TWI394867B - Hydrogen electrolysis device with composite structure electrode plate - Google Patents

Description

具有複合結構電極板的氫氧電解裝置

本發明係有關氫氧電解裝置，尤其是有關具有複合結構電極板的氫氧電解裝置。

基於供應鍋爐、供熱廠等所需之重油、瓦斯氣等燃料的成本逐日攀升，開發大型商業之氫氧產生器作為與燃料混燒，以提高能源使用效率，其急迫性可比燃眉之急。

台灣專利公告第562875號揭示的水電解裝置用電極板，係由沖壓成形之金屬板所形成，具有：平板狀之板部分，與位於該板部分之外方，得以沿著外周緣使凹部與凸部交互地排列彎曲所成之周緣部；電極板之凸部抵接鄰近另一電極板之上述凹部，疊層複數片之電極板形成電解胞，藉上述凹凸卡合具有堅固周側壁，而可提升耐壓強度；構成電解胞之電極板具有有效彈性，可吸收各電極板因熱膨脹引起之栓緊面壓之上升。

台灣專利公告第578804號揭示的氫氧混合燃料產生裝置，係用以將含特定電解質之電解液予以電解以產生氫氧氣體燃料，該產生裝置包括：至少一電解槽，其內間隔設置有複數金屬極板，其中兩極板分別導接一直流電源之正、負極，該電解槽內並容置有電解液，而藉極板對電解液之電解作用產生氫氧氣體燃料；更包含冷卻風扇、冷卻水槽、揚水泵及複數管線，用以將該至少一電解槽內之電解液以揚水泵抽送至該冷卻水槽，經冷卻風扇冷卻後循環返凹該電解槽。

已知的電極板呈薄片狀以降低電極板的導電電阻，但不易散熱，在電解過程中容易因溫度升高而降低電解的效能，若使用較厚的電極板以增加散熱的效能，但會增加電極板的導電電阻而降低電解效能。

為了改良已知氫氧電解裝置及其電極板，提昇電解效率，而提出本發明。

本發明的主要目的，在提供一種具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，係在電極板的外圍結合較厚的金屬框，配合防漏墊片形成氣密結構，在電解過程中產生的熱量可經由金屬框傳導至電解槽的外部，可有效散熱增加電解效率。

本發明的另一目的，在提供一種具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，使金屬框結合一隔板，藉由隔板上放置的多個導槽，導引電解液在隔板的上方及下方之間循環，使氫氧氣泡迅速的移動至電解液的上方。

