电解水制氢组件和电解水制氢装置的制作方法

1.本技术涉及电解水制氢技术领域，特别涉及一种电解水制氢组件和电解水制氢装置。


背景技术：

2.在民用领域中，需要制氢时，常常采用电解液制氢即电解水制氢。通过直流电连通至电极处，电极伸入至液中或者液溶液中，液中电离出少量的氢离子和氧离子，在阴极氢离子接收到电子，然后析出氢气，在阳气氧原子失去电子，然后析出氧气。收集阴极产生的氢气，实现制氢。
3.在电解后，氢气和氧气在两个电极析出，然后在两侧的出气口分别排出氢气和氧气。然而在家用的制氢场景下，如富氢杯，对体积有一定要求，小体积便于携带和放置。但是，氢气和氧气的出气口在两侧，就导致了整个装置的厚度增加，不利于缩小体积。


技术实现要素：

4.为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本技术提供了一种电解水制氢组件和电解水制氢装置，实现氢气和氧气在同一侧排出，达到缩小体积目的。
5.实现上述目的包括如下技术方案：
6.电解水制氢组件包括：膜片、正极导电件、负极导电件和至少两组导流件；所述导流件开设有导流槽和出气口；所述导流槽与所述出气口相通；正极导电件和负极导电件相对的一侧为内侧，相背的一侧为外侧；所述膜片位于所述正极导电件和所述负极导电件内侧，两组所述导流件分别安装在所述正极导电件和所述负极导电件外侧；其中一组所述导流槽的槽口一面朝向所述正极导电件，另一组所述导流槽的槽口一面朝向所述负极导电件；且两组所述导流件的所述出气口朝向同一侧。
7.可选地，每组所述导流件包括第一汇集口和第二汇集口，分别形成两个所述出气口；同一组所述导流件的所述第一汇集口和所述第二汇集口位于同一侧，所述第一汇集口和所述第二汇集口相隔绝，所述第一汇集口与所述导流槽相导通；第一组所述导流件的所述第一汇集口与第二组所述导流件的述第二汇集口相导通；第一组所述导流件的第二汇集口与第二组所述导流件的所述第一汇集口相导通。
8.可选地，所述导流件包括导流板和出气板；所述导流板贯通开设所述导流槽，所述出气板开设横槽，所述导流板和所述出气板均开设贯通孔；所述横槽与所述导流板的贯通孔相通形成所述第一汇集口，所述导流板和所述出气板的两个贯通孔相通形成所述第二汇集口。
9.可选地，一张所述膜片、一个所述正极导电件、一个所述负极导电件和两组所述导流件形成一组制氢单元；所述电解水制氢组件至少形成两组所述制氢单元；所述第一组制氢单元和所述第二组制氢单元的所述正极导电件和所述负极导电件设置方向相反；所述第一组制氢单元的第一汇集口与所述第二组制氢单元的第二汇集口相通；所述第一组制氢单
元的第二汇集口与所述第二组制氢单元的第一汇集口相通；或所述第一组制氢单元和所述第二组制氢单元的所述正极导电件和所述负极导电件设置方向相同；所述第一组制氢单元的第一汇集口与所述第二组制氢单元的第一汇集口相通；所述第一组制氢单元的第二汇集口与所述第二组制氢单元的第二汇集口相通。
10.可选地，电解水制氢组件还包括顶板和底板；所述顶板开设有多条所述横槽，其中一条所述横槽与所述第一组所述导流件的第一汇集口相通，另一条所述横槽与所述第一组所述导流槽的第二汇集口相通；所述底板贴合在最下方的所述导流件的底部。
11.可选地，电解水制氢组件还包括安装板和多个气接嘴；所述安装板固定安装在所述顶板上部；所述气接嘴穿过所述安装板，并分别与所述顶板的所述横槽相通。
12.可选地，电解水制氢组件还包括柔性密封垫；所述柔性密封垫安装在所述膜片和每组所述导流件之间；固定每组所述导流件时，所述柔性密封垫压缩，紧密抵触在所述膜片和所述导流件上。
13.可选地，所述柔性密封垫中部开设有避让位，边缘出开设有避让孔；所述正极导电件或所述负极导电件位于所述避让位内，所述避让孔避让所述第二汇集口；固定每组所述导流件时，所述柔性密封垫压缩，紧压在所述第二汇集口边缘，致使不同的所述第二汇集口之间密封。
14.可选地，所述导流槽设置成多折弯结构，在折弯的端部位置与所述横槽相通。
15.电解水制氢装置，包括：原料壳、连接垫片和电解水制氢组件；所述原料壳底部设置有第一接口和第二接口；所述电解水制氢组件顶部安装所述连接垫片，并与所述原料壳底部连接；且所述第一接口和所述第二接口分别与一个出气口连通。
16.在本技术的实施例中，
