CN214848715U - 电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统，涉及氢能利用技术中氢气输运提纯增压处理技术领域，本实用新型所提供的电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统，主要将组成加压装置的各个加压单元进行了串联设置，从而实现氢气的连续加压，进而提升了氢气加压装置的加压能力，保障氢气加压后的压力数值，使氢气能够适应于对氢气压力要求较高的燃料电池车辆。同时，各级加压单元的厚度尺寸逐渐增大，以使加压装置获得更好结构性能，能够承载更大压力的氢气。本实用新型还能够解决微小浓度的氢气混杂在煤气、天然气等管线供气系统中，从低浓度到高纯度过程中的富集、分离、提纯、加压的问题。

Description

电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统

技术领域

本实用新型涉及氢能利用技术中氢气输运提纯增压处理技术领域，具体涉及电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统。

背景技术

近些年来，以氢作为燃料的各种燃料电池逐渐得到了普及和推广。尤其是在车辆技术领域，各种与燃料电池相配套的基础设备设施的建设已经被提上日程。电化学式氢气加压泵因具有升压效率高、体积小、噪音低的优势，而被视为压缩机的可行替代品。

其中，现有的电化学式氢气加压泵一般由多个带有膜电极接合体的加压单元所构成，各个加压单元并联或串联设置。对于将各个加压单元并联设置的技术方案而言，每一加压单元的加压能力有限，难以适用于对加压后氢气压力要求较高的燃料电池车辆。对于将各个加压单元串联设置的技术方案而言，随着氢气压力的逐级提升，加压装置的内部压力也会显著提升，加压装置在高压力的影响下，容易出现意外破损，可靠性较差。

实用新型内容

本申请提供了电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统，其可以有效适用于对加压后氢气压力要求较高的场合，并且其结构具有较好可靠性。

第一方面，本申请提供了一种电化学式氢气加压装置，所述加压装置包括：

加压单元，所述加压单元包括依次连接的阳极隔板、第一膜电极接合体和阴极隔板；所述阳极隔板上设有用于向所述第一膜电极接合体阳极侧提供氢气的加压入口，所述阴极隔板上设有用于供所述第一膜电极接合体阴极侧排出氢气的加压出口；

其中，所述加压单元的数量为多个，多个所述加压单元依次串联连接；所述加压单元的厚度尺寸为其阳极隔板至其阴极隔板的尺寸，沿氢气输送方向，后一所述加压单元的厚度尺寸大于前一所述加压单元的厚度尺寸。

在本申请部分实施例中，沿所述氢气输送方向，后一所述加压单元中的阳极隔板、第一膜电极接合体和阴极隔板中至少一者的厚度尺寸，大于前一所述加压单元中相同部件的厚度尺寸。

在本申请部分实施例中，沿所述氢气输送方向，各所述加压单元的厚度尺寸之比为1:1.4:1.59:1.7:1.76：1.8:1.82:1.84:1.85。

在本申请部分实施例中，所述加压单元还包括：

绝缘体，所述绝缘体设于所述阳极隔板和所述阴极隔板之间，所述绝缘体配合所述阳极隔板和所述阴极隔板围合出用于容置所述第一膜电极接合体的空间。

在本申请部分实施例中，所述第一膜电极接合体包括沿所述阳极隔板至所述阴极隔板的方向依次垒叠的第一阳极扩散层、第一阳极催化层、第一质子交换膜、第一阴极催化层和第一阴极扩散层；

其中，所述第一阳极扩散层与所述阳极隔板相连接，以使所述加压入口和所述第一阳极扩散层相连通，所述第一阴极扩散层与所述阴极隔板相连接，以使所述加压出口和所述第一阴极扩散层相连通。

在本申请部分实施例中，所述加压装置还包括：

第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板相对设置，各所述加压单元沿所述第一端板至所述第二端板的方向依次垒叠于所述第一端板和所述第二端板之间；所述加压单元的厚度方向沿所述第一端板至所述第二端板的方向设置；

紧固件，所述紧固件用于向所述第一端板和所述第二端板施加使两者具有朝向彼此运动趋势的紧固力，以使得所述第一端板和所述第二端板夹持住处于两者之间的各所述加压单元。

第二方面，本申请还提供了一种电化学式氢气纯化、加压系统，包括如第一方面所述加压装置，所述系统还包括：

电化学式氢气纯化装置，所述纯化装置包括纯化单元，所述纯化单元包括第二膜电极接合体，所述纯化单元上设置有用于向所述第二膜电极接合体阳极侧提供氢气的纯化入口和用于供所述第二膜电极接合体阴极侧排出氢气的纯化出口；

