CN220619133U - 一种用于aem制氢装置的绝缘密封结构件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其主开口的上下两侧各并列设有一对子开口；主开口和子开口之间的绝缘密封结构件部分为连接部，连接部近极板一侧具有若干条连接主开口和子开口的凸脊，极板近膜电极一侧具有与凸脊相适配的流道凹槽，凸脊高度小于流道凹槽深度，凸脊插入到流道凹槽内，凸脊和流道凹槽间的缝隙构成连通主开口和子开口的气液流道；本实用新型通过设计巧妙的气液流道结构和密封结构，有效增加流道处的密封性和抗干扰性，防止不同流道间的气液发生混流，进而影响电解槽的气密性；凸脊两端采用流线型设计，防止局部气液流体发生阻塞，增加耐久性。
Description
技术领域
本实用新型属于氢能源技术领域，具体涉及一种用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件。
背景技术
AEM电解槽是由若干个单室电解槽串联堆叠而形成，每个单室电解槽由下至上依次为下极板、下绝缘密封框、膜电极、上绝缘密封框和上极板。AEM电解水制氢工艺具有成本低、启停快、耗能少的优点，集合了与可再生能源耦合时的易操作性，制氢纯度高(99.99％以上)，广泛应用于国民经济的各行各业。在电解产气过程中可直接输出3.5MPa以上的高压氢气/氧气，这对电解槽的整体结构，尤其是绝缘密封结构提出了极高的要求。AEM膜上的边框膜并不能提供足够的密封性能，容易出现漏气的现象，因此，通常会在AEM膜电极两侧再增加密封垫片，采用PTFE或者硅胶垫片以加强密封效果，密封方式主要为压力紧固密封。但是，随着电解槽产气能力的提升，密封垫片需要的组装压合力也越来越大，这样才能有效保证电解室的密封性能，但这给电解槽的带来的极大的困扰。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于AEM制氢装置，密封性强、使用寿命长的绝缘密封结构件。
为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，所述AEM制氢装置包括多个单室电解槽，单室电解槽包括膜电极和设于膜电极两侧的极板，膜电极和极板间之间中部还设有气液两相扩散层，膜电极和极板间通过绝缘密封结构件连接，绝缘密封结构件中部设有大小与气液两相扩散层相适配的主开口，所述绝缘密封结构件至少包括用于与极板接触的硬质材料层和用于与膜电极接触的软质材料层；
所述绝缘密封结构件的主开口的上下两侧各并列设有一对子开口，子开口包括在下的第一进液子开口、第二进液子开口，和在上的第一出气液子开口、第二出气液子开口；
主开口和子开口之间的绝缘密封结构件部分为连接部，连接部近极板一侧具有若干条连接主开口和子开口的凸脊，极板近膜电极一侧具有与凸脊相适配的流道凹槽，凸脊高度小于流道凹槽深度，凸脊插入到流道凹槽内，凸脊和流道凹槽间的缝隙构成连通主开口和子开口的气液流道。
优选地，所述凸脊的宽度为0.05-10mm，高度为0.05-3mm，流道凹槽的宽度与凸脊相适配，流道凹槽的深度不大于6mm。
优选地，所述硬质材料层采用PTFE或改性PTFE，软质材料层采用EPDM,PE,PP,CR,或硅胶。
优选地，所述凸脊由子开口到主开口呈放射状布置。
优选地，在所述膜电极一侧的绝缘密封结构件上，第一进液子开口和两个出气液子开口中的一个通过气液流道连通，在膜电极另一侧的绝缘密封结构件上，第二进液子开口和两个出气液子开口中的另一个通过气液流道连通。
优选地，在所述膜电极一侧的绝缘密封结构件上，第一进液子开口和第二出气液子开口处于主开口对角线上，第一进液子开口和第二出气液子开口通过气液流道连通。
优选地，所述绝缘密封结构件上部的气液流道和下部的气液流道之间呈中心对称，上部的气液流道和下部的气液流道中，每两条排序相同的气液流道长度之和相差不超过5％。
优选地，所述凸脊表面呈流线型设计，凸脊近主开口一端或凸脊两端高度小于凸脊平均高度。
优选地，所述硬质材料层的厚度为1-20mm。
优选地，所述软质材料层的厚度为0.5-20mm。
本实用新型的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，至少具有以下优点：
(1)绝缘密封引流结构板中的气液流道部分有效增加流道处的密封性能，防止不同流道间的气液发生混流，提高电解槽的气密性；
(2)绝缘密封引流结构板中的气液流道的凸脊两端采用流线型设计，防止局部气液流体发生阻塞，避免设备长期运行下压力不均匀的情况，增加其耐久性；
(3)软硬结合的工艺有效增加该结构板的使用寿命，两种材料优势互补，保障长期密封性能；
(4)耐高压，采用该绝缘密封引流结构板的AEM电解槽，其抗压能力可达3-7MPa。
附图说明
图1为一种用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件近极板一侧的表面结构示意图。
图2为一种用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件所构成的气液流道结构示意图。
图3为一种凸脊的结构示意图(两端采用流线型设计)。
图中标号为：1、极板，2、绝缘密封结构件，3、主开口，4、第一进液子开口，5、第二进液子开口，6、第一出气液子开口，7、第二出气液子开口，8、凸脊，9、流道凹槽，10、气液流道，11、连接部。
具体实施方式
下面通过实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-3所示，一种用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，所述AEM制氢装置包括多个单室电解槽，单室电解槽包括膜电极和设于膜电极两侧的极板1，膜电极和极板间之间中部还设有气液两相扩散层，膜电极和极板间通过绝缘密封结构件2连接，绝缘密封结构件2中部设有大小与气液两相扩散层相适配的主开口3，所述绝缘密封结构件至少包括用于与极板接触的硬质材料层和用于与膜电极接触的软质材料层；