17.安装时，膜片将正极导电件和负极导电件隔开，膜片自身不导电，所以正极导电件和负极导电件通电时，受到膜片的阻挡，避免发生短路。在制氢时，水进入到正极导电件和负极导电件内，对正极导电件和负极导电件通电，氧离子在正极失去电子产生氧气，氢离子在负极得到电子产生氢气。产生的氢气和氧气分别在正极导电件和负极导电件的附近，然后分别进入到与之靠近的导流件上的导流槽。导流槽起到汇集和导引气体流动作用，而两组导流件的出气口位于同一侧，所以分别在不同导流槽内汇集的氢气和氧气最后通过不同的出气口排出。此时排出的氢气和氧气在同一侧，因此收集氢气和氧气位置相同，只在一侧；相比于在两侧分别收集氢气和氧气而言，本方案节省了空间，有利于电解水制氢组件的小型化。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术的实施方式，下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解，下面描述中的附图仅用于示意本技术的一些实施方式，本领域普通技术人员还可以根据这些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征和连接关系等。
19.图1为本技术提供一种电解水制氢组件的立体示意图；
20.图2为本技术提供一种电解水制氢组件的剖视结构示意图；
21.图3为本技术提供一种电解水制氢组件的图2中a处放大结构示意图；
22.图4为本技术提供一种电解水制氢组件的第一种分解结构示意图；
23.图5为本技术提供一种电解水制氢组件的第二种分解结构示意图；
24.图6为本技术提供一种电解水制氢组件的制氢单元的分解结构示意图；
25.图7为本技术提供一种电解水制氢装置的分解结构示意图。
26.图中的附图标记及名称如下：
27.10、膜片；20、正极导电件；30、负极导电件；40、导流件；41、导流板；411、导流槽；42、出气板；421、横槽；43、贯通孔；44、第一汇集口；45、第二汇集口；50、柔性密封垫；51、避让位；52、避让孔；61、顶板；62、底板；63、安装板；631、安装孔；64、气接嘴；641、凸边；70、制氢单元；80、原料壳；90、连接垫片。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细说明。
29.本技术的实施例提出了一种电解水制氢组件和电解水制氢装置。如图1至图3所示，电解水制氢组件，包括：膜片10、正极导电件20、负极导电件30和至少两组导流件40；所述导流件40开设有导流槽411和出气口；所述导流槽411与所述出气口相通；正极导电件20和负极导电件30相对的一侧为内侧，相背的一侧为外侧；所述膜片10位于所述正极导电件20和所述负极导电件30内侧，两组所述导流件40分别安装在所述正极导电件20和所述负极导电件30外侧；其中一组所述导流槽411的槽口一面朝向所述正极导电件20，另一组所述导流槽411的槽口一面朝向所述负极导电件30；且两组所述导流件40的所述出气口朝向同一侧。
30.安装时，膜片10将正极导电件20和负极导电件30隔开，膜片10自身不导电，所以正极导电件20和负极导电件30通电时，受到膜片10的阻挡，避免发生短路。在制氢时，水进入到正极导电件20和负极导电件30内，对正极导电件20和负极导电件30通电，氧离子在正极失去电子产生氧气，氢离子在负极得到电子产生氢气。产生的氢气和氧气分别在正极导电件20和负极导电件30的附近，然后分别进入到与之靠近的导流件40上的导流槽411。导流槽411起到汇集和导引气体流动作用，而两组导流件40的出气口位于同一侧，所以分别在不同导流槽411内汇集的氢气和氧气最后通过不同的出气口排出。此时排出的氢气和氧气在同一侧，因此收集氢气和氧气位置相同，只在一侧；相比于在两侧分别收集氢气和氧气而言，本方案节省了空间，有利于电解水制氢组件的小型化。
31.如图3和图5所示，每组所述导流件40包括第一汇集口44和第二汇集口45，分别形成两个所述出气口；同一组所述导流件40的所述第一汇集口44和所述第二汇集口45位于同一侧，所述第一汇集口44和所述第二汇集口45相隔绝，所述第一汇集口44与所述导流槽411相导通；第一组所述导流件40的所述第一汇集口44与第二组所述导流件40的述第二汇集口45相导通；第一组所述导流件40的第二汇集口45与第二组所述导流件40的所述第一汇集口44相导通。该设置存在两种可能。第一种，氢气和氧气在负极导电件30一侧排出；如负极导电件30产生的氢气在贴近负极导电件30的一组导流件40的第一汇集口44排出；正极导电件20产生的氧气在贴近正极导电件20的一组导流件40的第一汇集口44汇集，但是并未排出；然后再进入到贴近负极导电件30的一组导流件40的第二汇集口45，在该第二汇集口45排出。第二种，与第一种相反，氢气和氧气在正极导电件20一侧排出；如正极导电件20产生的
