本發(fā)明涉及電解槽，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽。
背景技術(shù)：
1、電解水制氫作為獲取氫能的關(guān)鍵技術(shù)路徑之一，因其原料為水，來(lái)源廣泛且制取過(guò)程無(wú)污染，受到廣泛關(guān)注與研究。陰離子交換膜電解槽作為電解水制氫的核心設(shè)備，其性能優(yōu)劣直接決定了電解水制氫的效率與成本。在電解水制氫過(guò)程中，電解反應(yīng)的速率和效率受到多種因素的綜合影響，其中電極附近的傳質(zhì)過(guò)程是關(guān)鍵因素之一。
2、在傳統(tǒng)電解水制氫陰離子交換膜電解槽的運(yùn)行過(guò)程中，耐堿腐蝕陽(yáng)極電極和陰極電極通常處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種靜止?fàn)顟B(tài)導(dǎo)致電極附近的電解液缺乏有效的流動(dòng)和擾動(dòng)，進(jìn)而在電極表面附近形成了一層濃度邊界層，濃度邊界層的存在猶如一道屏障，嚴(yán)重阻礙了電解液中離子向電極表面的遷移，離子無(wú)法快速、順暢地到達(dá)電極表面參與化學(xué)反應(yīng)，使得電極表面的電荷傳遞過(guò)程受到限制，反應(yīng)活性降低，同時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物也難以從電極表面迅速擴(kuò)散出去，在電極表面附近逐漸積累，進(jìn)一步影響了電極表面的化學(xué)反應(yīng)平衡和反應(yīng)速率。因此，亟需一種新的技術(shù)方案來(lái)打破電極表面附近的濃度邊界層，加速傳質(zhì)過(guò)程，提高電解水制氫陰離子交換膜電解槽的效率和性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，來(lái)解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，包括槽體、設(shè)置在槽體內(nèi)的耐堿腐蝕陽(yáng)極電極、耐堿腐蝕陰極電極以及陰離子交換膜，且耐堿腐蝕陽(yáng)極電極和耐堿腐蝕陰極電極分別設(shè)置在陰離子交換膜的兩側(cè)，還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括雙軸電機(jī)、擺動(dòng)組件和往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件，其中雙軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)組件和往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)行，擺動(dòng)組件實(shí)現(xiàn)耐堿腐蝕陽(yáng)極電極的擺動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件實(shí)現(xiàn)耐堿腐蝕陰極電極的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
3、可選地，槽體內(nèi)部在陰離子交換膜的兩側(cè)均固定安裝有兩個(gè)固定擾流板，且固定擾流板為梯形結(jié)構(gòu)，陰離子交換膜兩側(cè)的兩個(gè)固定擾流板之間為相向設(shè)置，固定擾流板的斜面上等間距開設(shè)有若干個(gè)出水槽。
4、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，兩側(cè)的固定擾流板能夠?qū)﹄娊庖寒a(chǎn)生阻擋和導(dǎo)向作用，使電解液在槽體內(nèi)形成特定的流動(dòng)路徑，增強(qiáng)電解液的湍流程度，促進(jìn)電解液的混合和傳質(zhì)，提高電解效率；出水槽能夠引導(dǎo)電解液按照特定的方向流動(dòng)，形成有序的流動(dòng)通道，有助于優(yōu)化電解液在槽體內(nèi)的流動(dòng)分布，使電解液能夠更均勻地流過(guò)電極表面。
5、可選地，擺動(dòng)組件包括固定安裝在槽體頂部的底部支架，且底部支架設(shè)置在靠近耐堿腐蝕陽(yáng)極電極的一側(cè)，底部支架的中間位置轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有連接件，連接件底部固定安裝有陽(yáng)極電極存放架，連接件頂部固定安裝有立板，立板上固定連接有下轉(zhuǎn)盤，下轉(zhuǎn)盤上固定安裝有下橫軸，且下橫軸為偏心設(shè)置，底部支架的頂部固定安裝有頂部支架，頂部支架上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有上轉(zhuǎn)盤，上轉(zhuǎn)盤上固定安裝有上橫軸，且上橫軸為偏心設(shè)置，下轉(zhuǎn)盤與上轉(zhuǎn)盤之間設(shè)置有連桿，連桿的一端與下橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連桿的另一端與上橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