其中，所述纯化出口与所述加压装置在所述氢气输送方向上处于最前侧的加压单元的加压入口相连通。

采用如上设置之后，整个纯化装置能够产生较大体量的纯化后的氢气，从而有效地适用于整个系统所输入的氢气含杂量较高的场合，生成符合使用条件的压力、纯度的氢气。

在本申请部分实施例中，所述纯化单元的数量为多个，多个所述纯化单元并联设置，并且各所述纯化单元的纯化入口被配置成能够彼此独立地接收氢气。

其中，各所述纯化入口能够单独地接收含有杂气的氢气，所以相较于仅设置单个纯化入口的技术方案，纯化装置所接收的外界含有杂气的氢气的体量更大，纯化后的氢气产量更高。

在本申请部分实施例中，各所述第二膜电极接合体的通流面积之和与所述第一膜电极接合体的通流面积之间的比值为2：1至35:1。

在本申请部分实施例中，所述第二膜电极接合体包括：

第二质子交换膜，

第二阳极催化层和第二阴极催化层，所述第二阳极催化层和所述第二阴极催化层分别连接在所述第二质子交换膜的两面上；

第二阳极扩散层和第二阴极扩散层，所述第二阳极扩散层连接所述第二阳极催化层背向于所述第二质子交换膜的一面上，所述第二阴极扩散层连接在所述第二阴极催化层背向于所述第二质子交换膜的一面上。

在本申请部分实施例中，所述第二阳极扩散层部分地限定出所述纯化单元的外轮廓，以使所述第二阳极扩散层构成所述纯化入口。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果包括：

(1)本实用新型所提供的电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统，主要将组成加压装置的各个加压单元进行了串联设置，从而实现氢气的连续加压，进而提升了氢气加压装置的加压能力，保障氢气加压后的压力数值，使氢气能够适应于对氢气压力要求较高的燃料电池车辆。同时，各级加压单元的厚度尺寸逐渐增大，以使加压装置获得更好结构性能，能够承载更大压力的氢气。

(2)本申请对于纯化单元和加压单元的结构配置，有效解决了混杂在煤气、天然气等管线供气系统的低或微小浓度氢气富集、分离、提纯、加压的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供电化学式氢气加压装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供电化学式氢气加压装置中加压单元的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供电化学式氢气加压装置中第一膜电极接合体的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供电化学式氢气纯化、加压系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供电化学式氢气纯化、加压系统中第二膜电极接合体的结构示意图；

图6为本实用新型另一实施例所提供电化学式氢气纯化、加压系统中第二阳极扩散层的结构示意图。

附图标记说明：

100-加压单元，110-第一膜电极接合体，111-第一质子交换膜，112-第一阳极层，113-第一阴极层，114-第一阳极催化层，115-第一阳极扩散层，116-第一阴极催化层，117-第一阴极扩散层，120-阳极隔板，121-加压入口，130-阴极隔板，131-加压出口；

210-阳极导电板，220-阳极绝缘板，230-阴极导电板，240-阴极绝缘板；

300-绝缘体；

410-第一端板，420-第二端板，430-螺栓，440-螺母；

600-纯化单元，610-第二膜电极接合体，621-第二质子交换膜，612-第二阳极层，613-第二阴极层，614-第二阳极催化层，615-第二阳极扩散层，616-第二阴极催化层，617-第二阴极扩散层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明确或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为使本领域任何技术人员能够实现和使用本实用新型，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本实用新型。在其它实例中，不会对已知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本实用新型的描述变得晦涩。因此，本实用新型并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种电化学式氢气加压装置。在本实施例中，上述加压装置包括：

加压单元100，所述加压单元100包括依次连接的阳极隔板120、第一膜电极接合体110和阴极隔板130；所述阳极隔板120上设有用于向所述第一膜电极接合体110阳极侧提供氢气的加压入口121，所述阴极隔板130上设有用于供所述第一膜电极接合体110阴极侧排出氢气的加压出口131；

其中，所述加压单元100的数量为多个，多个所述加压单元100依次串联连接；所述加压单元100的厚度尺寸为其阳极隔板120至其阴极隔板130的尺寸，沿氢气输送方向，后一所述加压单元100的厚度尺寸大于前一所述加压单元100的厚度尺寸。

