CN220703812U - 实验用电解水制氢设备及其电极组件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种实验用电解水制氢设备及其电极组件，通过将电解水制氢设备的电极设置为多片电极本体，每片电极本体上设有一片导流电芯，这样可以使得电解水制氢设备的电极可以分成多个独立的实验区域。同一高度的两个导流电芯分别连接同一个外部电源的正负极，使得电极在电解时形成多个独立可检测的空间，这样可以对电解水制氢设备内部不同区域的电压进行检测。由于电解水制氢设备在电解小室的不同高度气泡聚集的程度存在差异，得到每个区域电压后，那么也就准确得到电解小室内的气泡的分布对其内部电阻的影响，那么就可以为电解小室内的电极和流场的优化设计提供支持，以提高电解水制氢设备的性能，以及对电极和隔膜的使用寿命的提高提供保障。
Description
技术领域
本申请涉及电解水制氢的技术领域，特别涉及一种实验用电解水制氢设备及其电极组件。
背景技术
水电解通过施加电能，在催化剂作用下，将水分解成氢气和氧气。根据工作温度和所用电解质的类型来区分，目前主要有四种不同类型的水电解技术路线：碱性水电解、质子交换膜水电解、阴离子交换膜水电解和固体氧化物水电解。
与其他电解水技术相比，碱性水电解槽技术最为成熟，且不含贵金属，成本低，同时还具有工作寿命长的优势，这使得碱性水电解技术成为现阶段电解水制氢市场最主要的技术路线。
碱性水电解槽中两相流(产生的气体/电解液)的流体动力学特性强烈影响系统的性能。特别是大电流密度运行条件下产生的气泡对电解槽反应过程中的离子迁移、质量传输、系统优化和效率具有多重和关键的作用，引起电解槽电流密度和温度场存在区域差，导致电解水反应不均匀、电解效率下降。而目前电解槽只能对单室电解进行检测，单室电压测试采样位置在每一块双极板侧边上，只能测每个小室的平均电压，对电解槽内部不同区域局部电压无法进行测试。而电解槽在运行过程中，内部会产生大量的气体，气体在溶液中以气泡的形式向上运动，就会使得上部气体体积分数相对于下部大一些，这种现象会造成小室上部电阻值与下部的电阻值不一样，这种差异会影响整个电极和隔膜的性能及使用寿命。如果无法测试电解槽内局部电压，就无法准确了解气泡分布对电解槽内部上下电阻值差异的影响，进而无法进一步优化电解槽内部相关设计。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种实验用电解水制氢设备及其电极组件，以解决现有技术中电解水制氢设备只能测每个电解小室的平均电压，对设备内部不同区域的局部电压无法进行独立检测的的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种实验用电解水制氢设备的电极组件，所述实验用电解水制氢设备包括极板，包括：
多片电极本体，相邻设置的两片电极本体之间彼此间隔设置并沿所述极板高度方向排布；和，
多片导流电芯，一片所述导流电芯与一片所述电极本体导电连接，所述导流电芯与所述极板连接。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，所述导流电芯与所述电极本体可拆卸连接，所述电极本体至少有一侧设有第一安装部，所述导流电芯的一端设有第二安装部，所述第一安装部与所述第二安装部可拆卸连接。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，所述第一安装部为设置在所述电极本体一侧的折弯部，所述折弯部与所述电极本体之间的夹角为锐角，所述第二安装部为安装槽，所述折弯部卡合在所述安装槽内。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，还包括电极压块，所述电极压块的宽度小于所述第一安装部的宽度，所述电极压块的长度大于所述第一安装部的长度并小于所述导流电芯与所述第一安装部连接一侧的长度，所述电极压块设置在所述折弯部上，所述电极压块的两端与所述导流电芯固定连接，以将所述折弯部与所述安装槽的内壁压紧。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，还包括连接法兰，所述连接法兰设置在所述导流电芯上，将所述导流电芯与所述极板连接。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，所述导流电芯与所述电极本体固定连接。
