CN115652348B - 一种基于pem电解堆的框架组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电解堆技术领域，公开了一种纯水流量稳定且可靠性较高的基于PEM电解堆的框架组件，包括至少两块层叠设置的框架(10)，在框架(10)的一端面径向设置多组水流通道(101)，在水流通道(101)内设有一导流板(101a)，导流板(101a)的外端沿着内端方向形成斜坡；斜坡的坡度设置为3.5°—4.1°。
Description
技术领域
本发明涉及电解堆技术领域，更具体地说，涉及一种基于PEM电解堆的框架组件。
背景技术
PEM纯水电解技术是目前制氢领域重点发展、甚至首选的方法。采用质子交换膜水电解装置可获得高纯的氢气、氧气，其原理为质子交换膜两侧设有电极催化层，而得到膜电极。其中，膜电极通过两侧的框架进行固定，在框架的两端设置多组进水通道，为膜电极电解提供纯水，将纯水进行分解而生成氢离子和氧气，氢离子透过质子交换膜到达阴极侧，与电子结合生成氢气。
然而，框架的进水通道将纯水通入阳极侧，在多组层叠的框架内形成电解水流场，当进水通道输入的纯水流速不稳定时，可能会导致电解产生氢气/氧气的气量减少；或导致电解组件干烧，进而影响电解堆的出气量及运行的可靠性。
因此，如何确保框架两端的进水/排水通道输水流速的稳定性及一致性成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述当进水通道输入的纯水流速不稳定时，可能会导致电解产生氢气/氧气的气量减少，进而影响电解堆的出气量的缺陷，提供一种纯水流量稳定且可靠性较高的基于PEM电解堆的框架组件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于PEM电解堆的框架组件，
包括至少两块层叠设置的框架，
在所述框架的一端面径向设置多组水流通道，在所述水流通道内设有一导流板，所述导流板的外端沿着内端方向形成斜坡；
所述斜坡的坡度设置为3.5°—4.1°。
在一些实施方式中，所述斜坡的坡度设置为3.7°—3.9°。
在一些实施方式中，在所述框架的内缘设有并列设置的通水/通气槽，所述通水/通气槽的间隔设置为1.8mm-2.5mm，
所述通水/通气槽的高度设置为1.2mm-1.6mm。
在一些实施方式中，在所述框架的内缘设有延伸的唇缘，所述唇缘环形设置在所述框架的内侧。
在一些实施方式中，所述唇缘的水平方向与所述框架的垂直方向形成100°-120°的钝角。
在一些实施方式中，在所述框架的内缘端面设有环形设置的第一密封凸肋，
在所述框架的外缘端面设有环形设置的第二密封凸肋，
所述第一密封凸肋及所述第二密封凸肋与密封部件配合，以对水流流场进行限定。
在一些实施方式中，在所述水流通道的外缘端面设有环形设置的第三密封凸肋，
所述第一密封凸肋的端部与所述第三密封凸肋的端部之间设有第四密封凸肋，所述第四密封凸肋分别与所述第一密封凸肋及所述第三密封凸肋连接。
在一些实施方式中，在层叠设置的所述框架之间设有质子交换膜。
在一些实施方式中，所述框架设置为方形或圆形。
在本发明所述的基于PEM电解堆的框架组件中，包括至少两块层叠设置的框架，在框架的一端面径向设置多组水流通道，在水流通道内设有一导流板，导流板的外端沿着内端方向形成斜坡；斜坡的坡度设置为3.5°—4.1°。与现有技术相比，通过在每一水流通道内均设置导流板，且该导流板的坡度设置在3.5°—4.1°之间，通入纯水时，通过设有坡度的导流板，一方面，可提升水流的流速，进而提高纯水的流速稳定性及一致性，以确保PEM电解堆电解产生气量，且稳定的水流场，亦可防止电解组件干烧，进而提高电解组件的运行的安全性。
另一方面，通过设有坡度的导流板，可提升框架整体的强度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供基于PEM电解堆的框架组件一实施例的框架结构图；
图2是本发明提供基于PEM电解堆的框架组件另一实施例的框架结构图；
图3是本发明提供基于PEM电解堆的框架组件另一实施例的局部放大图；
图4是本发明提供框架结构图1中A处一实施例的放大图；
图5是本发明提供框架结构图2中B处一实施例的放大图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-图5所示，在本发明的基于PEM电解堆的框架组件第一实施例中，基于PEM电解堆的框架组件包括至少两块层叠设置的框架10。
其中，框架10设置为中空结构的方形体或圆形体。
框架10包括至少一组阳极框架及至少一组阴极框架。
具体地，阴极框架贴合设置在阳极框架的上端面；
质子交换膜(未图示)贴合设置在阳极框架及阴极框架之间；
进一步地，如图1及图2所示，在框架10的一端面径向设置多组水流通道101，其中，水流通道101相对设置在框架10的内缘，外部通入纯水经框架10一侧的水流通道101，再由框架10另一侧(或相对侧)的水流通道101流出，以形成水流流场。
进一步地，在每一水流通道101内均设有一导流板101a，其中，导流板101a的外端(对应框架10的外缘方向)沿着内端(对应框架10的内缘方向)方向形成斜坡，且该斜坡的坡度设置为3.5°—4.1°。
其中，还可将导流板101a斜坡的坡度设置为3.7°—3.9°，进而提高框架10的进水/出水的性能；
另一方面，在水流通道101内设置导流板101a，以增加框架10的强度，以提高框架10层叠时的稳定性。
具体而言，当外部的纯水经框架10一侧通入，经大部分的纯水经水流通道101进入框架10内，以形成电解水流场，另一部分的纯水通过设置一定坡度的斜坡通入框架10，通过在每一水流通道101内均设置导流板101a，且该导流板101a的坡度设置在3.5°—4.1°之间，通入纯水时，通过设有坡度的导流板101a，可提升纯水通入水流通道101的流速，以保证纯水通入/输出流速的稳定性及一致性，以确保PEM电解堆电解产生气量；且稳定的水流场，亦可防止电解组件干烧，进而提高电解组件的运行的安全性。
