CN116288437A - 一种制氢装置及制作制氢装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及制氢技术领域，尤其涉及一种制氢装置及制作制氢装置的方法。制氢装置包括层叠的第一单极板、第一密封件、膜电极组件、第二密封件和第二单极板；第一单极板的外沿及部分腔口位置设有至少两道第一凸起部，相邻第一凸起部之间形成第一凹陷部，第一密封件设置于第一凹陷部；第一密封件能够与膜电极组件配合形成第一道密封，第一凸起部能够被推压与膜电极组件配合形成第二道密封；膜电极组件远离第一单极板一侧的外沿及部分腔口位置设有至少两道第二凸起部，相邻第二凸起部之间形成第二凹陷部，第二密封件设置于第二凹陷部；第二密封件能够与第二单极板配合形成第一道密封，第二凸起部能够被推压与第二单极板配合形成第二道密封。
Description
技术领域
本申请涉及制氢技术领域，尤其涉及一种制氢装置及制作制氢装置的方法。
背景技术
在质子交换膜电解槽中，膜电极组件单极板交替堆叠，在质子膜阳极侧通水，反应在阳极侧生成氧气，在阴极侧生成氢气，两种气体需要密封在各自独立的空间，以免混合产生爆炸风险或气体扩散到空气中导致产量降级。独立的空间为氢气和氧气各自的封闭区域，需要通过密封部件来进行密封。常规的密封方式中，密封件由于自身模量及强度的限制，在高压下无法使用，而增加密封框等部件进行辅助，虽能够在一定程度辅助升压，但密封框等部件也同样存在弯曲、偏移、变形等问题，会出现明显的密封压力下降问题，同时这一结构也会由于零部件过多极大的提升装配难度。
发明内容
本申请提供了一种制氢装置及制作制氢装置的方法，旨在提高制氢装置的密封性。
本申请提供了一种制氢装置，所述制氢装置包括依次层叠设置的第一单极板、第一密封件、膜电极组件、第二密封件和第二单极板；
所述第一单极板的外沿及部分腔口位置设有至少两道第一凸起部，相邻所述第一凸起部之间形成第一凹陷部，所述第一密封件设置于所述第一凹陷部；
其中，所述第一密封件远离所述第一单极板的一端与所述膜电极组件抵接，所述第一密封件被压缩于所述第一单极板与所述膜电极组件之间，以使所述第一密封件形成所述第一单极板与所述膜电极组件之间的第一道密封；所述第一密封件压缩后与所述第一凸起部的高度一致，所述第一密封件受到的侧向气压升高时，所述第一密封件发生形变，并侧向推压所述第一凸起部，所述第一凸起部被推压发生形变，所述第一凸起部远离所述第一单极板的一端与所述膜电极组件抵接，以使所述第一凸起部形成所述第一单极板与所述膜电极组件之间的第二道密封；
所述膜电极组件远离所述第一单极板一侧的外沿及部分腔口位置设有至少两道第二凸起部，相邻所述第二凸起部之间形成第二凹陷部，所述第二密封件设置于所述第二凹陷部；
其中，所述第二密封件远离所述膜电极组件的一端与所述第二单极板抵接，所述第二密封件被压缩于所述膜电极组件与所述第二单极板之间，以使所述第二密封件形成所述膜电极组件与所述第二单极板之间的第一道密封；所述第二密封件压缩后与所述第一凸起部的高度一致，所述第二密封件受到的侧向气压升高时，所述第二密封件发生形变，并侧向推压所述第二凸起部，所述第二凸起部被推压发生形变，所述第二凸起部远离所述膜电极组件的一端与所述第二单极板抵接，以使所述第二凸起部形成所述膜电极组件与所述第二单极板之间的第二道密封。
在一种可能的设计中，所述第一凸起部的侧面与所述第一单极板形成的夹角范围为30°~90°。
在一种可能的设计中，所述第一密封件压缩后的宽度与所述第一凹陷部的宽度一致，以在所述第一密封件被气压推动挤压所述第一凸起部时，所述第一凸起部与所述膜电极组件形成密封面的密封力随着内部气压的升高而增大。
在一种可能的设计中，所述第一凸起部靠近所述膜电极组件的一侧设有多个第一齿部。
在一种可能的设计中，所述第二凸起部的侧面与所述膜电极组件形成的夹角范围为30°~90°。
在一种可能的设计中，所述第二密封件压缩后的宽度与所述第二凹陷部的宽度一致，以在所述第二密封件被气压推动挤压所述第二凸起部时，所述第二凸起部与所述第二单极板形成的密封面的密封力随着内部气压的升高而增大。
在一种可能的设计中，所述第二凸起部靠近所述第二单极板的一侧设有多个第二齿部。
在一种可能的设计中，所述膜电极组件包括质子膜、第一边框和第二边框；
沿所述制氢装置的厚度方向，所述第一边框位于所述质子膜的一侧，所述第二边框位于所述质子膜的另一侧；
所述第一凸起部与所述第一密封件能够与所述第一边框配合，所述第二凸起部位于所述第二边框。
在一种可能的设计中，所述第一边框材料为聚四氟乙烯或聚氨酯；
所述第一凸起部材料包括聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚亚酰胺中的一种或多种。
在一种可能的设计中，所述第二边框的材料为聚四氟乙烯或聚氨酯；
所述第二凸起部的材料包括聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚亚酰胺中的一种或多种。
在一种可能的设计中，所述第一密封件的侧面呈弧形；
