CN220788820U - 一种电解水制氢抗逆电解槽 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电解水制氢电解槽技术领域，且公开了一种电解水制氢抗逆电解槽，包括顶部固定端板，所述顶部固定端板的底部设有顶部绝缘层，所述顶部绝缘层的底部设有阳极板，所述阳极板的底部设有氧侧环垫，所述氧侧环垫的内腔设有氧侧网垫层。通过将电解槽反应平面水平放置，氧面朝上，使电解产生的氧泡呈球状，与膜电极的接触面小，并且由于水的浮力作用，氧泡能更快地脱离膜电极，进而有效地减轻了现有的电解产生的氧泡贴附着膜电极向上爬行排出，过大地形成逆反应区的问题。同时本创新合理配置氧侧扩散层，充分降低发电效应的面积和时间；使电解槽有效工作面积和有效工作时间增加，获得电解槽工作效率高、寿命长的收益。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解水制氢电解槽技术领域，具体为一种电解水制氢抗逆电解槽。
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电极上通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。
在竖向放置的电解槽中，电解产生的氧泡贴附着膜电极向上爬行排出。电解的进程会有大量的氧泡在膜电极上贴附。由于燃料电池效应，在氧泡贴附点就有反电动势抵抗电解(逆反应)，导致大量的膜电极面积处在不电解状态中。
对于平放的电解槽来说如果氧侧扩散层结构缺陷，也导致氧泡排出困难，逆反应凸显，也使大量膜电极面积处在不电解状态中。
而电解槽的电流设计是根据电解槽的反应面积计算出来的，并没有考虑还有大量的不电解面积掺杂其中。在电解区域承担全部的额定电流，从而造成膜电极的过载伤害。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种电解水制氢抗逆电解槽，具备实用性强、稳定性好的优点，解决了上述背景技术所提出的问题。
本实用新型提供如下技术方案：一种电解水制氢抗逆电解槽，包括顶部固定端板，所述顶部固定端板的底部设有顶部绝缘层，所述顶部绝缘层的底部设有阳极板，所述阳极板的底部设有氧侧环垫，所述氧侧环垫的内腔设有氧侧网垫层，所述氧侧网垫层的底部设有氧侧泡沫钛板，所述氧侧泡沫钛板的底部设有膜电极，所述氧侧环垫的底部设有膜电极，所述膜电极底部设有氢侧环垫，所述氢侧环垫的内壁设有氢侧泡沫钛板，所述氢侧泡沫钛板的底部设有氢侧网垫层，所述氢侧网垫层的底部设有阴极板，所述阴极板的底部设有底部绝缘层，所述底部绝缘层的底部设有底部固定端板，所述氧侧环垫与氢侧环垫的顶部与底部皆设有密封垫。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述顶部固定端板、顶部绝缘层、阳极板与氧侧环垫顶部的两端分别开设有左安装孔与右安装孔，所述左安装孔与右安装孔的顶部分别开设有进水槽与氧水出槽，所述左安装孔与右安装孔的内壁安装有进水管与氧水出管。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述底部固定端板、底部绝缘层、阴极板与氢侧环垫的底部皆开设有底部安装孔，所述底部安装孔的顶部开设有氢气出槽，所述底部安装孔的内壁安装有氢气出管。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述顶部固定端板、顶部绝缘层、阳极板、氧侧环垫、膜电极、氢侧环垫、阴极板、底部绝缘层与底部固定端板的顶部皆设有固定孔，所述固定孔的内壁安装有绝缘套，所述绝缘套的内壁设有固定螺杆，所述固定螺杆底部的外沿螺纹连接有底部固定螺帽，所述固定螺杆顶部的外沿套接有碟形垫片，所述固定螺杆顶部的外沿螺纹连接有顶部固定螺帽。