另一方面，通过设有坡度的导流板，可提升框架10整体的强度。
在一些实施方式中，为了提高框架10通水/通气的可靠性，可在框架10的内缘设有并列设置的通水/通气槽102，其中，通水/通气槽102均对称设置。
进一步地，如图3所示，为了保证通水/通气的一致性及稳定性，可将通水/通气槽102的流道槽102a间隔设置为1.8mm-2.5mm，通水/通气槽102的流道槽102a的高度设置为1.2mm-1.6mm。
在本实施方式中，通过将通水/通气槽102的流道槽102a间隔设置为1.8mm-2.5mm，且高度设置为1.2mm-1.6mm，对设置在框架10上的质子交换膜(未图示)及多层密封部件进行压紧密封时，流道槽102a具有足够的宽度及高度，可避免质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)因压紧或形变而下陷至流道槽102a内，影响进水/出水及出气的流速或流量。
在一些实施方式中，为了减少电解堆内氢气的轴向剪切力，可在框架10的内缘设有延伸的唇缘106，其中，唇缘106环形设置在框架10的内侧。
举例而言，在框架10中的内缘设置环形的唇缘106可对质子交换膜(未图示)与框架10的内缘相接触侧提供轴向支撑力，进而提高质子交换膜(未图示)在膜电极框架组件工作的可靠性。
进一步地，唇缘106的水平方向与框架10的垂直方向形成100°-120°的钝角，通过将唇缘106与框架10设置的交汇槽设置为100°-120°的钝角，使得层叠的质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)嵌入唇缘106内，质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)的弯曲处形成一定的坡度，可减缓轴向剪切力对质子交换膜(未图示)的撕扯，以提高质子交换膜(未图示)工作的可靠性。
在一些实施方式中，如图4及图5所示，为了保证框架10与质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)配合的密封性，可在框架10的内缘端面设有环形设置的第一密封凸肋103，及
可在框架10的外缘端面设有环形设置的第二密封凸肋108，其中，第一密封凸肋103及第二密封凸肋108与密封部件(未图示)配合，以对水流流场进行限定，通过第一密封凸肋103与第二密封凸肋108对质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)的挤压，进而保证框架10与质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)配合的密封性，以避免电解过程中出现漏水后漏气的情形。
在一些实施方式中，如图5所示，为了保证框架10与质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)配合的密封性，可在水流通道101及气流通道(未图示)的外缘端面设有环形设置的第三密封凸肋104，其中，气流通道(未图示)设置在水流通道101的相邻侧。
具体地，第一密封凸肋103的端部与第三密封凸肋104的端部之间设有第四密封凸肋105，第四密封凸肋105分别与第一密封凸肋103及第三密封凸肋104闭合连接。通过设置第四密封凸肋105，可增加框架10层叠贴合时，背侧的密封强度。
具体而言，由于500m3/h的框架10的整体尺寸较大(约为1.2m*1.2m)，当框架10的定位孔(未图示)与定位孔(未图示)之间或水流通道101与气流通道(未图示)之间出现较多未设置密封凸肋的区域，密封部件(未图示)在密封时，可能会导致出现局部下陷的情形，导致其密封性较差，因此，通过在第一密封凸肋103的端部与第三密封凸肋104的端部之间设有第四密封凸肋105，进而减少水流通道101与气流通道(未图示)之间因未设置第四密封凸肋105而造成架10与质子交换膜(未图示)及密封部件(未图示)配合的密封时，因密封部件(未图示)下陷或形变而电解堆出现漏水后漏气的问题。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种基于PEM电解堆的框架组件，其特征在于，
包括至少两块层叠设置的框架，
在所述框架的一端面径向设置多组水流通道，在所述水流通道内设有一导流板，所述导流板的外端沿着内端方向形成斜坡；
所述斜坡的坡度设置为3.5°—4.1°；
在所述框架的内缘设有延伸的唇缘，所述唇缘环形设置在所述框架的内侧；
在所述框架的内缘端面设有环形设置的第一密封凸肋，
在所述框架的外缘端面设有环形设置的第二密封凸肋，
所述第一密封凸肋及所述第二密封凸肋与密封部件配合，以对水流流场进行限定。
2.根据权利要求1所述的基于PEM电解堆的框架组件，其特征在于，
所述斜坡的坡度设置为3.7°—3.9°。
3.根据权利要求1所述的基于PEM电解堆的框架组件，其特征在于，
在所述框架的内缘设有并列设置的通水/通气槽，所述通水/通气槽的间隔设置为1.8mm-2.5mm，
所述通水/通气槽的高度设置为1.2mm-1.6mm。
4.根据权利要求3所述的基于PEM电解堆的框架组件，其特征在于，
所述唇缘的水平方向与所述框架的垂直方向形成100°-120°的钝角。
5.根据权利要求1所述的基于PEM电解堆的框架组件，其特征在于，
在所述水流通道的外缘端面设有环形设置的第三密封凸肋，
所述第一密封凸肋的端部与所述第三密封凸肋的端部之间设有第四密封凸肋，所述第四密封凸肋分别与所述第一密封凸肋及所述第三密封凸肋连接。
6.根据权利要求5所述的基于PEM电解堆的框架组件，其特征在于，
在层叠设置的所述框架之间设有质子交换膜。
7.根据权利要求1-6任一所述的基于PEM电解堆的框架组件，其特征在于，
所述框架设置为方形或圆形。
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