜10和阴极板9进行配合连接时，前端板PE管112穿过阴极密封圈93并插入氢气输出孔91，阴极密封圈93位于阴极管孔101和阴极密封圈凹槽92内。其中，阴极密封圈93厚度大于阴极胶膜10厚度加阴极密封圈凹槽92深度，这样设置阴极密封圈93厚度使得密封性更好。

如图18所示，阴极胶膜10设置两个阴极管孔101，阴极胶膜10与前端板11贴合连接时，前端板11的前端板PE管112穿过阴极管孔101。

如图19所示，所述前端板11设置两个氢气输出通道，其中一个氢气输出通道的出口设置在前端板11左侧面，另一个氢气输出通道的出口设置在前端板11右侧面，氢气输出通道的入口均设置于前端板11背面。氢气输出通道的出口均设置一个前端板螺纹管111，氢气输出通道的出口与前端板螺纹管111固定连接，氢气输出通道的入口均设置一个前端板PE管112，氢气输出通道的入口与前端板PE管112固定连接；在一具体实施当中，氢气从两个氢气输出通道的入口输出至两个前端板螺纹管111，或者从其中一个氢气输出通道的入口输出至前端板螺纹管111（在其中一个前端板螺纹管111被关闭时）；或者，在需要使用水对测试装置阴极进行冷却时，水从前端板11左侧的前端板螺纹管111进入，然后水和氢气从前端板11右侧的前端板螺纹管111输出，或者，水从前端板11右侧的前端板螺纹管111进入，然后水和氢气从前端板11左侧的前端板螺纹管111输出。

前端板11背面的四边沿设置若干固定孔（图19中的固定孔113），固定孔与固定杆12固定连接。

优选的，后端板1的固定孔（固定孔1003）、阳极板3的固定孔（图5和图6中所示的固定孔39）、阴极板9的固定孔（图14和图15中所示的固定孔99）以及前端板11的固定孔（图19中的固定孔113），其孔径大小均一致。阳极板3的定位孔（图6所示的定位孔38）、阳极垫框4的定位孔（图9所示的定位孔41）、膜电极6的定位孔（图11所示的定位孔61）、阴极垫框8的定位孔（图13所示的定位孔81）以及阴极板9的定位孔（定位孔98），其孔径大小均一致。阳极密封圈33和阴极密封圈93的规格大小一致，阳极密封垫36和阴极密封垫96的规格大小一致。阳极胶膜2和阴极胶膜10的规格大小一致，阳极胶膜2和阴极胶膜10均为PI胶膜。所述阳极垫框4和阴极垫框8的规格大小一致，阳极垫框4和阴极垫框8均为PTFE垫框，PTFE全称为聚四氟乙烯，PE全称为聚乙烯，PI全称为聚酰亚胺。

本实用新型对阳极板3和阴极板9均设置云母管，插入云母管后可用热电偶测量阳极板3和阴极板9温度，其中云母管具有良好的导热性和绝缘性，既能使测量温度准确，又能减少测试过程中的电流干扰。

本实用新型的密封结合了线密封与面密封，设置的密封圈（阳极密封圈33和阴极密封圈93）和密封垫（阳极密封垫36和阴极密封垫96）为线性密封，设置的垫框（阳极垫框4和阴极垫框8）为面密封，线密封与面密封的结合从而大大增强了测试装置各个部件之间的密封性。

后端板1和阳极板3之间，阴极板9和前端板11之间，均使用一层PI胶膜绝缘，简单方便；流体通道由PE管连接，起到定位和密封的作用，PE管套O型密封圈密封。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，包括依次贴合连接的后端板、阳极板、阳极垫框、钛毡、膜电极、碳纸、阴极垫框、阴极板以及前端板；

所述后端板包括两个水进出通道，其中一个水进出通道的入口设置在后端板左侧面，另一个水进出通道的入口设置在后端板右侧面，水进出通道的入口均设置一个后端板螺纹管；所述阳极板设置两个水输入孔，水输入孔贯穿于阳极板，水输入孔与后端板的后端板PE管配合连接；在阳极板的前面设置阳极扩散层，水输入孔连接阳极扩散层；

所述前端板设置若干氢气输出通道，其中氢气输出通道的出口设置在前端板左侧面，氢气输出通道的入口设置于前端板背面；氢气输出通道的入口均设置一个前端板PE管；所述阴极板设置氢气输出孔，氢气输出孔贯穿于阴极板，前端板PE管与氢气输出孔配合连接，在阴极板的背面设置有阴极扩散层，氢气输出孔连接阴极扩散层。

2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，还包括阳极胶膜和阴极胶膜，所述后端板、阳极胶膜和阳极板依次贴合连接，所述阴极板、阴极胶膜、前端板依次贴合连接；

所述阳极胶膜包括两个阳极管孔，所述前端板PE管穿过阳极管孔；所述阴极胶膜包括若干阴极管孔，所述前端板PE管穿过阴极管孔。

3.根据权利要求2所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，所述阳极板背面包括阳极密封圈凹槽和阳极密封圈，阳极密封圈凹槽设置于水输入孔的入口外沿，阳极密封圈放置于阳极密封圈凹槽内，且阳极密封圈位于阳极胶膜的阳极管孔内；

所述阴极板正面包括阴极密封垫凹槽和阴极密封垫，阴极密封垫凹槽设置于氢气输出孔的出口外沿，阴极密封圈放置于阴极密封圈凹槽内，且阴极密封圈位于阴极胶膜的阴极管孔内。

4.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，所述阳极板的前面设置有阳极密封垫凹槽和阳极密封垫，阳极密封垫置于阳极密封垫凹槽内，阳极扩散层位于阳极密封垫凹槽内；

所述阴极板的背面设置有阴极密封垫凹槽和阴极密封垫，阴极密封垫凹槽置于阴极密封垫凹槽内，阴极扩散层位于阴极密封垫凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，还包括若干定位管，所述阳极板、阳极垫框、膜电极、阴极垫框以及阴极板均设置定位孔，定位孔均与定位管固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，还包括若干固定杆，所述后端板和前端板均设置固定孔，固定杆穿过后端板的固定孔和前端板的固定孔，固定杆用于对后端板和前端板之间进行固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，所述阳极板和阴极板均设置一个固定孔；其中一根固定杆穿过阳极板的固定孔，固定杆用于固定阳极板；其中一根固定杆穿过阴极板的固定孔，固定杆用于固定阴极板。

8.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，所述后端板的水进出通道入口均设置一个后端板螺纹管；

所述前端板的氢气输出通道出口均设置一个前端板螺纹管。

9.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，所述阳极板侧面设置阳极云母管插孔和阳极云母管，阳极云母管插入阳极云母管插孔；

所述阴极板侧面设置阴极云母管插孔和阴极云母管，阴极云母管插入阴极云母管插孔。

10.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的测试装置，其特征在于，所述阳极垫框和阴极垫框均为PTFE垫框。

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