氧气在贴近正极导电件20的一组导流件40的第一汇集口44排出；负极导电件30产生的氢气在贴近负极导电件30的一组导流件40的第一汇集口44汇集，但是并未排出；然后再进入到贴近正极导电件20的一组导流件40的第二汇集口45，在该第二汇集口45排出。该设置使得，无论是需要在正极导电件20一侧排出氢气和氧气，还是需要在负极导电件30一侧排出氢气和氧气，均能实现。
32.如图3和图6所示，所述导流件40包括导流板41和出气板42；所述导流板41贯通开设所述导流槽411，所述出气板42开设横槽421，所述导流板41和所述出气板42均开设贯通孔43；所述横槽421与所述导流板41的贯通孔43相通形成所述第一汇集口44，所述导流板41和所述出气板42的两个贯通孔43相通形成所述第二汇集口45。导流件40上需要开设导流槽411，为了方便开设，导流件40由导流板41和出气板42组成。其中导流板41直接用贯穿方式开设导流槽411，加工深度只需比导流板41厚即可，因此加工更加方便。此处的第一汇集口44要出气板42的横槽421和导流板41的贯通孔43连通才形成，而第二汇集口45要出气板42和导流板41的贯通孔43连通才形成；该设置保证一组导流件40只有第一汇集口44与导流槽411相通，从而保证出气的有序。见图6所示，导流板41和出气板42边缘设置有多个圆孔，每个圆孔均构成一个贯通孔43；而出气板42上的长条形槽为横槽421。
33.如图3、图5和图6所示，一张所述膜片10、一个所述正极导电件20、一个所述负极导电件30和两组所述导流件40形成一组制氢单元70；所述电解水制氢组件至少形成两组所述制氢单元70。此处使用两组制氢单元70为例，当然两组以上也可行，不同组之间按照两组的方式拼接依次拼接。具体有两种方式，如下。
34.第一种方式，如图2至图5所示(为了方便理解，下述的第一组和第二组是指由上向下的关系)，所述第一组制氢单元70和所述第二组制氢单元70的所述正极导电件20和所述负极导电件30设置方向相反；所述第一组制氢单元70的第一汇集口44与所述第二组制氢单元70的第二汇集口45相通；所述第一组制氢单元70的第二汇集口45与所述第二组制氢单元70的第一汇集口44相通。此时第一组制氢单元70和第二组制氢单元70产生的氧气在第一汇集口44汇集，氢气在第二汇集口45汇集。如图3所示，第一组的制氢单元70和第二组的制氢单元70相贴近的部分其共用一块出气板42；因此第一组制氢单元70和第二组制氢单元70是共用第一汇集口44汇集氢气。第一组制氢单元70的第二组导流件40的第一汇集口44又与第一组导流件40第二汇集口45相通，所以最终两组制氢单元70的氢气均可汇集到第一组导流件40上的第二汇集口45，再向外排出。图3中虚线加箭头方向表示氢气排出方向。如图2所示，第二组的制氢单元70产生的氧气在第二组导流件40的第一汇集口44汇集，然后分别通过第二组制氢单元70的第一组导流件40的第二汇集口45，第一组制氢单元70的第二组导流件40的第二汇集口45，最后在第一组制氢单元70的第二组导流件40的第一汇集口44排出。该设置方式使得每相邻两组制氢单元70可以节省一块出气板42，最终可以缩小电解水制氢组件的体积。
35.第二种方式，所述第一组制氢单元70和所述第二组制氢单元70的所述正极导电件20和所述负极导电件30设置方向相同；所述第一组制氢单元70的第一汇集口44与所述第二组制氢单元70的第一汇集口44相通；所述第一组制氢单元70的第二汇集口45与所述第二组制氢单元70的第二汇集口45相通。该方式即为通过制氢单元70不断叠加在一起。相比于第一种方式，虽然不利于缩小体积，但是安装更加方便，可以对单个制氢单元70组装后再叠加
上去。
36.需要说明，此处的所述第一组制氢单元70和所述第二组制氢单元70的所述正极导电件20和所述负极导电件30设置方向相反或相同，是指空间位置关系相反或相同，如上下关系位置互换表示方向相反。
37.对于相邻且位于正极导电件20和负极导电件30外侧的两组导流件40，与第一汇集口44相通的第二汇集口45才具有通气作用。对于没有与第一汇集口44相通的第二汇集口45，起到避让钉体的作用，钉体可以穿过这些第二汇集口45，将一组或者多组制氢单元70拼接起来。