上述加压装置主要对氢气进行加压作业，其主要由多个结构、原理相一致的加压单元100连接而构成。请参阅图3，每一加压单元100均包括由第一阳极层112、第一质子交换膜111和第一阴极层113依次连接、垒叠所构成的第一膜电极接合体110，各级第一膜电极接合体110用于实现氢气的连续的、累进的加压作业，以使氢气压力能够满足于燃料电池车辆的使用条件。

下面将简单介绍加压单元100的加压原理：

在加压单元100使用时，上述第一阳极层112和第一阴极层113被施加以电压，同时，上述第一阳极层112通过阳极隔板120上的加压入口121而被施加低压的氢气。然后如(1)式所示的，在第一阳极层112中，氢在催化剂的作用下被解离为质子和电子。

H₂(低压)→2H⁺+2e^- (1)

在第一阳极层112被解离出来的质子随着水分子在第一质子交换膜111中移动。并通过第一质子交换膜111而最终抵达至第一阴极层113，上述质子于阴极层当中进行如下的(2)式所示变化，即第一阴极层113中所具有的电子和通过第一质子交换膜111的质子进行还原反应，进而得到富集、分离、提纯、加压后的氢气，并于阴极隔板130上的加压出口131所排出。

2H⁺+2e^-→H₂(高压) (2)

在本实施例中，多个加压单元100串联连接，即后一加压单元100中的第一膜电极接合体110用于接收前一加压单元100当中经过加压后的氢气，从而实现连续的、累进式的加压。

更为重要的，随着氢气的不断加压，沿氢气输送方向，处于较后侧上加压单元100中氢气的压力会显著的大于处于较前侧加压单元100中氢气的压力，这对加压单元100及整个加压装置的压力承载能力提出了更高的要求。如果各级加压单元100的压力承载能力一致，则较后侧的加压单元100在使用过程当中，容易出现例如阳极隔板120及阴极隔板130弯曲形变、用于容置第一膜电极接合体110的空间泄露、质子交换膜龟裂等意外破损。

所以，本实施例中，沿所述氢气输送方向，前一加压单元100的厚度尺寸大于后一加压单元100的厚度尺寸。即各级加压单元100的厚度尺寸呈逐渐递增的样式，加压单元100的厚度尺寸增大后，其压力承载能力也随之增大、在压力作用下抵抗变形的能力也越强，从而能够满足于压力逐渐增大的氢气。

其中，氢气在加压后通过第一阳极层112向阳极隔板120施加压力还通过第一阴极层113向阴极隔板130施加压力。针对这一情况，请参阅图1和图2，在本实施例中，沿氢气输送方向，后一加压单元100中的阳极隔板120和阴极隔板130的厚度尺寸大于前一加压单元100中的阳极隔板120、阴极隔板130的厚度尺寸，从而实现各级加压单元100在厚度尺寸上的差异，有效应对于氢气通过第一阳极层112和第一阴极层113时向其所施加的形变趋势。

实施人员还可以依据自身需求，而对应调整其他部件的厚度尺寸，来达到提升加压单元100压力承载能力的技术效果。例如，在另一实施例中，在氢气输送方向上，后一加压单元100中的第一膜电极接合体110的厚度尺寸大于前一加压单元100中第一膜电极接合体110的厚度尺寸，以提升较后侧第一膜电极接合体110的压力承载能力，避免较后侧第一膜电极接合体110出现异常变形、质子交换膜龟裂等意外破损。这里需要指出的是，可以仅将各级加压单元100中一部分相同部件的厚度尺寸设置成不同的，这样能够提升各级加压单元100中零部件的互换性，方便安装及维修更替。以本实施例为典型，各级加压单元100中仅有阳极隔板120、阴极隔板130的厚度尺寸呈现为逐级增大的形态，在安装时，安装人员能够更为直观地辨别各级加压单元100，同时还能够提升第一膜电极接合体110的互换性。