6、可選地，槽體上固定安裝有側(cè)部支架，側(cè)部支架頂部的內(nèi)壁設(shè)置有氣缸，氣缸活塞桿末端連接有倒u形架，倒u形架上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有滑輪，雙軸電機(jī)一端的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接有一號(hào)傳動(dòng)桿，上轉(zhuǎn)盤和一號(hào)傳動(dòng)桿上均固定安裝有皮帶輪，兩個(gè)皮帶輪和滑輪之間設(shè)置有傳動(dòng)皮帶。
7、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)耐堿腐蝕陽(yáng)極電極的擺動(dòng)，在電解水制氫時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極電極的擺動(dòng)能夠使電極附近的電解液產(chǎn)生流動(dòng)和擾動(dòng)，打破電極表面附近原本相對(duì)穩(wěn)定的濃度邊界層，這種擾動(dòng)加速了電解液中離子的擴(kuò)散和對(duì)流，使得氫氧根離子能更快速地遷移到陽(yáng)極表面，提高了傳質(zhì)速率，從而加快了電解反應(yīng)的進(jìn)行。
8、可選地，陽(yáng)極電極存放架的兩側(cè)均固定安裝有l(wèi)形連接架，l形連接架的底部固定安裝有活動(dòng)擾流板，且活動(dòng)擾流板為波浪形結(jié)構(gòu)。
9、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，能夠在電極擺動(dòng)過(guò)程中對(duì)電解液產(chǎn)生更強(qiáng)烈的擾動(dòng)，這種動(dòng)態(tài)擾動(dòng)與固定擾流板的靜態(tài)擾動(dòng)相結(jié)合，進(jìn)一步破壞電解液的層流狀態(tài)，增強(qiáng)傳質(zhì)效果，提高電解反應(yīng)速率。
10、可選地，槽體外壁固定安裝有一號(hào)軸承座，且一號(hào)傳動(dòng)桿與一號(hào)軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
11、可選地，往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件包括設(shè)置在槽體內(nèi)部的橫向框架，且橫向框架設(shè)置在靠近耐堿腐蝕陰極電極的一側(cè)，橫向框架上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有往復(fù)絲桿，往復(fù)絲桿上螺紋連接有移動(dòng)塊，且移動(dòng)塊寬度與橫向框架內(nèi)部的寬度數(shù)值相等，移動(dòng)塊頂部固定安裝有陰極電極存放架。
12、可選地，槽體外壁固定安裝有二號(hào)軸承座和三號(hào)軸承座，且二號(hào)軸承座和三號(hào)軸承座之間為垂直設(shè)置，雙軸電機(jī)另一端的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接有二號(hào)傳動(dòng)桿，且二號(hào)傳動(dòng)桿與二號(hào)軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，三號(hào)軸承座上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有三號(hào)傳動(dòng)桿，其中，二號(hào)傳動(dòng)桿與三號(hào)傳動(dòng)桿之間設(shè)置有一號(hào)錐齒輪組，三號(hào)傳動(dòng)桿與往復(fù)絲桿之間設(shè)置有二號(hào)錐齒輪組。
13、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)耐堿腐蝕陰極電極的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在電解水制氫時(shí)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陰極電極的往復(fù)運(yùn)動(dòng)能夠攪動(dòng)電極附近的電解液，打破原本相對(duì)靜止的濃度邊界層，使得電解液中的離子能夠更快速地?cái)U(kuò)散和對(duì)流到陰極表面，提高了離子的傳輸速率，從而加快了電解反應(yīng)的進(jìn)行。