或，所述第一密封件分为相连接的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分与所述膜电极组件抵接，所述第三部分与所述第一单极板抵接，所述第一部分与所述第三部分为平面结构，所述第二部分为弧形。
在一种可能的设计中，所述第二密封件的侧面呈弧形；
或，所述第二密封件分为相连接的上部分、中间部分和下部分，所述上部分与所述第二单极板抵接，所述下部分与所述膜电极组件抵接，所述上部分与所述下部分为平面结构，所述中间部分为弧形。
在一种可能的设计中，所述第一单极板设有第一腔口，所述膜电极组件的一侧设有阴极室；
所述第一腔口靠近所述阴极室的一侧设有一道第一凸起部，所述第一凸起部内设有多个第一流道，多个所述第一流道用于连通所述阴极室与所述第一腔口。
在一种可能的设计中，各所述第一流道的宽度为0.3mm~3mm；
相邻所述第一流道之间的间隔为0.3mm~3mm；
位于所述第一流道上方的部分所述第一凸起部的厚度为0.1mm~1mm。
在一种可能的设计中，所述膜电极组件设有第二腔口，所述膜电极组件背离所述阴极室的一侧设有阳极室；
所述第二腔口靠近所述阳极室的一侧设有一道第二凸起部，所述第二凸起部内设有多个第二流道，多个所述第二流道用于连通所述阳极室与所述第二腔口。
在一种可能的设计中，各所述第二流道的宽度为0.3mm~3mm；
相邻所述第二流道之间的间隔为0.3mm~3mm；
位于所述第二流道上方的部分所述第二凸起部的厚度为0.1mm~1mm。
本申请还提供了一种制作制氢装置的方法，用于形成上述所述的制氢装置，所述制作方法包括：
在第一单极板上的外沿及部分腔口位置注塑至少两道第一凸起部，使相邻所述第一凸起部之间形成第一凹陷部，所述第一凹陷部用于放置第一密封件；
在膜电极组件的外沿及部分腔口位置注塑至少两道第二凸起部，使相邻所述第二凸起部之间形成第二凹陷部，所述第二凹陷部用于放置第二密封件；
将所述第一凸起部朝上设置的所述第一单极板、所述第一密封件、所述第二凸起部朝上设置的所述膜电极组件、所述第二密封件和所述第二单极板依次层叠组装。
在一种可能的设计中，在所述第一单极板上注塑所述第一凸起部之前，所述制作方法还包括：
在所述第一单极板注塑所述第一凸起部的位置涂覆胶黏剂。
在一种可能的设计中，所述膜电极组件包括第一边框、质子膜和第二边框，所述制作方法还包括：
将所述第一边框、所述质子膜和所述第二边框进行层压粘合形成所述膜电极组件；
在所述第二边框上注塑形成所述第二凸起部。
在一种可能的设计中，所述制作方法还包括：
将质子膜放置模具中，沿第一填料口向所述模具的第一型腔内填充材料，在所述质子膜的两侧注塑第一边框和第二边框形成所述膜电极组件；
关闭所述第一填料口，沿第二填料口向模具的第二型腔内填充材料，在所述第二边框上注塑形成所述第二凸起部。
在一种可能的设计中，所述制作方法还包括：
注塑所述第二凸起部之前，所述第一型腔与所述第二型腔之间通过第一挡块隔离；
注塑所述第二凸起部时，驱动所述第一挡块远离所述第二型腔，使所述第一型腔与所述第二型腔相连通。
在一种可能的设计中，在所述第二边框上注塑所述第二凸起部之前，所述制作方法还包括：
在所述第二边框注塑所述第二凸起部的位置涂覆胶黏剂。
在一种可能的设计中，所述第一单极板包括第一腔口，所述膜电极组件设有阴极室，所述制作方法还包括：
在所述第一腔口靠近所述阴极室的一侧注塑一道第一凸起部，并在 所述第一凸起部内注塑形成多个第一流道。
在一种可能的设计中，所述膜电极组件包括第二腔口和阳极室，所述制作方法还包括；
在所述第二腔口靠近所述阳极室的一侧注塑一道第二凸起部，并在所述第二凸起部内注塑形成多个第二流道。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请所提供制氢装置在一种具体实施例中的结构示意图；
图2为本申请所提供第一单极板、第一密封件和膜电极组件未压缩前的配合示意图；
图3为本申请所提供第一密封件的结构示意图；
图4为本申请所提供膜电极组件、第二密封件和第二单极板（或第一单极板）未压缩前的配合示意图；
图5为本申请所提供第二密封件的结构示意图；
图6为本申请所提供第一单极板、第一密封件和膜电极组件压缩后的配合示意图；
图7为本申请所提供膜电极组件、第二密封件和第二单极板（或第一单极板）压缩后的配合示意图；
图8为本申请所提供制氢装置在一种具体实施例中的结构示意图；
图9为图8中第二腔口与第二流道的结构示意图；
图10为图9中第二凸起部的结构示意图；
图11为本申请所提供双色注塑模具注塑第一边框和第二边框的状态示意图；
图12为本申请所提供双色注塑模具注塑第二凸起部的状态示意图。
附图标记：
1-制氢装置；
11-第一单极板；
111-第一凸起部；
111a-第一齿部；
112-第一凹陷部；
113-第一腔口；
12-第一密封件；
121-第一部分；
122-第二部分；
123-第三部分；
13-膜电极组件；
131-第二凸起部；
131a-第二齿部；
131b-第二流道；
132-第二凹陷部；
133-第一边框；
134-质子膜；
135-第二边框；
136-第二腔口；