在另一实施例中，沿所述氢气输送方向，各所述加压单元100的厚度尺寸之比为1:1.4:1.59:1.7:1.76：1.8:1.82:1.84:1.85。

更为具体的，在本实施例中，上述阳极隔板120和阴极隔板130上开设有流路槽，以方便低压氢气由加压入口121流动至第一膜电极接合体110，并方便高压氢气第一膜电极接合体110流动至加压出口131。另外，上述阳极隔板120和阴极隔板130作为导体，还构成电池回路的一部分。具体是阳极隔板120通过阳极导电板210连接在阳极之上，而阴极隔板130则通过阴极导电板230连接在阴极之上。阳极隔板120与第一阳极层112彼此导电，阴极隔板130与第一阴极层113彼此导电，从而使得阳极隔板120和阴极隔板130分别向第一阳极层112和第一阴极层113提供电压。相邻两级加压单元100中的阳极隔板120和阴极隔板130彼此导电连接，也就是说，各级加压单元100形成串联结构，进而使得整个加压装置仅设置一对阳极导电板210和阴极导电板230即可同时向各级加压单元100中的第一膜电极接合体110提供电压。

同时，为避免加压单元100中阳极隔板120和阴极隔板130彼此导电，在本实施例中，所述加压单元100还包括绝缘体300，所述绝缘体300设于所述阳极隔板120和所述阴极隔板130之间，所述绝缘体300配合所述阳极隔板120和所述阴极隔板130围合出用于容置所述第一膜电极接合体110的空间。其中，绝缘体300主要用于实现阳极隔板120和阴极隔板130之间的绝缘，其具体呈现为环形形状，绝缘体300内孔配合阳极隔板120、阴极隔板130形成用于容置第一膜电极接合体110的空间。随着第一膜电极接合体110厚度尺寸的增大，绝缘体300的厚度尺寸也会随之增大。绝缘体300上可以设置例如O型密封圈等密封件，以保障上述空间的密闭性。关于绝缘体300的材质，实施人员综合考虑绝缘性能、导热、易加工装配性能、成本等因素而具体选择。

关于第一膜电极接合体110结构示意，请再次参见图3，本实施例所采用第一膜电极接合体110的结构示意图。在本实施例中，所述第一膜电极接合体110包括沿所述阳极隔板120至所述阴极隔板130的方向依次垒叠的第一阳极扩散层115、第一阳极催化层114、第一质子交换膜111、第一阴极催化层116和第一阴极扩散层117；

其中，所述第一阳极扩散层115与所述阳极隔板120相连接，以在使所述加压入口121和所述第一阳极扩散层115相连通的同时，让阳极隔板120承载第一阳极扩散层115中的气体压力。所述第一阴极扩散层117与所述阴极隔板130相连接，以在使所述加压出口131和所述第一阴极扩散层117相连通的同时，让阴极隔板130承载第一阴极扩散层117中的气体压力。

本领域技术人员可以理解的是：所述第一阳极扩散层115和所述第一阳极催化层114构成上述第一阳极层112，所述第一阴极催化层116和所述第一阴极扩散层117构成上述第一阴极层113。

在本实施例中，第一质子交换膜111主要用于质子传递，其可以是氟系高分子电解质膜，也可以是烃系高分子电解质膜，本公开对此不做限定。而上述第一阳极扩散层115和第一阴极扩散层117则主要供氢气扩散流通并起到导电及机械支撑的功能。在本实施例中，上述第一阳极扩散层115主要由钛粉体烧结体所构成。实施人员还可以使用以钛、钛合金、不锈钢等为材料的金属纤维烧结体，作为第一阳极扩散层115的基材。而第一阴极扩散层117由碳纤维层所构成，但并不限定于此。实施人员可以依据自身需求而对应选择上述第一阳极扩散层115和第一阴极扩散层117的材料构成。其中，采用钛粉体烧结体作为第一阳极扩散层115，并采用碳纤维体117作为第一阴极扩散层117，能够有效保障膜电极结合体导电和导热性能，提升整个加压单元的体积比功率和质量比功率，实施人员可以选用其他材质的第一阳极扩散层115和第一阴极扩散层117，以确保整个加压单元的机械性能以及导电导热性能。

同时，第一阳极催化层114和第一阴极催化层116主要实现催化作用。在本实施例中，第一阳极催化层114和第一阴极催化层116包含有用于催化的铂，但并不限定于此。这里需要说明的是，本领域技术人员具备从现有技术当中选取合适的催化层结构及其制备方法的能力，本公开对此不做特别限定。例如，作为催化剂的载体，可以采用具有导电性的碳系粉末或者化物粉末。作为碳系粉末，可以采用石墨、炭黑、具有导电性的活性炭等的粉末。而对于载体上如何搭载铂催化剂或者其他金属催化剂的方法，可以采用使用粉末间相互混合或液相混合等方法。