14、可選地，陽(yáng)極電極存放架和陰極電極存放架均為l形結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極電極存放架和陰極電極存放架上均固定安裝有兩個(gè)相向設(shè)置的外框架，外框架的內(nèi)側(cè)固定安裝有彈簧，在同一個(gè)電極存放架上，兩側(cè)彈簧的內(nèi)側(cè)均固定安裝有裝夾板。
15、可選地，裝夾板為“[”形結(jié)構(gòu)，并且裝夾板頂部的尺寸大于其底部的尺寸。
16、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多種尺寸的耐堿腐蝕陽(yáng)極電極、耐堿腐蝕陰極電極的安裝。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
18、1、雙軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)組件和往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件同時(shí)運(yùn)行，使得耐堿腐蝕陽(yáng)極電極發(fā)生擺動(dòng)，耐堿腐蝕陰極電極發(fā)生往復(fù)性運(yùn)動(dòng)，陽(yáng)極電極的擺動(dòng)和陰極電極的往復(fù)運(yùn)動(dòng)能夠使電極附近的電解液產(chǎn)生流動(dòng)和擾動(dòng)，這種動(dòng)態(tài)變化打破了電極表面附近電解液的濃度邊界層，加速了電解液中離子向電極表面的遷移以及反應(yīng)產(chǎn)物從電極表面的擴(kuò)散，從而提高了傳質(zhì)速率，使得電解反應(yīng)能夠更高效地進(jìn)行，有助于提升電解水制氫的效率；
19、2、固定擾流板的梯形結(jié)構(gòu)以及相向設(shè)置的方式，能夠?qū)﹄娊庖寒a(chǎn)生阻擋和導(dǎo)向作用，使電解液在槽體內(nèi)形成特定的流動(dòng)路徑，增強(qiáng)電解液的湍流程度，促進(jìn)電解液的混合和傳質(zhì)，提高電解效率，活動(dòng)擾流板為波浪形結(jié)構(gòu)且隨陽(yáng)極電極擺動(dòng)，能夠在電極擺動(dòng)過(guò)程中對(duì)電解液產(chǎn)生更強(qiáng)烈的擾動(dòng)，這種動(dòng)態(tài)擾動(dòng)與固定擾流板的靜態(tài)擾動(dòng)相結(jié)合，進(jìn)一步破壞電解液的層流狀態(tài)，增強(qiáng)傳質(zhì)效果，提高電解反應(yīng)速率。
1.一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，包括槽體(1)、設(shè)置在槽體(1)內(nèi)的耐堿腐蝕陽(yáng)極電極(2)、耐堿腐蝕陰極電極(3)以及陰離子交換膜(4)，且耐堿腐蝕陽(yáng)極電極(2)和所述耐堿腐蝕陰極電極(3)分別設(shè)置在所述陰離子交換膜(4)的兩側(cè)，其特征在于：還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括雙軸電機(jī)(5)、擺動(dòng)組件(6)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件(7)，其中雙軸電機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)組件(6)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件(7)運(yùn)行，擺動(dòng)組件(6)實(shí)現(xiàn)耐堿腐蝕陽(yáng)極電極(2)的擺動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件(7)實(shí)現(xiàn)耐堿腐蝕陰極電極(3)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述槽體(1)內(nèi)部在陰離子交換膜(4)的兩側(cè)均固定安裝有兩個(gè)固定擾流板(8)，且固定擾流板(8)為梯形結(jié)構(gòu)，陰離子交換膜(4)兩側(cè)的兩個(gè)所述固定擾流板(8)之間為相向設(shè)置，所述固定擾流板(8)的斜面上等間距開設(shè)有若干個(gè)出水槽(801)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述擺動(dòng)組件(6)包括固定安裝在槽體(1)頂部的底部支架(601)，且底部支架(601)設(shè)置在靠近耐堿腐蝕陽(yáng)極電極(2)的一側(cè)，所述底部支架(601)的中間位置轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有連接件(602)，所述連接件(602)底部固定安裝有陽(yáng)極電極存放架(603)，所述連接件(602)頂部固定安裝有立板(604)，所述立板(604)上固定連接有下轉(zhuǎn)盤(605)，所述下轉(zhuǎn)盤(605)上固定安裝有下橫軸(606)，且下橫軸(606)為偏心設(shè)置，所述底部支架(601)的頂部固定安裝有頂部支架(607