本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。

1‧‧‧氫氧電解裝置

11‧‧‧第一外板

111‧‧‧第一孔

10‧‧‧第一導通孔

12‧‧‧第二外板

121‧‧‧第二孔

13‧‧‧第一金屬板

131‧‧‧第三孔

100‧‧‧第二導通孔

132‧‧‧第五孔

14‧‧‧第二金屬板

141‧‧‧第四孔

142‧‧‧第六孔

15‧‧‧防漏墊片

151‧‧‧第一穿透孔

152‧‧‧凹槽

16‧‧‧電極板

161‧‧‧第三導通孔

17‧‧‧金屬框

171‧‧‧第二穿透孔

172‧‧‧耳片

173‧‧‧扣槽

174‧‧‧凹陷

18‧‧‧隔板

181‧‧‧第一導槽

182‧‧‧第二導槽

183‧‧‧扣耳

21‧‧‧螺桿

22‧‧‧墊片

23‧‧‧螺帽

24‧‧‧塞子

30‧‧‧電解槽

31‧‧‧電解液

41‧‧‧第一管

42‧‧‧第二管

43‧‧‧第一閥

44‧‧‧第二閥

45‧‧‧第三管

46‧‧‧第四管

51‧‧‧水箱

52‧‧‧直流電源供應器

53‧‧‧第一導線

54‧‧‧第二導線

圖1為本發明具有複合結構電極板的氫氧電解裝置的示意圖。

圖2為本發明具有複合結構電極板的氫氧電解裝置未組裝螺桿時的示意圖。

圖3為本發明的第一外板、防漏墊片及第一金屬板的示意圖。

圖4為本發明的第二外板、防漏墊片及第二金屬板的示意圖。

圖5為本發明的隔板、金屬框、電極板及防漏墊片的示意圖。

圖6為本發明的隔板、金屬框、電極板及防漏墊片的組合示意圖。

圖7為本發明具有複合結構電極板的氫氧電解裝置連接水箱及直流電源供應器的示意圖。

如圖1至6所示，本發明具有複合結構電極板的氫氧電解裝置1，包括第一外板11、第二外板12、第一金屬板13、第二金屬板14、多片防漏墊片15、多片電極板16、多片金屬框17及多個隔板18所組成。

如圖3、4所示，第一外板11及第二外板12可具有相同的形狀；第一外板11及第二外板12的周邊分別設有多個相對應的第一孔111及第二孔121；第一外板11及第二外板12的上端部共設有多個第一導通孔10，多個第一導通孔10可設於第一外板11或第二外板12其中之一者，或兩者均設有第一導通孔10。第一金屬板13及第二金屬板14的上端部分別設有對應於第一孔111及第二孔121的第三孔131及第四孔141；第一金屬板13及第二金屬板14的上端部共設有多個對應於第一導通孔10的第二導通孔100，多個第二導通孔100可設於第一金屬板13或第二金屬板14其中之一者，或兩者均設有第二導通孔100。第一金屬板13及第二金屬板14的上端部分別設有第五孔132及第六孔142。第三孔131及第四孔141分別大於第一孔111及第二孔121；第二導通孔100位於第三孔131及第四孔141的下方；第五孔132及第六孔142分別位於第三孔13及第四孔141的上方。第一外板11及第一金屬板13之間夾住一防漏墊片15以達成氣密效果。第二外板12及第二金屬板14之間夾住一防漏墊片15以達成氣密效果。第一金屬板13及第二金屬板14的上端分別高於第一外板11及第二外板12的上端。

如圖3、5、6所示，不導電的防漏墊片15呈框狀，具有一大面積的第一穿透孔151。防漏墊片15的一端面位於鄰近第一穿透孔151的位置設有環狀的凹槽152，凹槽152容納電極板16的周邊。電極板16的上端部設有至少一個第三導通孔161。金屬框17具有一大面積的第二穿透孔171；金屬框17的上端部的兩相對縱向內側分別具有對向延伸的耳片172；耳片172設有扣槽173 。隔板18呈長條狀，具有多個連通隔板18的上端及下端的第一導槽181及第二導槽182；第一導槽181呈上寬下窄的形狀，使液體較容易由第一導槽181的下方流向第一導槽181的上方；第二導槽182呈下寬上窄的形狀，使液體較容易由第二導槽182的上方流向第二導槽182的下方；隔板18的兩端分別具有對應於扣槽173的扣耳183。

如圖5、6所示，一片防漏墊片15一端面的凹槽152容納一片電極板16的周邊後，抵靠一片金屬框17；電極板16的周邊也抵靠金屬框17；相鄰的兩片金屬框17之間夾住一片電極板16及一片防漏墊片15；金屬框17內側的兩扣槽173分別扣合隔板18兩端的扣耳183，使金屬框17內側結合隔板18，如圖6所示。