请再次参见图1，在本实施例中，所述加压装置还包括：

第一端板410和第二端板420，所述第一端板410和所述第二端板420相对设置，各所述加压单元100沿所述第一端板410至所述第二端板420的方向依次垒叠于所述第一端板410和所述第二端板420之间，所述第一端板410和所述第二端板420夹持住处于两者之间的各所述加压单元100；所述加压单元100的厚度方向沿所述第一端板410至所述第二端板420的方向设置；

紧固件，所述紧固件用于向所述第一端板410和所述第二端板420施加使两者具有朝向彼此运动趋势的紧固力，以使得所述第一端板410和所述第二端板420夹持住处于两者之间的各所述加压单元100。

上述第一端板410和第二端板420主要用于实现各级加压单元100的固定，阳极导电板210和阴极导电板230设于第一端板410和第二端板420之间，并且分别与供电单元的阳极、阴极相连接。阳极导电板210和第一端板410之间设置有阳极绝缘板220，阴极导电板230和第二端板420之间设置有阴极绝缘板240，用于实现第一端板410和第二端板420的绝缘。实施人员还可以采用其他形式进行导电，例如，在另一实施例中，取消了上述阳极导电板210和阴极导电板230的设置，电源的阳极、阴极直接通过端子而与对应阳极层、阴极层导电连接。又例如，在另一实施例中，上述电源具有探针或者导电插接件，以用于向对应加压单元100施加电压。

在本实施例中，上述紧固件包括有穿过第一端板410和第二端板420并且依次贯穿各级加压单元100中阳极隔板120、阴极隔板130的螺栓430，以及螺纹连接在螺栓430伸出于端板部位上的螺母440。螺母440和螺栓430的头部通过向第一端板410和第二端板420施加起到紧固作用的夹持力，从而使得第一端板410和第二端板420夹持住上述各级加压单元100。

其中，以第一端板410和第二端板420对各级加压单元100进行夹持，并通过螺栓430和与其相连接的螺母440进行夹持安装，使得实施人员能够灵活调整加压装置当加压单元100的级数。

上述紧固件还可以被构造成其他形式，例如，在另一实施例中，上述紧固件包括有弹性件，弹性件的两端分别连接在第一端板410和第二端板420上，以向第一端板410和第二端板420施加使两者具有朝向彼此运动趋势的弹性力，上述弹性力即构成紧固力。在相关实施例中，上述弹性件具体为拉簧，拉簧的两端分别连接在第一端板410和第二端板420之上，以向两者施加使两者具有朝向彼此运动运动趋势的弹性力。

请参见图4，本实施例还提供了一种电化学式氢气纯化、加压系统，所述系统包括有如上所述的电化学式氢气加压装置，所述系统还包括：

电化学式氢气纯化装置，所述纯化装置包括纯化单元600，所述纯化单元600包括用于对氢气提纯的第二膜电极接合体610，所述纯化单元600上设置有用于向所述第二膜电极接合体610阳极侧提供氢气的纯化入口和用于供所述第二膜电极接合体610阴极侧排出氢气的纯化出口；

其中，所述纯化出口与所述加压装置在所述氢气输送方向上处于最前侧的加压单元100的加压入口121相连通。

在系统中，纯化装置主要对氢气进行预处理，通过第二膜电极接合体610提升加压装置中所通入的氢气纯度，进而提升最终所获得的氢气的纯度，保障氢气经过处理后，其压力、纯度均能够满足使用需求。以本实施例所提供的包含有上述纯化装置的系统为例，本实施例的应用场景为：小或微浓度的氢气(<20％)混杂在煤气、天然气等管线供气系统中。本实施例所提供的系统实现了氢气由低纯度到高纯度(99.999％)过程中的富集、分离、提纯、加压。

另外，纯化单元600与加压单元100可以各自使用不同类型的双极板，各单元中对应扩散层、双极板流道层面以及密封圈配合形成供氢气导通的通路。流道的形式包括但不限于：开放阳极(阴极)式，3D变截面式流场，波浪式、蛇形式等。