另一方面，本申请还提供了一种实验用电解水制氢设备，包括两端的极板、隔膜和上述的电极组件，两个极板之间设置密封件，所述隔膜设置在两个极板之间，将两个极板之间分隔成两个电解小室；沿着所述电解水制氢设备竖直方向上在每个电解小室内均间隔设置有多个所述电极组件；每个电极组件的导流电芯至少部分凸出于所述极板的边缘；其中位于不同的电解小室内的电极组件一一对应设置。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，位于同一高度且位于不同电解小室的两个电极组件的导流电芯设置在所述电解水制氢设备的同一侧；其中，位于同一侧且位于同一高度的两个导流电芯分别用于和外部电源的正负极连接。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述极板采用耐腐蚀耐高温的非导电材料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述极板采用金属料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成，所述电极压块和所述连接法兰的表面设有绝缘套。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述每个电解小室内的电极组件不少于4个。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，位于同一个所述电解小室内相邻的两个所述电极组件的导流电芯分别位于所述电解水制氢设备的两侧。
可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述电解水制氢设备还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述极板的远离所述导流电芯的一侧上，并与该导流电芯位于同一高度。
与现有技术相比，本申请提供一种实验用电解水制氢设备的电极组件，通过将电解水制氢设备的电极设置为多片电极本体，每片电极本体上设有一片导流电芯，这样可以使得电解水制氢设备的电极可以分成多个独立的实验区域。同一高度的两个导流电芯分别连接同一个外部电源的正负极，使得电极在电解时形成多个独立可检测的空间，这样可以对电解水制氢设备内部不同区域的局部电压进行检测。由于电解水制氢设备在电解小室的不同高度气泡聚集的程度存在差异，得到每个区域电压后，那么也就准确的得到电解小室内的气泡的分布对其内部电阻的影响，那么就可以为电解小室内的电极和流场的优化设计提供支持，以提高电解水制氢设备的性能，以及对电极和隔膜的使用寿命的提高提供保障。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种电极组件的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种电极组件的结构爆炸图；
图3是本申请实施例提供的一种电极组件在极板上布局的示意图；
图4是本申请实施例提供的一种实验用电解水制氢设备的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种实验用电解水制氢设备的结构爆炸图；
图6是本申请实施例提供的一种实验用电解水制氢设备内部的结构示意图。
其中，附图1～6的附图标记说明如下：
10-电极组件；11-电极本体；12-导流电芯；11a-第一安装部；12a-第二安装部；12b-第二螺纹孔；13-电极压块；13a-第一螺纹孔；14-连接法兰；20-极板；30-隔膜；40-温度传感器；50-外部电源；60-螺栓。
具体实施方式
为使本申请的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～6对本申请提出的实验用电解水制氢设备及其电极组件作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的。
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
参阅图1-3。本申请提供了一种实验用电解水制氢设备的电极组件10，所述实验用电解水制氢设备包括极板20。实验用电解水制氢设备的电极组件10包括：多片电极本体11和多片导流电芯12，一片所述导流电芯12与一片所述电极本体11导电连接，也就是说，所述电极本体11的数量与所述导流电芯12的数量相同。所述导流电芯12与所述极板20连接。其中，相邻设置的两片电极本体11之间彼此间隔设置并沿所述极板20高度方向排布。
结合图4，通过将电解水制氢设备的电极设置为多片电极本体11，每片电极本体11上设有一片导流电芯12，这样可以使得电解水制氢设备的电极可以分成多个独立的实验区域。同一高度的两个导流电芯12分别连接同一个外部电源50的正负极，使得电极在电解时形成多个独立可检测的空间，这样可以对电解水制氢设备内部不同区域的局部电压进行检测。由于电解水制氢设备在电解小室的不同高度气泡聚集的程度存在差异，得到每个区域电压后，那么也就准确的得到电解小室内的气泡的分布对其内部电阻的影响，那么就可以为电解小室内的电极和流场的优化设计提供支持，以提高电解水制氢设备的性能，以及对电极和隔膜30的使用寿命的提高提供保障。
在其中一个实施例中，所述导流电芯12与所述电极本体11可拆卸连接，所述电极本体11至少有一侧设有第一安装部11a，所述导流电芯12的一端设有第二安装部12a，所述第一安装部11a与所述第二安装部12a可拆卸连接。