如圖1-6所示，第一外板11、第一金屬板13、多片金屬框17、第二金屬板14及第二外板12之間，分別放置一防漏墊片15；兩相鄰金屬框17之間的防漏墊片15結合一電極板16；多支螺桿21分別穿過第一孔111、第三孔131、第四孔141及第二孔121；螺桿21的兩端分別套接墊片22後以螺帽23螺接固定，使第一外板11及第二外板12之間具有夾持力，緊密依序夾住第一金屬板13、多片金屬框17、多片電極板16、多片防漏墊片15及第二金屬板14，而固定結合成一體；多支螺桿21分別與第一金屬板13及第二金屬板14及多片金屬框17不接觸；金屬框17的兩相對縱向外側分別具有對應於螺桿21的凹陷174，螺桿21穿過凹陷174。相鄰的第一金屬板13及金屬框17之間、相鄰的兩個電極板16之間、及相鄰的金屬框17及第二金屬板14之間，分別藉由防漏墊片15緊密結合，使第一金屬板13、第二金屬板14、及多個金屬框17達成氣密效果，使第一金屬板13、多片電極板16及第二金屬板14之間形成多個串接的電解槽30，可分別放入電解液31，藉由第一金屬板13及第二金屬板14提供電解時所需的電壓。第一導通孔10、第二導通孔100及第三 導通孔161在第一穿透孔151的含蓋範圍內。

金屬框17的厚度較電極板16的厚度厚，電解過程中產生的熱量，經由較厚的金屬框17可較快的傳導至電解槽30的外部，且金屬框17的外圍可裸露於空氣中或其他流體中，因此很容易散熱，可大幅提升散熱效率。

如圖6所示，隔板18鄰近第三導通孔161的下方，將電解槽30分成隔板18上方的空間及隔板18下方的空間；兩電極板16之間的電解槽30內的電解液31，較容易由隔板18的第一導槽181流向隔板18上方的空間，且較容易由第二導槽182流向隔板18下方的空間，使流動的電解液31方便帶動電解後的氫、氧混合氣，往上移動穿過隔板的第一導槽181流向隔板18的上方的空間，然後經由第三導通孔161、第二導通孔100及第一導通孔10流至電解槽30的外部。

如圖7所示，本發明的第一外板11的兩個第一導孔10可分別套接第一管41及第二管42，其他的第一導通孔10被塞子24封閉。第一管41及第二管42分別連接第一閥43及第二閥44。第一閥43與一水箱51之間以第三管45連通，第一閥43可控制水箱51內的水輸入電解槽30內，以補充電解液。第二閥44連接第四管46；第二閥44控制電解槽30輸出氫、氧混合氣，經由第四管46排至其他裝置。直流電源供應器52的正極及負極藉由第一導線53及第二導線54，分別連接第一金屬板13及第二金屬板14，提供第一金屬板13及第二金屬板14之間產生電位差，使第一金屬板13及第二金屬板14分別作為正極及負極，以進行電解作用。第五孔132及第六孔142用以分別結合第一導線53及第二導線54。

本發明產生大量的氫、氧混合氣，可提供傳統燃燒重油、瓦斯等等之鍋爐及供熱設備所需的燃料，藉由氫、氧混合氣之輔助而達成增熱、省能與節碳之效果。

本發明的在電極板的外圍結合一較厚的金屬框，配合防漏墊片形成氣密結構，在電解過程中電極板產生的熱量可經由金屬框較快的傳導至電解槽的外部，可有效散熱增加電解效率；並可選用較薄的電極板降低電極板的電阻增加電解效率；且使金屬框結合一隔板，藉由隔板上放置的多個不同形狀的導槽導引電解液上、下循環，使氫、氧混合氣的氣泡迅速的移動至電解液的上方。本發明能改良已知氫氧電解裝置及其電極板，並提昇電解效率。

以上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。

15‧‧‧防漏墊片

151‧‧‧第一穿透孔

152‧‧‧凹槽

16‧‧‧電極板

161‧‧‧第五導通孔

17‧‧‧金屬框

171‧‧‧第二穿透孔

172‧‧‧耳片

173‧‧‧扣槽

174‧‧‧凹陷

18‧‧‧隔板

181‧‧‧第一導槽

182‧‧‧第二導槽

183‧‧‧扣耳

Claims (9)