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述固定孔、绝缘套、固定螺杆、固定螺帽与顶部固定螺帽27设有若干个。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述顶部固定端板与底部固定端板水平向上放置。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述氧侧环垫的厚度(尺寸代号D)与电解槽的反应面积相搭配，反应面积50cm2及以下，D为2mm；反应面积100cm2，D为2.5mm；反应面积200cm2，D为3mm；反应面积300cm2，D为3.5mm；反应面积400cm2，D为4mm；反应面积500cm2，D为4.5mm；反应面积600cm2，D为5mm；反应面积700cm2，D为5.5mm；反应面积800cm2，D为6mm；反应面积900cm2，D为6.5mm；反应面积1000cm2，D为7mm；反应面积1500cm2，D为8mm；反应面积2000cm2及以上，D为9mm。
与现有技术对比，本实用新型具备以下有益效果：
1、该电解水制氢抗逆电解槽，通过将电解槽反应平面水平放置，氧面朝上，使电解产生的氧泡呈球状，与膜电极的接触面小，并且由于水的浮力作用，氧泡能更快地脱离膜电极，进而有效地减轻了现有的电解产生的氧泡贴附着膜电极向上爬行排出，过大地形成逆反应区的问题。
2、该电解水制氢抗逆电解槽，电解进程中，电极的两侧一侧有氢，另一侧有氧，就自然产生氢燃料电池的发电效应。这种发电效应形成的电动势是1.23V，而水的电解阈值电压是1.25V。在电解槽内部，发电效应的电动势方向与电解效应的内部电场方向相反。因而，在具有发电效应的点上，电解效应就基本不存在。电解槽不是一个机理单一的电解装置，它是一个以电解效应为主，发电效应伴随的对立统一体。本创新合理配置氧侧扩散层，充分降低发电效应的面积和时间。也就使电解槽有效工作面积和有效工作时间增加，获得电解槽工作效率高、寿命长的收益。
附图说明
图1为本实用新型顶部立体结构示意图；
图2为本实用新型底部立体结构示意图；
图3为本实用新型内部剖面结构示意图；
图4为本实用新型固定螺杆安装位置结构示意图；
图5为本实用新型电解槽反应面积及尺寸D的对应关系示意表。
图中：1、顶部固定端板；2、顶部绝缘层；3、阳极板；4、氧侧环垫；41、密封垫；5、氧侧网垫层；6、氧侧泡沫钛；7、膜电极；8、氢侧环垫；9、氢侧泡沫钛；10、氢侧网垫层；11、阴极板；12、底部绝缘层；13、底部固定端板；14、左安装孔；15、右安装孔；16、进水槽；17、氧水出槽；18、进水管；19、氧水出管；20、底部安装孔；21、氢气出槽；22、氢气出管；23、固定孔；231、绝缘套；24、固定螺杆；25、底部固定螺帽；26、碟形垫片；27、顶部固定螺帽。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-5，一种电解水制氢抗逆电解槽，包括顶部固定端板1，顶部固定端板1的底部设有顶部绝缘层2，顶部绝缘层2的底部设有阳极板3，阳极板3的底部设有氧侧环垫4，氧侧环垫4的内腔设有氧侧网垫层5，氧侧网垫层5的底部设有氧侧泡沫钛板6，氧侧泡沫钛板6的底部设有膜电极7，膜电极7的底部设有氢侧环垫8，氢侧环垫8的内壁设有氢侧泡沫钛板9，氢侧泡沫钛板9的底部设有氢侧网垫层10，氢侧环垫8的底部设有阴极板11，阴极板11的底部设有底部绝缘层12，底部绝缘层12的底部设有底部固定端板13，氧侧环垫4与氢侧环垫8的顶部与底部皆设有密封垫41，通过对阳极板3与阴极板11进行通电，对氧侧环垫4中的水进行电解，在膜电极7阳极板3侧形成氧气，在膜电极7阴极板11侧形成氢气。