38.如图3和图5所示，电解水制氢组件还包括顶板61和底板62；所述顶板61开设有多条所述横槽421，其中一条所述横槽421与所述第一组所述导流件40的第一汇集口44相通，另一条所述横槽421与所述第一组所述导流槽411的第二汇集口45相通；所述底板62贴合在最下方的所述导流件40的底部。顶板61上的横槽421用于导流，最终在指定位置将氢气和氧气排出。而底板62将与之贴合的导流件40一端的第一汇集口44和第二汇集口45封闭，使得与之贴合的导流件40的第一汇集口44和第二汇集口45其中一端封闭，另一端与另外的导流件40连通。
39.如图4和图5所示，电解水制氢组件还包括安装板63和多个气接嘴64；所述安装板63固定安装在所述顶板61上部；所述气接嘴64穿过所述安装板63，并分别与所述顶板61的所述横槽421相通。多组制氢单元70固定在安装板63上，在安装板63上还开设安装孔631，在该安装孔631上开设内螺纹。气接嘴64外部有螺纹，通过旋拧固定在该安装孔631上，最终氢气和氧气均通过该气接嘴64排出。气接嘴64设置有凸边641，在气接嘴64的凸边641下方还安装有密封圈或者密封垫，在旋拧气接嘴64进入安装板63上时，密封圈或密封垫受挤压，将气接嘴64和安装板63之间的间隙封闭，起到密封效果。
40.另外在其他实施例中，气接嘴64外部为光柱，对应的安装板63的安装孔631为光孔。气接嘴64的凸边641的外径大于安装孔631的直径，安装时安装板63压持在凸边641上，气接嘴64抵接在顶板61上，使得气接嘴64固定在安装板63上。
41.如图2、图3和图6所示，电解水制氢组件还包括柔性密封垫50；所述柔性密封垫50安装在所述膜片10和每组所述导流件40之间；固定每组所述导流件40时，所述柔性密封垫50压缩，紧密抵触在所述膜片10和所述导流件40上。柔性密封垫50具有两个作用。第一个作用，柔性密封垫50可以起到密封作用。如图3所示，导流件40通过挤压柔性密封垫50，使得柔性密封垫50仅仅压持在导流件40与膜片10上，实现密封作用。更加具体地，两块柔性密封垫50挤压在一张膜片10的两侧上，另外两组导流件40再挤压在两张柔性密封垫50的最外侧；最终使得相邻两组导流件40之间密封。此处密封指导流槽411与外部密封，迫使氢气或氧气只能通过第一汇集口44排出，而且还起到防止电解液外流。第二个作用，可以防止短路。此处的导流件40的导流板41采用导电材质制成，可以与正极导电件20或者负极导电件30接触，将外界电传导至正极导电件20或者负极导电件30。通过不导电的柔性密封垫50将相邻两组导流件40分隔开，起到防短路作用。柔性密封垫50可以采用硅胶材质或者橡胶材质制成。如图5和图6所示，导流件40设置有向外突出的凸耳，用于电连接。
42.如图6所示，所述柔性密封垫50中部开设有避让位51，边缘出开设有避让孔52；所述正极导电件20或所述负极导电件30位于所述避让位51内，所述避让孔52避让所述第二汇
集口45；固定每组所述导流件40时，所述柔性密封垫50压缩，紧压在所述第二汇集口45边缘，致使不同的所述第二汇集口45之间密封。该避让孔52不会阻挡氧气和氢气的流动。具体地，避让位51贯穿柔性密封垫50。
43.如图6所示，所述导流槽411设置成多折弯结构，在折弯的端部位置与所述横槽421相通。导流槽411设置成折弯的结构，使得导流槽411的总长度变长，覆盖的面积更大，可以收集更多的氢气或者氧气。具体在本实施例中，导流槽411呈多段s型设置。
44.如图7所示，电解水制氢装置包括原料壳80、连接垫片90和所述电解水制氢组件；所述原料壳80底部设置有第一接口和第二接口；所述电解水制氢组件顶部安装所述连接垫片90，并与所述原料壳80底部连接；且所述第一接口和所述第二接口分别与一个出气口连通。电解水制氢装置的电解液由原料壳80提供。原料壳80的第二接口排出电解液，通过出气口进入到电解水制氢组件内部。电解水制氢组件产生的氢气和氧气通过两个不同的出气口，分别排出到第一接口和第二接口。最终氢气在原料壳80中向外排出。其中连接垫片90将起到密封作用，将第一接口与出气口以及第二接口与出气口密封。此处的连接垫片90可以采用硅胶材质或者橡胶材质制成。
45.如图7所示，电解水制氢装置还包括多块外壳体。原料壳80、连接垫片90和电解水制氢组件拼接形成组合体，再将外壳体拼接在组合体外侧。
46.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。