)，所述頂部支架(607)上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有上轉(zhuǎn)盤(608)，所述上轉(zhuǎn)盤(608)上固定安裝有上橫軸(609)，且上橫軸(609)為偏心設(shè)置，所述下轉(zhuǎn)盤(605)與所述上轉(zhuǎn)盤(608)之間設(shè)置有連桿(6010)，連桿(6010)的一端與下橫軸(606)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連桿(6010)的另一端與上橫軸(609)轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述槽體(1)上固定安裝有側(cè)部支架(6011)，所述側(cè)部支架(6011)頂部的內(nèi)壁設(shè)置有氣缸(6012)，所述氣缸(6012)活塞桿末端連接有倒u形架(6013)，所述倒u形架(6013)上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有滑輪(6014)，所述雙軸電機(jī)(5)一端的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接有一號(hào)傳動(dòng)桿(6015)，所述上轉(zhuǎn)盤(608)和所述一號(hào)傳動(dòng)桿(6015)上均固定安裝有皮帶輪(6016)，兩個(gè)所述皮帶輪(6016)和所述滑輪(6014)之間設(shè)置有傳動(dòng)皮帶(6017)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述陽(yáng)極電極存放架(603)的兩側(cè)均固定安裝有l(wèi)形連接架(9)，所述l形連接架(9)的底部固定安裝有活動(dòng)擾流板(10)，且活動(dòng)擾流板(10)為波浪形結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述槽體(1)外壁固定安裝有一號(hào)軸承座(6018)，且所述一號(hào)傳動(dòng)桿(6015)與一號(hào)軸承座(6018)轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件(7)包括設(shè)置在槽體(1)內(nèi)部的橫向框架(701)，且橫向框架(701)設(shè)置在靠近耐堿腐蝕陰極電極(3)的一側(cè)，所述橫向框架(701)上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有往復(fù)絲桿(702)，所述往復(fù)絲桿(702)上螺紋連接有移動(dòng)塊(703)，且移動(dòng)塊(703)寬度與橫向框架(701)內(nèi)部的寬度數(shù)值相等，所述移動(dòng)塊(703)頂部固定安裝有陰極電極存放架(704)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述槽體(1)外壁固定安裝有二號(hào)軸承座(705)和三號(hào)軸承座(706)，且二號(hào)軸承座(705)和三號(hào)軸承座(706)之間為垂直設(shè)置，所述雙軸電機(jī)(5)另一端的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接有二號(hào)傳動(dòng)桿(707)，且二號(hào)傳動(dòng)桿(707)與二號(hào)軸承座(705)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述三號(hào)軸承座(706)上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有三號(hào)傳動(dòng)桿(708)，其中，二號(hào)傳動(dòng)桿(707)與三號(hào)傳動(dòng)桿(708)之間設(shè)置有一號(hào)錐齒輪組(709)，三號(hào)傳動(dòng)桿(708)與往復(fù)絲桿(702)之間設(shè)置有二號(hào)錐齒輪組(7010)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述陽(yáng)極電極存放架(603)和所述陰極電極存放架(704)均為l形結(jié)構(gòu)，所述陽(yáng)極電極存放架(603)和所述陰極電極存放架(704)上均固定安裝有兩個(gè)相向設(shè)置的外框架(11)，所述外框架(11)的內(nèi)側(cè)固定安裝有彈簧(12)，在同一個(gè)電極存放架上，兩側(cè)所述彈簧(12)的內(nèi)側(cè)均固定安裝有裝夾板(13)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種電解水制氫陰離子交換膜電解槽，其特征在于：所述裝夾板(13)為“[”形結(jié)構(gòu)，并且裝夾板(13)頂部的尺寸大于其底部的尺寸。