在一个优选的实施方式中，顶部固定端板1、顶部绝缘层2、阳极板3与氧侧环垫4顶部的两端分别开设有左安装孔14与右安装孔15，左安装孔14与右安装孔15的顶部分别开设有进水槽16与氧水出槽17，左安装孔14与右安装孔15的内壁安装有进水管18与氧水出管19。通过构建局部水氧循环系统对氧侧网垫层5中的氧气增压，可有效降低逆反应危害。例如有0.7Mpa的压力，氧泡的体积就是放空状态的大约1/7，氧泡小了，危害也就小了。
在一个优选的实施方式中，底部固定端板13、底部绝缘层12、阴极板11与氢侧环垫8的底部皆开设有底部安装孔20，底部安装孔20的顶部开设有氢气出槽21，底部安装孔20的内壁安装有氢气出管22，利用氢气出管22的设计，使得氢气出管22便于与管道进行连接，使得氢气出管22连接管道后便于密封。
在一个优选的实施方式中，顶部固定端板1、顶部绝缘层2、阳极板3、氧侧环垫4、膜电极7、氢侧环垫8、阴极板11、底部绝缘层12与底部固定端板13的顶部皆设有固定孔23，固定孔23的内壁安装有绝缘套231，绝缘套231的内壁设有固定螺杆24，固定螺杆24底部的外沿螺纹连接有底部固定螺帽25，固定螺杆24顶部的外沿套接有碟形垫片26，固定螺杆24顶部的外沿螺纹连接有顶部固定螺帽27，利用固定螺杆24与底部固定螺帽25、碟形垫片26和顶部固定螺帽27的安装，固定螺杆24与底部固定螺帽25和顶部固定螺帽27可以对顶部固定端板1、顶部绝缘层2、阳极板3、氧侧环垫4、密封垫41、膜电极7、氢侧环垫8、阴极板11、底部绝缘层12、底部固定端板13和多片碟形垫片26进行连接，形成一个电解槽小室。
在一个优选的实施方式中，固定孔23、绝缘套231、固定螺杆24、底部固定螺帽25和顶部固定螺帽27设有若干个，利用若干个固定螺杆24、底部固定螺帽25与顶部固定螺帽27的设计，使得固定螺杆24与底部固定螺帽25和顶部固定螺帽27可以对本电解槽各部件更加紧密地组装在一起，提高了装置的密封性。
在一个优选的实施方式中，顶部固定端板1与底部固定端板13水平向上放置，利用将整个电解槽水平放置，使得氧面向上利于排氧。
在一个优选的实施方式中，氧侧环垫4的厚度(尺寸代号D)与电解槽的反应面积相搭配：电解槽反应面积50cm2及以下，D为2mm；反应面积100cm2，D为2.5mm；反应面积200cm2，D为3mm；反应面积300cm2，D为3.5mm；反应面积400cm2，D为4mm；反应面积500cm2，D为4.5mm；反应面积600cm2，D为5mm；反应面积700cm2，D为5.5mm；反应面积800cm2，D为6mm；反应面积900cm2，D为6.5mm；反应面积1000cm2，D为7mm；反应面积1500cm2，D为8mm；反应面积2000cm2及以上，D为9mm，使得尺寸D的高度根据电解槽内部反应面积而变。
工作原理，在使用时，将整个电解槽水平放置，进水管18向上，此时通过水管将进水管18与水源进行连接，氧水出管19与氧气收集装置连接，氢气出管22与氢气收集装置连接。阳极板3与阴极板11通电，氧侧环垫4中的水被电解，在膜电极7阳极侧形成氧气，在膜电极7阴极侧形成氢气。通过构建局部带压的水氧自循环系统，对氧侧环垫4中的水、氧加压，有利于氧泡缩小。例如有0.7Mpa的压力，氧泡的体积就是放空状态的大约1/7，氧泡小了，危害就变小了，氧气与水通过氧水出槽17与氧水出管19进入到氧气收集装置中，氢气通过氢气出槽21与氢气出管22进入到氢气收集装置。
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物限定。
Claims (7)
1.一种电解水制氢抗逆电解槽，包括顶部固定端板(1)，其特征在于：所述顶部固定端板(1)的底部设有顶部绝缘层(2)，所述顶部绝缘层(2)的底部设有阳极板(3)，所述阳极板(3)的底部设有氧侧环垫(4)，所述氧侧环垫(4)的内腔设有氧侧网垫层(5)，所述氧侧网垫层(5)的底部设有氧侧泡沫钛板(6)，所述氧侧泡沫钛板(6)的底部设有膜电极(7)，所述氧侧环垫(4)的底部设有膜电极(7)，所述膜电极(7)的底部设有氢侧环垫(8)，所述氢侧环垫(8)的内壁设有氢侧泡沫钛板(9)，所述氢侧泡沫钛板(9)的底部设有氢侧网垫层(10)，所述氢侧环垫(8)的底部设有阴极板(11)，所述阴极板(11)的底部设有底部绝缘层(12)，所述底部绝缘层(12)的底部设有底部固定端板(13)，所述氧侧环垫(4)与氢侧环垫(8)的顶部与底部皆设有密封垫(41)。
2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢抗逆电解槽，其特征在于：所述顶部固定端板(1)、顶部绝缘层(2)、阳极板(3)与氧侧环垫(4)顶部的两端分别开设有左安装孔(14)与右安装孔(15)，所述左安装孔(14)与右安装孔(15)的顶部分别开设有进水槽(16)与氧水出槽(17)，所述左安装孔(14)与右安装孔(15)的内壁安装有进水管(18)与氧水出管(19)。
3.根据权利要求1所述的一种电解水制氢抗逆电解槽，其特征在于：所述底部固定端板(13)、底部绝缘层(12)、阴极板(11)与氢侧环垫(8)的底部皆开设有底部安装孔(20)，所述底部安装孔(20)的顶部开设有氢气出槽(21)，所述底部安装孔(20)的内壁安装有氢气出管(22)。
4.根据权利要求1所述的一种电解水制氢抗逆电解槽，其特征在于：所述顶部固定端板(1)、顶部绝缘层(2)、阳极板(3)、氧侧环垫(4)、膜电极(7)、氢侧环垫(8)、阴极板(11)、底部绝缘层(12)与底部固定端板(13)的顶部皆设有固定孔(23)，所述固定孔(23)的内壁安装有绝缘套(231)，所述绝缘套(231)的内壁设有固定螺杆(24)，所述固定螺杆(24)底部的外沿螺纹连接有底部固定螺帽(25)，所述固定螺杆(24)顶部的外沿套接有碟形垫片(26)，所述固定螺杆(24)顶部的外沿螺纹连接有顶部固定螺帽(27)。
5.根据权利要求4所述的一种电解水制氢抗逆电解槽，其特征在于：所述固定孔(23)、绝缘套(231)、固定螺杆(24)、底部固定螺帽(25)与顶部固定螺帽(27)设有若干个。
6.根据权利要求1所述的一种电解水制氢抗逆电解槽，其特征在于：所述顶部固定端板(1)与底部固定端板(13)水平向上放置。
7.根据权利要求1所述的一种电解水制氢抗逆电解槽，其特征在于：所述氧侧环垫(4)的厚度与电解槽的反应面积相搭配，反应面积50cm2及以下，D为2mm；反应面积100cm2，D为2.5mm；反应面积200cm2，D为3mm；反应面积300cm2，D为3.5mm；反应面积400cm2，D为4mm；反应面积500cm2，D为4.5mm；反应面积600cm2，D为5mm；反应面积700cm2，D为5.5mm；反应面积800cm2，D为6mm；反应面积900cm2，D为6.5mm；反应面积1000cm2，D为7mm；反应面积1500cm2，D为8mm；反应面积2000cm2及以上，D为9mm。
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