1. 一種具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，包括：一第一外板；一第二外板；一第一金屬板；一第二金屬板；多片防漏墊片；該些防漏墊片不導電，呈框狀，具有一大面積的第一穿透孔；該些防漏墊片的一端面位於鄰近該第一穿透孔的位置設有環狀的凹槽；多片電極板；多片金屬框；該些金屬框具有一大面積的第二穿透孔；一片該些防漏墊片的凹槽容納一片該些電極板的周邊；該些防漏墊片及該些電極板的周邊分別抵靠該些金屬框；相鄰的兩片該些金屬框之間夾住一片該些電極板及一片該些防漏墊片，達成氣密效果；該些金屬框的厚度較該些電極板的厚度厚；其中該第一外板及該第二外板的上端部共設有多個第一導通孔；該第一金屬板及該第二金屬板的上端部共設有多個第二導通孔；該些電極板的上端部設有至少一個第三導通孔；該些第一導通孔、該些第二導通孔及該至少一個第三導通孔在該第一穿透孔的含蓋範圍內；該第一外板及該第二外板之間依序緊密夾住該第一金屬板、該多片金屬框及該第二金屬板而固定結合成一體，相鄰的該第一金屬板及該些金屬框之間藉由一片該些防漏墊片緊密結合；相鄰的該些金屬框及該第二金屬板之間藉由一片該些防漏墊片緊密結合，使該第一金屬板、該多片金屬框及該第二金 屬板達成氣密效果，使該第一金屬板、該多片電極板及該第二金屬板之間形成多個串接的電解槽，藉由該第一金屬板及該第二金屬板提供電解時所需的電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中該第一金屬板及該第一外板之間夾住一片該些防漏墊片，該第二金屬板及該第二外板之間夾住一片該些防漏墊片。
3. 如申請專利範圍第2項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中該第一金屬板的上端及該第二金屬板的上端分別高於該第一外板的上端及該第二外板的上端。
4. 如申請專利範圍第3項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中該第一外板及第二外板的周邊分別設有多個相對應的第一孔及第二孔；該第一金屬板及該第二金屬板的上端部分別設有對應於該第一孔及該第二孔的第三孔及第四孔；該第三孔及該第四孔分別大於該第一孔及該第二孔；多支螺桿分別穿過該第一孔、該第三孔、該第四孔及該第二孔；該些螺桿兩端分別以螺帽螺接固定，使該第一外板及該第二外板之間具有夾持力；該些螺桿分別與該第一金屬板及該第二金屬板及該些金屬框不接觸。
5. 如申請專利範圍第4項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中該些金屬框的兩相對縱向外側分別具有對應於該些螺桿的凹陷；該些螺桿穿過該凹陷。
6. 如申請專利範圍第5項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中兩個該第一導孔分別套接第一管及第二管；該第一管及該第二管分別連接第一閥及第二閥；該第一閥與一水箱之間以第三管連通；該第一閥控制水輸入該些電解槽；該第二閥連接第四管；該第二閥控制該些電解槽輸出氫氧氣；一直流電源供應器的正極及負極分別藉由第一導線及第二 導線連接該第一金屬板及該第二金屬板。
7. 如申請專利範圍第6項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中該第一金屬板及該第二金屬板的上端部分別設有第五孔及第六孔；該第五孔及該第六孔分別位於該第三孔及該第四孔的上方；該第五孔及該第六孔用以分別結合該第一導線及該第二導線。
8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中該些金屬框內側結合一隔板；該隔板鄰近該至少一個第三導通孔的下方，將該些電解槽分成該隔板上方的空間及該隔板下方的空間；該隔板具有至少一個連通該隔板上端及下端的第一導槽及第二導槽；該第一導槽呈上寬下窄的形狀；該第二導槽呈下寬上窄的形狀。
9. 如申請專利範圍第8項所述的具有複合結構電極板的氫氧電解裝置，其中該些金屬框兩相對縱向內側分別具有對向延伸的耳片；該耳片設有扣槽；該隔板的兩端分別具有對應於該扣槽的扣耳；該扣槽扣合該扣耳。