一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构

本技术属于电解水制氢，具体地涉及一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构。

背景技术：

1、电解水制氢技术包括碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢、阴离子交换膜电解水制氢。质子交换膜电解水技术的电流密度高、能耗低、产氢压力高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载，与风电、光伏等可再生能源具有良好的匹配性，是电解水制氢的适宜方案。

2、双极板是电解槽的核心零部件，主要作用为支撑膜电极、提供流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量，其成本约占质子交换膜电解槽的53%。双极板合理的流道设计能够促进流体的均匀分布，有利于制氢过程中热量的均匀分散，能够降低单位能耗，提高电解效率，降低质子交换膜电解槽的成本。

3、目前国内质子交换膜电解槽的双极板流场主要采用平行流场和蛇形流场两种结构。其中，平行流场作为质子交换膜电解槽最常见的流场，具有易加工成型、反应物分布均匀、流体流动时压力损失较小等优点，但各通道流速分布不均，流体流动性较差，易出现回流问题，严重影响电解槽的工作性能。蛇形流场温度分布比较均匀，但在弯道处易发生气液堆积，使电流密度降低，限制了质子交换膜电解水制氢技术的进一步发展。

技术实现思路

1、基于上述质子交换膜电解槽极板流道所带来的技术问题，本实用新型提出一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构。本实用新型能够有效提高电解槽流道内气液流速，促进流道内流体的均匀分布，减少滞气现象，强化了传热传质过程，有效地避免了电解槽内热量堆积造成 “热点”的出现，提高质子交换膜电解槽的电解效率，降低单位能耗。

2、为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构，它包括极板和密封圈，所述极板中间设置流场，流场采用平行流道连通入口歧管和出口歧管，入口歧管上设置入水口，出口歧管上设置出水口；

4、流场中还设置辐射形流道，辐射形流道为半圆形，它设置在流场第一侧边和流场第二侧边之间，连通平行流道。

5、所述辐射形流道包括第一辐射流道、第二辐射流道和第三辐射流道。

6、所述第一辐射流道、第二辐射流道和第三辐射流道的半径相同。

7、所述第一辐射流道的圆心位于流场的中心处，第二辐射流道和第三辐射流道的圆心位于流场中心的下方。

8、所述流场中设置10-20道平行流道。

9、本实验新型的有益效果：

10、它包括入水口、入口歧管、主体流道、缓冲流道、出口歧管、出水口。入水口位于流场结构的一端进水处、出水口位于流场结构的另一端出水处，流场结构中设有主体流道和缓冲流道，主体流道由传统的平行流道组成，缓冲流道由三个相同半径的辐射形半圆阵列组成，连通主体流道，将主体流道中部流体再均匀分配给侧流道，对平行流道中部气液的堆积进行“缓冲”，出入口歧管用于连接出入水口和主体流道。

11、本实用新型基于对传统质子交换膜电解槽的平行流场仿真模拟结果，着重于解决传统质平行流场存在的流体堆积和热量分布不均匀等问题，根据电解液流体流动特性及流体传热传质效果，创新地使用由三个相同半径的辐射形半圆阵列组成的缓冲流道，连通主体流道，利用流道内流体存在的压力差和流速差，将主体流道中部流体均匀再分配给侧流道，对平行流道中部气液的堆积进行“缓冲”，有效的防止了滞流和回流现象。

技术特征：

1.一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构，它包括极板和密封圈，其特征在于：所述极板中间设置流场，流场采用平行流道连通入口歧管和出口歧管，入口歧管上设置入水口，出口歧管上设置出水口；

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构，其特征在于：所述辐射形流道包括第一辐射流道、第二辐射流道和第三辐射流道。

3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构，其特征在于：所述第一辐射流道、第二辐射流道和第三辐射流道的半径相同。

4.根据权利要求2所述的一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构，其特征在于：所述第一辐射流道的圆心位于流场的中心处，第二辐射流道和第三辐射流道的圆心位于流场中心的下方。

5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构，其特征在于：所述流场中设置10-20道平行流道。

技术总结一种质子交换膜电解槽的缓冲型流场结构，其属于电解水制氢技术领域。它包括入水口、入口歧管、平行流道、辐射形流道、出口歧管、出水口；入水口位于流场结构的一端进水处、出水口位于流场结构的另一端出水处；辐射形流道由三个相同半径的辐射形半圆阵列组成，连通主体流道，将主体流道中部流体再均匀分配给侧流道，对平行流道中部气液的堆积进行“缓冲”，出入口歧管用于连接出入水口和主体流道。该结构够有效提高电解槽流道内气液流速，促进流体在流道内的均匀分布，减少滞气现象，避免电解过程中“热点”的产生，提升质子交换膜电解槽的电解效率，降低单位能耗。技术研发人员：刘进轩,许可,殷捷,梁竞,卢军受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：20230905技术公布日：2024/4/17