所述绝缘密封结构件的主开口3的上下两侧各并列设有一对子开口，子开口包括在下的第一进液子开口4、第二进液子开口5，和在上的第一出气液子开口6、第二出气液子开口7；
主开口3和子开口之间的绝缘密封结构件部分为连接部11，连接部近极板一侧具有若干条连接主开口和子开口的凸脊8，极板近膜电极一侧具有与凸脊相适配的流道凹槽9，凸脊8高度小于流道凹槽9深度，凸脊8插入到流道凹槽9内，凸脊8和流道凹槽9间的缝隙构成连通主开口和子开口的气液流道10。
所述凸脊8的宽度为0.05-10mm，高度为0.05-3mm，流道凹槽9的宽度与凸脊8相适配，流道凹槽的深度不大于6mm，以保证气液流道的通过性。
所述硬质材料层采用PTFE或改性PTFE，软质材料层采用EPDM,PE,PP,CR,或硅胶。软质材料层的回弹性较好，可有效弥补硬质材料层抗蠕变性能的不足，保障长时间载荷后电解槽的抗压能力；而硬质材料层加上凸脊的设计则能较好的保证气液流道的密封性和形态稳定。
所述凸脊8由子开口到主开口3呈放射状布置。
在所述膜电极一侧的绝缘密封结构件2上，第一进液子开口4和两个出气液子开口中的一个通过气液流道连通，在膜电极另一侧的绝缘密封结构件上，第二进液子开口和两个出气液子开口中的另一个通过气液流道连通。
在所述膜电极一侧的绝缘密封结构件2上，第一进液子开口4和第二出气液子开口7处于主开口对角线上，第一进液子开口4和第二出气液子开口7通过气液流道连通。
所述绝缘密封结构件2上部的气液流道和下部的气液流道之间呈中心对称，上部的气液流道和下部的气液流道中，每两条排序相同的气液流道长度之和相差不超过5％。例如上部的第一条气液流道与下部的第一条气液流道长度之和，相较于上部的最后一条气液流道与下部的最后一条气液流道长度之和，相差不超过5％。液体或气液就近流入或流出，上述分布的气液流道，使各个局部的液体(电解液)和气液(电解出的气体和残余电解液)在单室电解槽内移动的路径相同或相近，避免了局部压力过高或过低，有利于压力的均布。
如图3所示，所述凸脊8表面呈流线型设计，凸脊8近主开口一端或凸脊两端高度小于凸脊平均高度。凸脊两端设计为流线型，防止流体在气液流道的开口处发生紊乱或阻塞，保障气液顺利流通，避免出现设备长期运行下压力不均匀的情况，增加耐久性和使用寿命。
所述硬质材料层的厚度为1-20mm。
所述软质材料层的厚度为0.5-20mm。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (10)
1.一种用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，所述AEM制氢装置包括多个单室电解槽，单室电解槽包括膜电极和设于膜电极两侧的极板，膜电极和极板间之间中部还设有气液两相扩散层，膜电极和极板间通过绝缘密封结构件连接，绝缘密封结构件中部设有大小与气液两相扩散层相适配的主开口，其特征在于，所述绝缘密封结构件至少包括用于与极板接触的硬质材料层和用于与膜电极接触的软质材料层；
所述绝缘密封结构件的主开口的上下两侧各并列设有一对子开口，子开口包括在下的第一进液子开口、第二进液子开口，和在上的第一出气液子开口、第二出气液子开口；
主开口和子开口之间的绝缘密封结构件部分为连接部，连接部近极板一侧具有若干条连接主开口和子开口的凸脊，极板近膜电极一侧具有与凸脊相适配的流道凹槽，凸脊高度小于流道凹槽深度，凸脊插入到流道凹槽内，凸脊和流道凹槽间的缝隙构成连通主开口和子开口的气液流道。
2.如权利要求1所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，所述凸脊的宽度为0.05-10mm，高度为0.05-3mm，流道凹槽的宽度与凸脊相适配，流道凹槽的深度不大于6mm。
3.如权利要求1所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，所述硬质材料层采用PTFE或改性PTFE，软质材料层采用EPDM,PE,PP,CR,或硅胶。
4.如权利要求1所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，所述凸脊由子开口到主开口呈放射状布置。
5.如权利要求4所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，在所述膜电极一侧的绝缘密封结构件上，第一进液子开口和两个出气液子开口中的一个通过气液流道连通，在膜电极另一侧的绝缘密封结构件上，第二进液子开口和两个出气液子开口中的另一个通过气液流道连通。
6.如权利要求5所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，在所述膜电极一侧的绝缘密封结构件上，第一进液子开口和第二出气液子开口处于主开口对角线上，第一进液子开口和第二出气液子开口通过气液流道连通。
7.如权利要求6所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，所述绝缘密封结构件上部的气液流道和下部的气液流道之间呈中心对称，上部的气液流道和下部的气液流道中，每两条排序相同的气液流道长度之和相差不超过5％。
8.如权利要求1所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，所述凸脊表面呈流线型设计，凸脊近主开口一端或凸脊两端高度小于凸脊平均高度。
9.如权利要求1所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，所述硬质材料层的厚度为1-20mm。
10.如权利要求9所述的用于AEM制氢装置的绝缘密封结构件，其特征在于，所述软质材料层的厚度为0.5-20mm。
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