具体的，所述第一安装部11a为设置在所述电极本体11一侧的折弯部，所述折弯部与所述电极本体11之间的夹角为锐角，例如所述折弯部与所述电极本体11之间的夹角为15°、30°、45°、75°和85°。所述第二安装部12a为安装槽，所述折弯部卡合在所述安装槽内。这样在保持所述电极本体11与所述导流电芯12位于同一轴线上时，所述折弯部与所述电极本体11之间的夹角为锐角时，可以使得所述折弯部与所述安装槽的内壁可以有效的接触连接。从而保证所述电极本体11与所述导流电芯12导电连接。
在另一个实施例中，所述实验用电解水制氢设备还包括电极压块13，所述电极压块13的宽度小于所述第一安装部11a的宽度；所述电极压块13的长度大于所述第一安装部11a的长度并小于所述导流电芯12与所述第一安装部11a连接一侧的长度。所述电极压块13设置在所述折弯部上，所述电极压块13的两端与所述导流电芯12固定连接，以将所述折弯部与所述安装槽的内壁压紧。具体的，所述电极压块13的两端沿着其宽度方向上设有第一螺纹孔13a，所述导流电芯12上也设有对应的第二螺纹孔12b，所述电极压块13通过螺栓60与所述导流电芯12固定连接，这样可以进一步的保证所述折弯部与所述安装槽的内壁紧密贴合，保证良好的导电性。
具体的，还包括连接法兰14，所述连接法兰14设置在所述导流电芯12上，将所述导流电芯12与所述极板20连接。这样方便所述电极组件10与所述极板20固定连接，且保证连接的牢固。
在又一个实施例中，所述导流电芯12与所述电极本体11固定连接，具体的可以是所述导流电芯12和所述电极本体11焊接，也可以是所述导流电芯12和所述电极本体11为一体式结构。
参阅图4-6，结合图1-3。另一方面，本申请还提供了一种实验用电解水制氢设备，包括两端的极板20、隔膜30和上述的电极组件10，两个极板20之间设置密封件，所述隔膜30设置在两个极板20之间，将两个极板20之间分隔成两个电解小室；沿着所述电解水制氢设备竖直方向上在每个电解小室内均间隔设置有多个所述电极组件10；每个电极组件10的导流电芯12至少部分凸出于所述极板20的边缘；其中位于不同的电解小室内的电极组件10一一对应设置。
通过将所述电解水制氢设备的电解小室内的电极分成多个电极组件10，从而形成不同高度的多个独立的检测区域，这与所述电解水制氢设备的工作状态下气泡的分布规律是吻合的。那么检测出所述电解水制氢设备内部不同区域的局部电压后，也就可以准确的得到电解小室内的气泡的分布对其内部电阻的影响，这样可以为电解小室内的电极和流场的优化设计提供支持，以提高电解水制氢设备的性能，以及对电极和隔膜30的使用寿命的提高提供保障。
具体的，位于同一高度且位于不同电解小室的两个电极组件10的导流电芯12设置在所述电解水制氢设备的同一侧。其中，位于同一侧且位于同一高度的两个导流电芯12分别用于和外部电源50的正负极连接。这样方便所述外部电源50的正负极与所述导流电芯12连接，以形成导电回路，结构布局合理。
其中，所述极板20采用耐腐蚀耐高温的非导电材料制成，所述电极压块13和所述连接法兰14均采用金属材料制成。由于所述电极压块13与所述电极本体11和所述导流电芯12具有连接，那么所述电极压块13采用金属材料制成可以进一步的保证所述电极本体11和所述导流电芯12之间的导电性。由于所述极板20采用耐腐蚀耐高温的非导电材料制成，所述连接法兰14采用金属材料制成，这样可以保证所述电极组件10与所述极板20的连接强度的同时也不会影响外部电源50检测的独立性。
在又一个实施例中，所述极板20采用金属料制成，所述电极压块13和所述连接法兰14均采用金属材料制成，所述电极压块13和所述连接法兰14的表面设有绝缘套(图中未示出)。所述极板20采用金属料制成，这样可以保证所述极板20的强度，所述电极压块13和所述连接法兰14的表面设有绝缘套可以保证金属制成的极板20与所述电极组件10连接时不会影响外部电源50检测的独立性。
具体的，所述每个电解小室内的电极组件10不少于4个。所述每个电解小室内的电极组件10可以根据所述电极的尺寸来配置个数。例如所述每个电解小室内的电极组件10为4个、5个、6个和8个。
位于同一个所述电解小室内相邻的两个所述电极组件10的导流电芯12分别位于所述电解水制氢设备的两侧。这样可以使得布局更合理，也可以避免多个外部电源50聚集在所述电解水制氢设备的同一侧。
具体参阅图6。所述电解水制氢设备还包括温度传感器40，所述温度传感器40设置在所述极板20的远离所述导流电芯12的一侧上，并与该导流电芯12位于同一高度。也就是说沿着所述电解槽的宽度方向上，每个所述电极本体11的一侧与所述导流电芯12连接，在靠近所述电极本体11远离所述导流电芯12的另一侧的极板20上设有温度传感器40，这样可以多个独立的检测区域的温度进行监控，从而可以辅助对应检测区域的被测得电压进行对气泡聚集对电解效率的影响进行双重判断。
上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非对本申请范围的任何限定，本申请领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (13)
1.一种实验用电解水制氢设备的电极组件，所述实验用电解水制氢设备包括极板，其特征在于，包括：
多片电极本体，相邻设置的两片电极本体之间彼此间隔设置并沿所述极板高度方向排布；和，