14-第二密封件；
141-上部分；
142-中间部分；
143-下部分；
15-第二单极板；
2-模具；
21-第一填料口；
22-第一型腔；
23-第二填料口；
24-第二型腔；
25-第一挡块；
26-第二挡块；
27-第三挡块。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1所示，本实施例提供了一种制氢装置1，制氢装置1包括依次层叠设置的第一单极板11、第一密封件12、膜电极组件13、第二密封件14和第二单极板（图中未示出）。
如图1和图2所示，第一单极板11的外沿及部分腔口位置设有至少两道第一凸起部111，相邻第一凸起部111之间形成第一凹陷部112，第一密封件12设置于第一凹陷部112。其中，第一密封件12能够与膜电极组件13配合形成第一单极板11与膜电极组件13之间的第一道密封，第一密封件12受到侧向高压气体时，第一凸起部111能够被第一密封件12推压与膜电极组件13配合形成第一单极板11与膜电极组件13之间的第二道密封。
本实施例中，封装制氢装置1后，通过第一单极板11和膜电极组件13压缩第一密封件12，形成第一单极板11与膜电极组件13之间的第一道密封。在高压状态下，通过气体推压第一密封件12，第一密封件12挤压第一凸起部111的侧壁，第一凸起部111受到第一密封件12侧向施加的压力后发生变形，使第一凸起部111与膜电极组件13紧密抵接，形成第一单极板11与膜电极组件13之间的第二道密封，且该第二道密封仅在高压状态下产生，第一凸起部111不长期受力，减缓了对第一凸起部111施加的压力，而导致第一凸起部111的不可恢复性，提升第一凸起部111使用寿命。
本实施例通过第一密封件12与第一凸起部111相结合产生两道密封的方式，提高整个密封环境的耐高压能力及长期使用的稳定性。此外，本实施例中，第一凸起部111形成于第一单极板11上，使第一凸起部111与第一单极板11呈一体结构，相比于分体结构，降低制造及装配难度。
如图4和图10所示，膜电极组件13远离第一单极板11一侧的外沿及部分腔口位置设有至少两道第二凸起部131，相邻第二凸起部131之间形成第二凹陷部132，第二密封件14设置于第二凹陷部132。其中，第二密封件14能够与第二单极板15配合形成膜电极组件13与第二单极板15之间的第一道密封，第二密封件14受到侧向高压气体时，第二凸起部131能够被第二密封件14推压与第二单极板15配合形成膜电极组件13与第二单极板15之间的第二道密封。
本实施例中，封装制氢装置1后，通过膜电极组件13和第二单极板15压缩第二密封件14，形成膜电极组件13与第二单极板15之间的第二道密封。在高压状态下，通过气体推压第二密封件14，第二密封件14挤压第二凸起部131的侧壁，第二凸起部131受到二密封件侧向施加的压力后发生变形，使第二凸起部131与第二单极板15紧密抵接，形成膜电极组件13与第二单极板15之间的第二道密封，且该第二道密封仅在高压状态下产生，第二凸起部131不长期受力，减缓了对第二凸起部131施加的压力，而导致第二凸起部131的不可恢复性，提升第二凸起部131使用寿命。
本实施例通过第二密封件14与第二凸起部131相结合产生两道密封的方式，提高整个密封环境的耐高压能力及长期使用的稳定性。此外，本实施例中，第二凸起部131形成于膜电极组件13上，使第二凸起部131与膜电极组件13呈一体结构，相比于分体结构，降低制造及装配难度。
由此，本实施例通过超弹体压缩密封（第一密封件12与第二密封件14形成的密封）及自密封（第一密封件12被气压推动后与第一凸起部111抵接形成的密封及第二密封件14被气压推动后与第二凸起部131抵接形成的密封）、以及弹性体自密封（第一凸起部111被第密封件12挤压朝膜电极组件13变形并与膜电极组件13紧密抵接形成的密封，及第二凸起部131被第二密封件14挤压朝第二单极板15变形并与第二单极板15紧密抵接形成的密封）相结合的方式，提高整个密封环境的耐高压能力及长期使用的稳定性。
如图2所示，在一些实施例中，第一凸起部111大致呈倒梯形结构，使第一凸起部111的侧面与第一单极板11能够形成30°~90°的夹角，以便第一凸起部111的侧壁被第一密封件12施加侧向的挤压力后，第一凸起部111能够发生变形。其中，第一凸起部111的侧壁与第一单极板11形成的夹角可以为30°、45°、60°等。
如图6所示，第一凸起部111的宽度可以为2mm~20mm，第一凸起部111的高度与第一密封件12压缩后的高度大致相同，第一凹陷部112的宽度与第一密封件12压缩后的宽度近似，且第一密封件12的压缩率为10％~50％。在第一密封件12被气压推动而挤压第一凸起部111时，第一凸起部111朝膜电极组件13的方向变形伸展，且第一凸起部111与膜电极组件13形成密封面的密封力随着内部高压气体的升高而增大，达成自密封效果。
并且，第一密封件12的侧面呈弧形，由于第一密封件12侧面的弧形结构，能够在高压状态下通过气体对第一密封件12侧面的挤压，使其与第一凸起部111作用形成自紧效果，提升第一单极板11与膜电极组件13之间第一道密封的密封能力。
或者，如图3所示，第一密封件12分为相连接的第一部分121、第二部分122和第三部分123，第一部分121与第三部分123可以为平面结构，第二部分122可以为弧形，保证第一密封件12在低压状态下的密封效果。
具体地，如图2所示，第一凸起部111靠近膜电极组件13的一侧设有多个第一齿部111a，多个第一齿部111a沿至少两个第一凸起部111的排列方向排列分布。通过在第一凸起部111上设置多个第一齿部111a，在第一凸起部111受压力推动发生变形时，多个第一齿部111a能够与膜电极组件13紧密抵接，产生多个密封应力点，保证密封效果。
如图4所示，在一些实施例中，第二凸起部131可大致呈倒梯形机构，使第二凸起部131的侧面与膜电极组件13能够形成30°~90°的夹角，以便第二凸起部131的侧壁被第二密封件14施加侧向的挤压力后，第二凸起部131能够发生变形。其中，第二凸起部131的侧壁与膜电极组件13形成的夹角可以为30°、45°、60°等。
如图7所示，第二凸起部131的宽度可以为2mm~20mm，第二凸起部131的高度与第二密封件14的压缩后的高度大致相同，第二凹陷部132的宽度与第二密封件14压缩的宽度近似，且第二密封件14的压缩率为10％~50％，压缩后与第二凸起部131的高度一致。在第二密封件14被气压推动而挤压第二凸起部131时，第二凸起部131朝第二单极板15的方向变形伸展，且第二凸起部131与第二单极板15形成密封面的密封力随着内部高压气体的升高而增大，达成自密封效果。
并且，第二密封件14的侧面呈弧形，由于第二密封件14侧面的弧形结构，能够在高压状态下通过气体对第二密封件14侧面的挤压，使其第二凸起部131作用形成自紧效果，提升膜电极组件13与第二单极板15之间第二道密封的密封能力。
或者，如图5所示，第二密封件14分为相连接的上部分141、中间部分142和下部分143，上部分141与下部分143为平面结构，中间部分142为弧形，保证第二密封件14在低压状态下的密封效果。
具体地，如图4所示，第二凸起部131靠近第二单极板15的一侧设有多个第二齿部131a，多个第二齿部131a沿至少两个第二凸起部131的排列方向排列分布。通过在第二凸起部131上设置多个第二齿部131a，在第二凸起部131受压力推动发生变形时，多个第二齿部131a能够与第二单极板15紧密抵接，产生多个密封应力点，保证密封效果。
如图6和图7所示，在一些实施例中，膜电极组件13包括质子膜134、第一边框133和第二边框135，沿制氢装置1的厚度方向，第一边框133位于质子膜134的一侧，第二边框135位于质子膜134的另一侧。第一密封件12压缩在第一边框133与第一单极板11之间，第一凸起部111受第一密封件12挤压产生变形后，能够与第一边框133紧密抵接。第二凸起部131形成于第二边框135，第二凸起部131与第二边框135为一体结构。
其中，第一边框133的材料可以为低模量且耐高温的工程塑料，如聚四氟乙烯或聚氨酯等。通过将第一边框133的材质更换为低模量且耐高温的工程塑料，提高第一边框133的弹性，在封装制氢装置1后，第一边框133能够通过自身弹力与第一密封件12保持抵接状态，以保证第一单极板11与膜电极组件13之间第一道密封的密封效果。
第一凸起部111材料可以高模量且耐高温的工程塑料，如聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚亚酰胺等中的一种或多种。
第一密封件12的材料可以是硅橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶等耐高温橡胶材料。
第二边框135可以为低模量且耐高温的工程塑料，如聚四氟乙烯或聚氨酯等。通过将第二边框135的材质更换为低模量且耐高温的工程塑料，提高第二边框135的弹性，在封装制氢装置1后，第二边框135能够通过自身弹力与第二密封件14保持抵接状态，或者通过其弹力推动第二密封件14与第二单极板15保持抵接状态，以保证膜电极组件13与第二单极板15之间第一道密封的密封效果。
第二凸起部131的材料可以为高模量且耐高温的工程塑料，如聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚亚酰胺等中的一种或多种。
第二密封件14的材料可以是硅橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶等耐高温橡胶材料。
如图1所示，在一些实施例中，第一单极板11设有第一腔口113，膜电极组件13的一侧设有阴极室；第一腔口113靠近阴极室的一侧设有一道第一凸起部111，第一凸起部111设有多个第一流道，多个第一流道用于连通阴极室与第一腔口113。第一腔口113可以为氢腔口，在阴极室生成的氢气可以沿第一流道流动至氢腔口，经氢腔口排出装至氢气瓶。
或者，第一腔口113靠近阳极室的一侧设有一道第一凸起部111，第一凸起部111设有多个第一流道，多个第一流道用于连通阳极室与第一腔口113。第一腔口113可以为氧腔口，在氧极室生成的氧气可以沿第一流道流动至氧腔口，经氧腔口排出。
其中，各第一流道的宽度为0.3mm~3mm；相邻第一流道之间的间隔为0.3mm~3mm；位于第一流道上方的第一凸起部111的厚度为0.1mm~1mm。
如图9所示，膜电极组件13设有第二腔口136，膜电极组件13的另一侧设有阳极室；第二腔口136靠近阳极室的一侧设有一道第二凸起部131，第二凸起部131设有多个第二流道131b，多个第二流道131b用于连通膜电极组件13的阳极室与第二腔口136。第二腔口136可以为氧腔口，在阳极室生成的氧气可以沿第二流道131b流动至氧腔口，经氧腔口排出。
或者，第二腔口136靠近阴极室的一侧设有一道第二凸起部131，第二凸起部131设有多个第二流道131b，多个第二流道131b用于连通膜电极组件13的阴极室与第二腔口136。第二腔口136可以为氢腔口，在阴极室生成的氢气可以沿第二流道131b流动至氢腔口，经氢腔口排出装至氢气瓶。
其中，各第二流道131b的宽度为0.3mm~3mm；相邻第二流道131b之间的间隔为0.3mm~3mm；位于第二流道131b上方的第二凸起部131的厚度为0.1mm~1mm。
如图11和图12所示，本实施例还提供了一种制作制氢装置1的方法，用于制作制氢装置1，制作方法包括：在第一单极板11上的外沿及部分腔口位置注塑至少两道第一凸起部111，使相邻第一凸起部111之间形成第一凹陷部112，第一凹陷部112用于放置第一密封件12；在膜电极组件13的外沿及部分腔口位置注塑至少两道第二凸起部131，使相邻第二凸起部131之间形成第二凹陷部132，第二凹陷部132用于放置第二密封件14；将第一凸起部111朝上设置的第一单极板11、第一密封件12、第二凸起部131朝上设置的膜电极组件13、第二密封件14和第二单极板15依次层叠组装。
本实施例通过注塑的方式在第一单极板11上形成第一凸起部111，在膜电极组件13上形成第二凸起部131，简化制作工艺。还通过单侧设置凸起部及密封件，在层叠制氢装置1时，使第一单极板11的第一凸起部111朝上放置，便于第一密封件12放置第一单极板11中，使膜电极组件13的第二凸起部131朝上设置，便于第二密封件14放置膜电极组件13中，方便各部分依次堆叠，便于装配。
在一些实施例中，在第一单极板11上注塑第一凸起部111之前，制作方法还包括：在第一单极板11注塑第一凸起部111的位置涂覆胶黏剂。本实施例通过在第一单极板11上涂覆胶黏剂，使第一凸起部111的材料可通过胶黏剂与第一单极板11紧密粘接，保证第一凸起部111与第一单极板11连接稳固性。其中，胶黏剂的材料可以为间苯二酚树脂胶黏剂、三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂、硅烷偶联剂等。
在一些实施例中，膜电极组件13包括第一边框133、质子膜134和第二边框135，制作方法还包括：将第一边框133、质子膜134和第二边框135进行层压粘合形成膜电极组件13；将第二凸起部131注塑于第二边框135。本实施例中，先将第一边框133、质子膜134和第二边框135通过压敏胶、热熔胶或者反应型胶黏剂进行粘接层压成型，再将第二凸起部131注塑于第二边框135上。
或者，如图11所示，还可以通过双色注塑模具直接注塑第一边框133、第二边框135和第二凸起部131。制作方法包括：注塑第一边框133和第二边框135时，将质子膜134放置模具2中，沿第一填料口21向模具2的第一型腔22内填充材料，因质子膜134设有通孔，该部分材料能够穿过通孔填满第一型腔22，以在质子膜134的两侧注塑形成第一边框133和第二边框135。此时，第二填料口23与第二型腔24为关闭状态。注塑第二凸起部131时，关闭第一填料口21和第一型腔22，沿第二填料口23向模具2的第二型腔24内填充材料，在第二边框135上注塑形成第二凸起部131。
其中，如图12所示，为实现在注塑第二凸起部131之前，保证第一型腔22和第二型腔24相分隔，双色注塑模具内设有第一挡块25。制作方法包括：注塑第二凸起部131之前，第一型腔22与第二型腔24之间通过第一挡块25隔离；注塑第二凸起部131时，驱动第一挡块25远离第二型腔24，使第一型腔22与第二型腔24相连通。驱动第一挡块25移动的方式可采用现有技术中使用牵引绳或其他机构实现。
进一步地，如图11和图12所示，双色注塑模具还可以包括第二挡块26和第三挡块27，第二挡块26用于关闭或打开第一填料口21，第三挡块27用于关闭或打开第二填料口23，第二挡块26和第三挡块27的具体驱动方式可同于第一挡块25。
第一边框133与第二边框135可以通过材料的其自粘性与质子膜134进行连接，也可以通过预先在质子膜134上涂覆胶黏剂，与质子膜134紧密粘接，保证第一边框133、第二边框135与质子膜134连接稳固性。
在第二边框135上注塑第二凸起部131之前，制作方法还包括：在第二边框135注塑第二凸起部131的位置涂覆胶黏剂。本实施例通过在第二边框135上涂覆胶黏剂，使第二凸起部131的材料可通过胶黏剂与第二边框135紧密粘接，保证第二凸起部131与第二边框135连接稳固性。其中，胶黏剂的材料可以为间苯二酚树脂胶黏剂、三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂、硅烷偶联剂等。
在一些实施例中，膜电极组件13的两侧具有阴极室和阳极室，第一单极板11包括第一腔口113，膜电极组件13还包括第二腔口136。本实施例除在第一单极板11的外沿及部分腔口位置注塑形成至少两道第一凸起部111外，制作方法还包括：在第一腔口113靠近阴极室的一侧注塑一道第一凸起部111，并在第一凸起部111内注塑形成多个第一流道。其中，该一道第一凸起部111与至少两道第一凸起部111同时注塑成型，区别在于模具2中，注塑至少两道第一凸起部111的第一型腔22位置有至少一道用于形成第一凹陷部112的型芯。注塑一道第一凸起部111的第一型腔22位置有多道用于形成第一流道的型芯。
如图9所示，除在第二边框135的外沿及部分腔口位置注塑形成至少两道第二凸起部131外，制作方法还包括：在第二腔口136靠近阳极室的一侧注塑一道第二凸起部131，并在第二凸起部131内注塑形成多个第二流道131b。其中，该一道第二凸起部131与至少两道第二凸起部131同时注塑成型，区别在于模具2中，注塑至少两道第二凸起部131的第二型腔24位置有至少一道用于形成第二凹陷部132的型芯。注塑一道第二凸起部131的第二型腔24位置有多道用于形成第二流道131b的型芯。
在一些实施例中，膜电极组件13与第一单极板11可以设置有多个，第一单极板11与膜电极组件13交替堆叠设置，第一单极板11与膜电极组件13堆叠完成后，第二单极板15堆叠于膜电极组件13远离第一单极板11的一侧。
如图8所示为多个第一单极板11和多个膜电极组件13堆叠形成制氢装置1的部分结构，图8中主要涉及的结构有由下向上依次设置的带有两道第二凸起部131的膜电极组件13、第二密封件14、带有两道第一凸起部111的第一单极板11和第一密封件12。
其中，膜电极组件13中的第一边框133、质子膜134和第二边框135通过层压的方式预先制备完成，将第二凸起部131注塑于第二边框135上（膜电极组件13的阴极侧）。第二凸起部131呈倒梯形结构，其下宽度为3mm，侧面与第二边框135形成的夹角为45°，相邻第二凸起部131的间距为2mm，第二凸起部131的高度为1mm。在第二腔口136（氢腔口）靠近阴极室的一侧有多个第二流道131b，使该部分第二凸起部131呈中空间断式结构，各第二流道131b的宽度为2mm，相邻第二流道131b的间距为1.5mm，第二流道131b的高度为0.9mm。第二密封件14的截面均为圆形，直径为1.54mm，压缩率为35％，压缩后高度为1mm、宽度为1.98mm。第二凸起部131为聚砜材料，且通过注塑方式在预先涂覆过三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂的第二边框135上注塑形成，第二密封件14材料为氟橡胶，可以通过模压法制备。
第一单极板11上的第一凸起部111位于第一单极板11的阳极侧，呈倒梯形结构，其下宽度为3mm，侧面与第一单极板11形成的夹角为45°，相邻第一凸起部111的间距为2mm，第一凸起部111的高度为1mm。在第一腔口113（氧腔口），第一凸起部111靠近阳极室的一侧有多个第一流道，使该部分第一凸起部111呈中空间断式结构，各第一流道的宽度为2mm，相邻第二流道131b的间距为1.5mm，第二流道131b的高度为0.9mm。第一密封件12的截面呈圆形，直接径为1.54mm，压缩率为35％，压缩后高度为1mm、宽度为1.98mm。第一凸起部111为聚砜材料，通过注塑方式在预先涂覆过三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂的第一单极板11上注塑形成，第一密封件12材料为氟橡胶，可以通过模压法制备。
如图1中主要涉及的机构有由下向上依次设置的带有三道第一凸起部111的第一单极板11、第一密封件12、带有三道第二凸起部131的膜电极组件13和第二密封件14。
其中，第一凸起部111位于第一单极板11的阴极侧，第一凸起部111呈倒梯形结构，第一凸起部111靠近膜电极组件13的一端呈齿形结构，其下宽度为2.5mm，侧面与第一单极板11形成夹角为60°，相邻第一凸起部111之间的间距为1.8mm，高度（齿形上尖端）为0.9mm。在第一腔口113（氢腔口）靠近阴极室的一侧有多个第一流道，使该部分第一凸起部111呈中空间断式结构，第一流道的宽度为2.2mm，相邻第一流道的间距为1.2mm，第一流道的高度为0.8mm。置于第一凹陷部112的第一密封件12的截面为异形，侧面为弧形，上下与第一单极板11及膜电极组件13接触的部分由夹角为120°的直线段构成，压缩率为32％，压缩后第一密封件12的高度为0.9mm。第一凸起部111的材质为聚醚醚酮，第一密封件12为三元乙丙橡胶材料，且可以通过模压法制备。
第二膜电极组件13中的第一边框133和第二边框135及第二边框135上的第二凸起部131通过双色注塑的方式制备，第二凸起部131位于膜电极组件13阳极侧，第二凸起部131呈倒梯形结构，其下宽度为2.5mm，侧面与第二边框135形成夹角为60°，相邻第二凸起部131之间的间距为1.8mm，高度（齿形上尖端）为1.2mm。在第二腔口136（氧腔口）靠近阳极室的一侧有多个第二流道131b，使该部分第二凸起部131呈中空间断式结构，第二流道131b的宽度为2.2mm，相邻第二流道131b的间距为12mm，第二流道131b的高度为1mm。置于第二凹陷部132的第二密封件14的截面为异形，侧面为弧形，上下与膜电极组件13及第二单极板15接触的部分由夹角为120°的直线段构成，压缩率为32％，压缩后第二密封件14的高度为1.2mm。第一边框133与第二边框135的材料为聚四氟乙烯，第二凸起部131的材质为聚醚醚酮，第一边框133、第二边框135和第二凸起部131通过双色注塑工艺制备。具体第一边框133与第二边框135在预先涂覆过反应性聚氨酯的质子膜134上注塑成型，第二凸起部131在第二边框135上注塑成型。第二密封件14为三元乙丙橡胶材料，且可以通过模压法制备。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种制氢装置，其特征在于，所述制氢装置包括依次层叠设置的第一单极板、第一密封件、膜电极组件、第二密封件和第二单极板；
所述第一单极板的外沿及部分腔口位置设有至少两道第一凸起部，相邻所述第一凸起部之间形成第一凹陷部，所述第一密封件设置于所述第一凹陷部；
其中，所述第一密封件远离所述第一单极板的一端与所述膜电极组件抵接，所述第一密封件被压缩于所述第一单极板与所述膜电极组件之间，以使所述第一密封件形成所述第一单极板与所述膜电极组件之间的第一道密封；所述第一密封件压缩后与所述第一凸起部的高度一致，所述第一密封件受到的侧向气压升高时，所述第一密封件发生形变，并侧向推压所述第一凸起部，所述第一凸起部被推压发生形变，所述第一凸起部远离所述第一单极板的一端与所述膜电极组件抵接，以使所述第一凸起部形成所述第一单极板与所述膜电极组件之间的第二道密封；
所述膜电极组件远离所述第一单极板一侧的外沿及部分腔口位置设有至少两道第二凸起部，相邻所述第二凸起部之间形成第二凹陷部，所述第二密封件设置于所述第二凹陷部；
其中，所述第二密封件远离所述膜电极组件的一端与所述第二单极板抵接，所述第二密封件被压缩于所述膜电极组件与所述第二单极板之间，以使所述第二密封件形成所述膜电极组件与所述第二单极板之间的第一道密封；所述第二密封件压缩后与所述第一凸起部的高度一致，所述第二密封件受到的侧向气压升高时，所述第二密封件发生形变，并侧向推压所述第二凸起部，所述第二凸起部被推压发生形变，所述第二凸起部远离所述膜电极组件的一端与所述第二单极板抵接，以使所述第二凸起部形成所述膜电极组件与所述第二单极板之间的第二道密封。
2.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第一凸起部的侧面与所述第一单极板形成的夹角范围为30°~90°。
3.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第一密封件压缩后的宽度与所述第一凹陷部的宽度一致，以在所述第一密封件被气压推动挤压所述第一凸起部时，所述第一凸起部与所述膜电极组件形成密封面的密封力随着内部气压的升高而增大。
4.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第一凸起部靠近所述膜电极组件的一侧设有多个第一齿部。
5.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第二凸起部的侧面与所述膜电极组件形成的夹角范围为30°~90°。
6.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第二密封件压缩后的宽度与所述第二凹陷部的宽度一致，以在所述第二密封件被气压推动挤压所述第二凸起部时，所述第二凸起部与所述第二单极板形成密封面的密封力随着内部气压的升高而增大。
7.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第二凸起部靠近所述第二单极板的一侧设有多个第二齿部。
8.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述膜电极组件包括质子膜、第一边框和第二边框；
沿所述制氢装置的厚度方向，所述第一边框位于所述质子膜的一侧，所述第二边框位于所述质子膜的另一侧；
所述第一凸起部与所述第一密封件能够与所述第一边框配合，所述第二凸起部位于所述第二边框。
9.根据权利要求8所述的制氢装置，其特征在于，所述第一边框材料为聚四氟乙烯或聚氨酯；
所述第一凸起部材料包括聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚亚酰胺中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的制氢装置，其特征在于，所述第二边框的材料为聚四氟乙烯或聚氨酯；