更为具体的，在本实施例中，所述纯化单元600的数量为多个，多个所述纯化单元600并联设置，并且各所述纯化单元600的纯化入口被配置成能够彼此独立地接收氢气。

其中，第一膜电极接合体110和第二膜电极接合体610对氢气的处理原理一致，两者均能够实现氢气的纯化及加压。但在纯化装置中，由于其各个纯化单元600并联设置，并且各所述纯化入口能够单独地接收含有杂气的氢气，所以相较于仅设置单个纯化入口的技术方案，本实施例所提供的纯化装置所接收的外界含有杂气的氢气的体量更大，纯化后的氢气产量更高。

在纯化装置中，氢气仅通过第二膜电极接合体610进行了一次加压，所以这些纯化后的氢气压力并不满足使用条件。而加压装置则实现了对纯化后氢气的连续加压，保障纯化后的氢气的压力能够满足使用条件。

另外，上述加压装置的最后一级中加压单元100的加压出口131可以连通于例如氢气罐的存储装置当中，以对纯度、压力符合使用条件的氢气进行存储，方便燃料电池车辆的后续使用。

需要说明的是，图4中所示出的电化学式氢气纯化、加压系统仅属于一种示意，实施人员可以将其中的纯化装置和加压装置耦合成同一模块，彼此间直接连通，或者将两者配置成彼此间相互独立的模块，纯化装置和加压装置之间通过氢气管路连通。本公开对此不做特别限定。

关于第二膜电极接合体610，请参见图5，在本实施例中，所述第二膜电极接合体610包括：

第二质子交换膜621；

第二阳极催化层614和第二阴极催化层616，所述第二阳极催化层614和所述第二阴极催化层616分别连接在所述第二质子交换膜621的两面上；

第二阳极扩散层615和第二阴极扩散层617，所述第二阳极扩散层615连接所述第二阳极催化层614背向于所述第二质子交换膜621的一面上，所述第二阴极扩散层617连接在所述第二阴极催化层616背向于所述第二质子交换膜621的一面上。

上述第二阳极催化层614和第二阳极扩散层615即构成第二阳极层612，而上述第二阴极催化层616和第二阴极扩散层617即构成第二阴极层613。

其中，第二膜电极接合体610具体材料构成可以选用成和第一膜电极接合体110相一致或不同的。例如，在本实施例中，上述第二膜电极接合体610和第一膜电极接合体110被配置成不同样式，第二膜电极接合体610中的第二阳极扩散层615和第二阴极层617扩散层具体采用了钛合金作为材料的金属纤维烧结体。

同时，在本实施例中，所述第二阳极扩散层615部分地限定出所述纯化单元600的外轮廓，以使所述第二阳极扩散层615构成所述纯化入口。也就是说，在本实施例中，第二阳极扩散层615被构造成开放的样式，这样设置能够提升含有杂气的氢气进入至第二阳极扩散层615当中的效率，进而提升整个纯化装置的纯化效率。

在本实施例中，各个纯化单元600依次垒置，第二阳极扩散层615的侧部呈开放状态，以使其直接接收外部含有杂气的氢气。

请参见图6，在另一实施例中，第二阳极扩散层615被配置成圆筒形状，如此设置能够在有效空间内尽量提升第二阳极扩散层615和含有杂气的氢气之间的接触面积，进而进一步地提升整个纯化装置的纯化效率。

同时，对于单个的第二膜电极接合体610而言，其对于氢气的纯化处理效率较低。所以，需要对第二膜电极结合体610和第一膜电极接合体110的处理能力进行匹配，以避免出现纯化装置不能满足加压装置处理能力的情况。

因此，在本实施例中，各所述第二膜电极接合体610的通流面积之和与所述第一膜电极接合体110的通流面积之间的比值为35:1。如此设置，即可保障纯化装置能够满足加压装置的处理能力。

另外，上述通流面积，即指膜电极接合体中能够供氢质子所通过的有效工作面积。膜电极接合体的通流面积决定了其所能够处理的氢气体量，通流面积越大，则膜电极接合体所能够产生的经过纯化、加压后的氢气体量也就越大。

本实施例所述提供的电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统，主要将组成加压装置的各个加压单元进行了串联设置，从而实现氢气的连续加压，进而提升了氢气加压装置的加压能力，保障氢气加压后的压力数值，使氢气能够适应于对氢气压力要求较高的燃料电池车辆。同时，各级加压单元的厚度尺寸逐渐增大，以使加压装置获得更好结构性能，能够承载更大压力的氢气。

以上对本申请实施例所提供的电化学式氢气加压装置及电化学式氢气纯化、加压系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (11)