多片导流电芯，一片所述导流电芯与一片所述电极本体导电连接，所述导流电芯与所述极板连接。
2.根据权利要求1所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，所述导流电芯与所述电极本体可拆卸连接，所述电极本体至少有一侧设有第一安装部，所述导流电芯的一端设有第二安装部，所说第一安装部与所述第二安装部可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，所述第一安装部为设置在所述电极本体一侧的折弯部，所述折弯部与所述电极本体之间的夹角为锐角，所述第二安装部为安装槽，所述折弯部卡合在所述安装槽内。
4.根据权利要求3所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，还包括电极压块，所述电极压块的宽度小于所述第一安装部的宽度，所述电极压块的长度大于所述第一安装部的长度并小于所述导流电芯与所述第一安装部连接一侧的长度，所述电极压块设置在所述折弯部上，所述电极压块的两端与所述导流电芯固定连接，以将所述折弯部与所述安装槽的内壁压紧。
5.根据权利要求1所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，还包括连接法兰，所述连接法兰设置在所述导流电芯上，将所述导流电芯与所述极板连接。
6.根据权利要求1所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，所述导流电芯与所述电极本体固定连接。
7.一种实验用电解水制氢设备，其特征在于，包括两端的极板、隔膜和权利要求1-6任意一项所述的电极组件，两个极板之间设置密封件，所述隔膜设置在两个极板之间，将两个极板之间分隔成两个电解小室；沿着所述电解水制氢设备竖直方向上在每个电解小室内均间隔设置有多个所述电极组件；每个电极组件的导流电芯至少部分凸出于所述极板的边缘；其中位于不同的电解小室内的电极组件一一对应设置。
8.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，位于同一高度且位于不同电解小室的两个电极组件的导流电芯设置在所述电解水制氢设备的同一侧；其中，位于同一侧且位于同一高度的两个导流电芯分别用于和外部电源的正负极连接。
9.根据权利要求7所述的电解水制氢设备，其特征在于，所述极板采用耐腐蚀耐高温的非导电材料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成。
10.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，所述极板采用金属料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成，所述电极压块和所述连接法兰的表面设有绝缘套。
11.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，所述每个电解小室内的电极组件不少于4个。
12.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，位于同一个所述电解小室内相邻的两个所述电极组件的导流电芯分别位于所述电解水制氢设备的两侧。
13.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，所述电解水制氢设备还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述极板的远离所述导流电芯的一侧上，并与该导流电芯位于同一高度。
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| CN202322164735.5U Active CN220703812U (zh) | 2023-08-12 | 2023-08-12 | 实验用电解水制氢设备及其电极组件 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN220703812U (zh) |
-
2023
- 2023-08-12 CN CN202322164735.5U patent/CN220703812U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yao Changcheng Inventor after: Gu Junjie Inventor after: Liu Yubo Inventor after: Cui Peipei Inventor before: Yao Changcheng Inventor before: Gu Junjie Inventor before: Liu Yubo Inventor before: Cui Peipei |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |