CN221877190U - 电解制氢氧的电解组件和电解槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水电解制氢装备领域，尤其涉及一种电解制氢氧的电解组件和电解槽。电解制氢氧的电解组件，所述电解组件包括两块同极板，以及设置于两块同极板之间的密封环和介质进出组件；所述密封环被紧压并密封在两块同极板之间，介质进出组件被设置于两块同极板及密封环在径向内侧形成的气腔内，同极板上设置有与介质进出组件连通的进液通孔和出气通孔；所述两块同极板至少在对应于气腔的中心处设置有轴向贯通的通气区域，同极板的外侧壁上密封贴合设置有隔膜。该电解组件创新地将两块同极板及其内侧的密封环、介质进出组件作为一个单元，可以简化组合结构，形成便于氢氧所存储的气腔。

Description

电解制氢氧的电解组件和电解槽

技术领域

本实用新型涉及水电解制氢装备领域，尤其涉及一种电解制氢氧的电解组件和电解槽。

背景技术

电解水制氢以水为反应物，在电解装置中施加直流电即可产生氢气和氧气，设备简单，产生氢气纯度高，可以大规模技术推广和使用。电解水主要有三种方式：碱性电解水制氢、固体氧化物电解水制氢和隔膜电解水制氢。其中，隔膜电解水制氢具有电流密度高、灵活性强、效率高、能量容量大等特点，能很好的匹配可再生能源(如风能、太阳能)，并且由于结构紧凑，可以在高达350bar的高压下运行，有利于氢气的存储和输运，可以有效降低压缩和存储带来的损耗。公告号为“CN115584521A”的中国发明专利文献中记载一种增强密封的隔膜电解水制氢单元结构，包括阳极侧密封件、阴极侧密封件、阴极气体扩散层和质子膜：所述阳极侧密封件包括金属隔板、阳极金属网、阳极侧密封垫片、阳极边框；所述阴极侧密封件包括金属隔板、阴极侧密封垫片、阴极边框；所述质子膜夹设于所述阳极边框和阴极边框之间；所述阳极边框两侧表面、阴极边框两侧表面均设有多圈环形的密封凸棱。此处方案中，采用交替设置的阳极边框和阴极边框交替形成制氢和制氧仓，但难以形成对于氢氧，尤其是氢气的存储。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电解制氢氧的电解组件，该电解组件创新地将两块同极板及其内侧的密封环、介质进出组件作为一个单元，可以简化组合结构，形成便于氢氧所存储的气腔。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

电解制氢氧的电解组件，其特征在于：所述电解组件包括两块同极板，以及设置于两块同极板之间的密封环和介质进出组件；所述密封环被紧压并密封在两块同极板之间，介质进出组件被设置于两块同极板及密封环在径向内侧形成的气腔内，同极板上设置有与介质进出组件连通的进液通孔和出气通孔；所述两块同极板至少在对应于气腔的中心处设置有轴向贯通的通气区域，同极板的外侧壁上密封贴合设置有隔膜。

本实用新型采用上述技术方案，该技术方案涉及一种电解制氢氧的电解组件，该电解组件采用两块同极板对合形成框架，并将密封环紧压并密封在其中，最后在两块同极板的外侧壁上密封贴合有隔膜，如此可在两块同极板及密封环在径向内侧形成气腔。在电解过程中，基于两侧隔膜在两块同极板之间的气腔内形成氢气或氧气，封闭介质进出组件的出气通孔或与其连接的管道即可将氢气或氧气压聚在气腔内，达到制备氢氧和储存氢氧的效果。

此处方案中的两块同极板是指两块相同极性的金属板，如同为阳极板或同为阴极板。

通过上述方案，该电解组件创新地将两块同极板及其内侧的密封环、介质进出组件作为一个单元，可以简化组合结构，形成便于氢气和氧气所存储的气腔。

作为优选，所述介质进出组件包括布液板，以及贴合设置于布液板两侧的两片环形垫；所述环形垫、同极板、端板和垫片上均构建有进液通孔和出气通孔且轴向连通，布液板上设置有与进液通孔和出气通孔分别连通的分配通道和收集通道。此方案中，电解质从进液通孔流入，在经过布液板时通过分配通道流入气腔内，在电解后通过收集通道可流入出气通孔内，最终排出。

作为优选，所述环形垫和同极板上均构建有两组进液通孔和出气通孔，同一组中的进液通孔和出气通孔径向对应，两组进液通孔和出气通孔相对于环形垫和同极板中心对称；所述布液板上设置有径向对应的分配通道和收集通道，以及径向对应的两个连接孔；所述布液板被夹设于两块环形垫之间时，布液板的分配通道和收集通道有且仅有连接两侧环形垫上的一组进液通孔和出气通孔，另一组进液通孔和出气通孔通过两个连接孔相连通。此处方案中，环形垫和同极板上的同一组中的进液通孔和出气通孔径向对应，以及布液板上的分配通道和收集通道径向对应，用于增大流体在气腔内的行程，避免出现流体短路，气腔内空间浪费的问题。两组进液通孔和出气通孔相对于环形垫和同极板中心对称，则可使布液板可采用正向和反向两种方式夹设在两块环形垫之间，正向和反向两种状态分别用于打开不同组的进液通孔和出气通孔，分别用于在制氢和制氧的电解组件中。

作为优选，所述同极板上的通气区域与介质进出组件的布液板和环形垫所围合的空间相对应，通气区域中遍布有通气孔。通气区域中遍布有通气孔，遍布有通气孔可以理解为局部网孔的形状。

作为优选，所述布液板及其两侧的两片环形垫的组合厚度与被紧压状态下的密封环厚度一致。如此当电解组件被压制在一起时，两块同极板之间的密封环和介质进出组件两侧均抵靠在同极板上，不会出现松动的情况。

本实用新型的第二目的在于提供一种电解制氢氧的电解槽，其特征在于：包括两块端板，以及设置于两块端板内侧的垫片，以及设置于两片垫片之间的多组电解组件，以及设置于外侧的电解组件与垫片之间，以及相邻两组电解组件之间的隔膜；端板、垫片、多组电解组件和隔膜被压制在一起；所述电解组件是如上所述的电解制氢氧的电解组件。

附图说明

图1为采用实施例1中记载的制氢氧电解组件组装的电解槽结构示意图。

图2为图1的B部放大图。

图3为同极板的结构示意图。

图4为介质进出组件中的布液板结构示意图。

图5为介质进出组件环形垫结构示意图。

图6为实施例1中记载的电解制氢氧的电解槽结构爆炸图。

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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

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”、“顺时针”、“逆时针”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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1~5所示，本实施例在于提供一种制备氢氧的电解组件3，现有技术中电解槽中的极板布置方式一般是阳极板、阴极板交替设置，并在阳极板与阴极板之间设置有质子膜，具体可参考公告号为“CN115584521A”的在先专利方案。本发明创造提出一种新的电解组件3，该电解组件3包括两块同极板31，以及设置于两块同极板31之间的密封环51和介质进出组件6。所述密封环51被紧压并密封在两块同极板31之间，介质进出组件6被设置于两块同极板31及密封环51在径向内侧形成的气腔32内，同极板31上设置有与介质进出组件6连通的进液通孔33和出气通孔34。所述两块同极板31至少在对应于气腔32的中心处设置有轴向贯通的通气区域35，同极板31的外侧壁上密封贴合设置有隔膜4。

此处方案中的两块同极板31是指两块相同极性的金属板，如同为阳极板或同为阴极板，

隔膜可以是聚醚醚酮隔膜、聚苯硫醚隔膜、聚砜类隔膜、质子交换膜、阴离子交换膜等，以阴离子交换膜最佳、质子膜次之。

此方案采用两块同极板31对合形成框架，并将密封环51紧压并密封在其中，最后在两块同极板31的外侧壁上密封贴合有隔膜4，如此可在两块同极板31及密封环51在径向内侧形成气腔32。在电解过程中，基于两侧隔膜4在两块同极板31之间的气腔32内形成氢气或氧气，封闭介质进出组件6的出气通孔34或与其连接的管道即可将氢气或氧气压聚在气腔32内，达到制备氢氧的效果。

通过上述方案，该电解组件3创新地将两块同极板31及其内侧的密封环51、介质进出组件6作为一个单元，可以简化组合结构。相比于现有技术中交替设置阳极和阴极并通过隔膜隔开的方式，本方案的上述结构便于形成氢气和氧气所存储的气腔32，有利于存储氢氧，为后续的高压制氢氧提供基础。

在图2-5的进一步实施方案中，所述介质进出组件6包括布液板61，以及贴合设置于布液板61两侧的两片环形垫62。所述环形垫62、同极板31、端板1和垫片2上均构建有进液通孔33和出气通孔34且轴向连通，布液板61上设置有与进液通孔33和出气通孔34分别连通的分配通道611和收集通道612。此方案中，电解质从进液通孔33流入，在经过布液板61时通过分配通道611流入气腔32内，在电解后通过收集通道612可流入出气通孔34内，最终排出。在具体的实施方案中，所述环形垫62和同极板31上均构建有两组进液通孔33和出气通孔34，同一组中的进液通孔33和出气通孔34径向对应，两组进液通孔33和出气通孔34相对于环形垫62和同极板31中心对称。所述布液板61上设置有径向对应的分配通道611和收集通道612，以及径向对应的两个连接孔613。所述布液板61被夹设于两块环形垫62之间时，布液板61的分配通道611和收集通道612有且仅有连接两侧环形垫62上的一组进液通孔33和出气通孔34，另一组进液通孔33和出气通孔34通过两个连接孔613相连通。此处方案中，环形垫62和同极板31上的同一组中的进液通孔33和出气通孔34径向对应，以及布液板61上的分配通道611和收集通道612径向对应，用于增大流体在气腔内的行程，避免出现流体短路，气腔内空间浪费的问题。两组进液通孔33和出气通孔34相对于环形垫62和同极板31中心对称，则可使布液板61可采用正向和反向两种方式夹设在两块环形垫62之间，正向和反向两种状态分别用于打开不同组的进液通孔33和出气通孔34，分别用于在制氢和制氧的电解组件3中。

进一步地，图3中所示的所述同极板31上的通气区域35与介质进出组件6的布液板61和环形垫62所围合的空间相对应，通气区域35中遍布有通气孔，遍布有通气孔可以理解为局部网孔的形状。所述布液板61及其两侧的两片环形垫62的组合厚度与被紧压状态下的密封环51厚度一致。如此当电解组件3被压制在一起时，两块同极板31之间的密封环51和介质进出组件6两侧均抵靠在同极板31上，不会出现松动的情况。

实施例

如图1、2和6所示，本实施例涉及一种电解制氢氧的电解槽，包括两块端板1，以及设置于两块端板1内侧的垫片2，以及设置于两片垫片2之间的多组电解组件3，以及设置于外侧电解组件3与垫片2之间，以及相邻两组电解组件3之间的隔膜4。端板1、垫片2、多组电解组件3和隔膜4被压制在一起。其中的电解组件是如实施例1中记载的电解组件。该电解槽的两块端板1之间设置多组电解组件3，且在外侧电解组件3与垫片2之间，以及相邻两组电解组件3之间的隔膜4。运行时，沿顺序排布的多组电解组件3依次交替为制氢单元和制氧单元。该电解组件3创新地将两块同极板31及其内侧的密封环、介质进出组件6作为一个单元，可以简化组合结构，形成便于氢气和氧气所存储的气腔32。

此外，采用上述多组电解组件组合构成的电解槽，可允许缩小电极之间的间隙，将本方案中的一组电解组件理解为一个电极，则相邻两个电极（电解组件）之间的间隙很小，仅隔着隔膜4，利用这些电极，缩小电极之间的间隙，降低了电阻损耗，电解效率大大增加，因而该电解槽也更为有效。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下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 (6)

1.电解制氢氧的电解组件，其特征在于：所述电解组件（3）包括两块同极板（31），以及设置于两块同极板（31）之间的密封环（51）和介质进出组件（6）；所述密封环（51）被紧压并密封在两块同极板（31）之间，介质进出组件（6）被设置于两块同极板（31）及密封环（51）在径向内侧形成的气腔（32）内，同极板（31）上设置有与介质进出组件（6）连通的进液通孔（33）和出气通孔（34）；所述两块同极板（31）至少在对应于气腔（32）的中心处设置有轴向贯通的通气区域（35），同极板（31）的外侧壁上密封贴合设置有隔膜（4）。

2.根据权利要求1所述的电解制氢氧的电解组件，其特征在于：所述介质进出组件（6）包括布液板（61），以及贴合设置于布液板（61）两侧的两片环形垫（62）；所述环形垫（62）、同极板（31）、端板（1）和垫片（2）上均构建有进液通孔（33）和出气通孔（34）且轴向连通，布液板（61）上设置有与进液通孔（33）和出气通孔（34）分别连通的分配通道（611）和收集通道（612）。

3.根据权利要求2所述的电解制氢氧的电解组件，其特征在于：所述环形垫（62）和同极板（31）上均构建有两组进液通孔（33）和出气通孔（34），同一组中的进液通孔（33）和出气通孔（34）径向对应，两组进液通孔（33）和出气通孔（34）相对于环形垫（62）和同极板（31）中心对称；所述布液板（61）上设置有径向对应的分配通道（611）和收集通道（612），以及径向对应的两个连接孔（613）；所述布液板（61）被夹设于两块环形垫（62）之间时，布液板（61）的分配通道（611）和收集通道（612）有且仅有连接两侧环形垫（62）上的一组进液通孔（33）和出气通孔（34），另一组进液通孔（33）和出气通孔（34）通过两个连接孔（613）相连通。

4.根据权利要求2所述的电解制氢氧的电解组件，其特征在于：所述同极板（31）上的通气区域（35）与介质进出组件（6）的布液板（61）和环形垫（62）所围合的空间相对应，通气区域（35）中遍布有通气孔。

5.根据权利要求2所述的电解制氢氧的电解组件，其特征在于：所述布液板（61）及其两侧的两片环形垫（62）的组合厚度与被紧压状态下的密封环（51）厚度一致。

6.电解制氢氧的电解槽，其特征在于：包括两块端板（1），以及设置于两块端板（1）内侧的垫片（2），以及设置于两片垫片（2）之间的多组电解组件（3），以及设置于外侧的电解组件（3）与垫片（2）之间，以及相邻两组电解组件（3）之间的隔膜（4）；端板（1）、垫片（2）、多组电解组件（3）和隔膜（4）被压制在一起；所述电解组件是如权利要求1-5中任一项所述的电解制氢氧的电解组件。