1.一种电化学式氢气加压装置，其特征在于，所述加压装置包括：

加压单元，所述加压单元包括依次连接的阳极隔板、第一膜电极接合体和阴极隔板；所述阳极隔板上设有用于向所述第一膜电极接合体阳极侧提供氢气的加压入口，所述阴极隔板上设有用于供所述第一膜电极接合体阴极侧排出氢气的加压出口；

其中，所述加压单元的数量为多个，多个所述加压单元依次串联连接；所述加压单元的厚度尺寸为其阳极隔板至其阴极隔板的尺寸，沿氢气输送方向，后一所述加压单元的厚度尺寸大于前一所述加压单元的厚度尺寸。

2.如权利要求1所述电化学式氢气加压装置，其特征在于，沿所述氢气输送方向，后一所述加压单元中的阳极隔板、第一膜电极接合体和阴极隔板中至少一者的厚度尺寸，大于前一所述加压单元中相同部件的厚度尺寸。

3.如权利要求1所述电化学式氢气加压装置，其特征在于，沿所述氢气输送方向，各所述加压单元的厚度尺寸之比为1:1.4:1.59:1.7:1.76：1.8:1.82:1.84:1.85。

4.如权利要求1所述电化学式氢气加压装置，其特征在于，所述加压单元还包括：

绝缘体，所述绝缘体设于所述阳极隔板和所述阴极隔板之间，所述绝缘体配合所述阳极隔板和所述阴极隔板围合出用于容置所述第一膜电极接合体的空间。

5.如权利要求1所述电化学式氢气加压装置，其特征在于，所述第一膜电极接合体包括沿所述阳极隔板至所述阴极隔板的方向依次垒叠的第一阳极扩散层、第一阳极催化层、第一质子交换膜、第一阴极催化层和第一阴极扩散层；

其中，所述第一阳极扩散层与所述阳极隔板相连接，以使所述加压入口和所述第一阳极扩散层相连通，所述第一阴极扩散层与所述阴极隔板相连接，以使所述加压出口和所述第一阴极扩散层相连通。

6.如权利要求1所述电化学式氢气加压装置，其特征在于，所述加压装置还包括：

第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板相对设置，各所述加压单元沿所述第一端板至所述第二端板的方向依次垒叠于所述第一端板和所述第二端板之间；所述加压单元的厚度方向沿所述第一端板至所述第二端板的方向设置；

紧固件，所述紧固件用于向所述第一端板和所述第二端板施加使两者具有朝向彼此运动趋势的紧固力，以使得所述第一端板和所述第二端板夹持住处于两者之间的各所述加压单元。

7.一种电化学式氢气纯化、加压系统，包括如权利要求1至6中任意一项所述加压装置，其特征在于，所述系统还包括：

电化学式氢气纯化装置，所述纯化装置包括纯化单元，所述纯化单元包括第二膜电极接合体，所述纯化单元上设置有用于向所述第二膜电极接合体阳极侧提供氢气的纯化入口和用于供所述第二膜电极接合体阴极侧排出氢气的纯化出口；

其中，所述纯化出口与所述加压装置在所述氢气输送方向上处于最前侧的加压单元的加压入口相连通。

8.如权利要求7所述电化学式氢气纯化、加压系统，其特征在于，所述纯化单元的数量为多个，多个所述纯化单元并联设置，并且各所述纯化单元的纯化入口被配置成能够彼此独立地接收氢气。

9.如权利要求8所述电化学式氢气纯化、加压系统，其特征在于，各所述第二膜电极接合体的通流面积之和与所述第一膜电极接合体的通流面积之间的比值为2:1至35:1之间。

10.如权利要求7所述电化学式氢气纯化、加压系统，其特征在于，所述第二膜电极接合体包括：

第二质子交换膜；

第二阳极催化层和第二阴极催化层，所述第二阳极催化层和所述第二阴极催化层分别连接在所述第二质子交换膜的两面上；

第二阳极扩散层和第二阴极扩散层，所述第二阳极扩散层连接所述第二阳极催化层背向于所述第二质子交换膜的一面上，所述第二阴极扩散层连接在所述第二阴极催化层背向于所述第二质子交换膜的一面上。

11.如权利要求10所述电化学式氢气纯化、加压系统，其特征在于，所述第二阳极扩散层部分地限定出所述纯化单元的外轮廓，以使所述第二阳极扩散层构成所述纯化入口。

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