所述第二凸起部的材料包括聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚亚酰胺中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第一密封件的侧面呈弧形；
或，所述第一密封件分为相连接的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分与所述膜电极组件抵接，所述第三部分与所述第一单极板抵接，所述第一部分与所述第三部分为平面结构，所述第二部分为弧形。
12.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第二密封件的侧面呈弧形；
或，所述第二密封件分为相连接的上部分、中间部分和下部分，所述上部分与所述第二单极板抵接，所述下部分与所述膜电极组件抵接，所述上部分与所述下部分为平面结构，所述中间部分为弧形。
13.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述第一单极板设有第一腔口，所述膜电极组件的一侧设有阴极室；
所述第一腔口靠近所述阴极室的一侧设有一道第一凸起部，所述第一凸起部内设有多个第一流道，多个所述第一流道用于连通所述阴极室与所述第一腔口。
14.根据权利要求13所述的制氢装置，其特征在于，各所述第一流道的宽度为0.3mm~3mm；
相邻所述第一流道之间的间隔为0.3mm~3mm；
位于所述第一流道上方的部分所述第一凸起部的厚度为0.1mm~1mm。
15.根据权利要求13所述的制氢装置，其特征在于，所述膜电极组件设有第二腔口，所述膜电极组件背离所述阴极室的一侧设有阳极室；
所述第二腔口靠近所述阳极室的一侧设有一道第二凸起部，所述第二凸起部内设有多个第二流道，多个所述第二流道用于连通所述阳极室与所述第二腔口。
16.根据权利要求15所述的制氢装置，其特征在于，各所述第二流道的宽度为0.3mm~3mm；
相邻所述第二流道之间的间隔为0.3mm~3mm；
位于所述第二流道上方的部分所述第二凸起部的厚度为0.1mm~1mm。
17.一种制作制氢装置的方法，用于形成权利要求1~16任一项所述的制氢装置，其特征在于，所述制作方法包括：
在第一单极板上的外沿及部分腔口位置注塑至少两道第一凸起部，使相邻所述第一凸起部之间形成第一凹陷部，所述第一凹陷部用于放置第一密封件；
在膜电极组件的外沿及部分腔口位置注塑至少两道第二凸起部，使相邻所述第二凸起部之间形成第二凹陷部，所述第二凹陷部用于放置第二密封件；
将所述第一凸起部朝上设置的所述第一单极板、所述第一密封件、所述第二凸起部朝上设置的所述膜电极组件、所述第二密封件和所述第二单极板依次层叠组装。
18.根据权利要求17所述的制作制氢装置的方法，其特征在于，在所述第一单极板上注塑所述第一凸起部之前，所述制作方法还包括：
在所述第一单极板注塑所述第一凸起部的位置涂覆胶黏剂。
19.根据权利要求17所述的制作制氢装置的方法，其特征在于，所述膜电极组件包括第一边框、质子膜和第二边框，所述制作方法还包括：
将所述第一边框、所述质子膜和所述第二边框进行层压粘合形成所述膜电极组件；
在所述第二边框上注塑形成所述第二凸起部。
20.根据权利要求17所述的制作制氢装置的方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
将质子膜放置模具中，沿第一填料口向所述模具的第一型腔内填充材料，在所述质子膜的两侧注塑第一边框和第二边框形成所述膜电极组件；
关闭所述第一填料口，沿第二填料口向模具的第二型腔内填充材料，在所述第二边框上注塑形成所述第二凸起部。
21.根据权利要求20所述的制作制氢装置的方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
注塑所述第二凸起部之前，所述第一型腔与所述第二型腔之间通过第一挡块隔离；
注塑所述第二凸起部时，驱动所述第一挡块远离所述第二型腔，使所述第一型腔与所述第二型腔相连通。
22.根据权利要求20所述的制作制氢装置的方法，其特征在于，在所述第二边框上注塑所述第二凸起部之前，所述制作方法还包括：
在所述第二边框注塑所述第二凸起部的位置涂覆胶黏剂。
23.根据权利要求17所述的制作制氢装置的方法，其特征在于，所述第一单极板包括第一腔口，所述膜电极组件设有阴极室，所述制作方法还包括：
在所述第一腔口靠近所述阴极室的一侧注塑一道第一凸起部，并在 所述第一凸起部内注塑形成多个第一流道。
24.根据权利要求17所述的制作制氢装置的方法，其特征在于，所述膜电极组件包括第二腔口和阳极室，所述制作方法还包括；
在所述第二腔口靠近所述阳极室的一侧注塑一道第二凸起部，并在所述第二凸起部内注塑形成多个第二流道。
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