一种质子交换膜电解槽的框架结构的制作方法

本申请涉及电解制氢的，特别涉及一种质子交换膜电解槽的框架结构。

背景技术：

1、为了实现“双碳”目标，新能源作为重点研发领域受到了广泛的关注，氢能作为一种无污染、可再生的能源成为了未来能源之一。相比于电能的储存带来的材料污染，氢能可以将其化学能以氢气的方式进行储存，具有无污染、绿色环保的优点。电解槽是一种将电能转化为化学能的装置，对电解槽进行通电能够将水电解成氢气及氧气，将电能转化为化学能，因此通过电解槽能够将富余且难以储存的部分电能用来制备氢气储存，避免能源的浪费。

2、在电解槽的工作过程中，需要源源不断地输入纯水作为电解槽电解的“原料”，并且要对电解槽进行通电，因此电解槽是一个集“电、水、气、热”于一体的复杂工作台。为了提高电解槽的能量转化效率及性能的优化，电解槽的设计是一个极其重要的环节。目前的质子交换膜电解槽采用多层(数十层甚至数百层)电解小室纵向叠加，通过数值模拟技术进行仿真，发现了现有框架层设计存在一些问题，由于进水口和出水口是相对对称分布的，因此流场的流量很少能到达角部区域，因而导致部分气体及水在电解槽的角落进行聚集，且始终难以排出，由于气体的导热能力较差，因此在气体聚集的角落处温度较高，这对电解槽的性能及寿命带来了一定的影响。另一方面，电解过程中催化剂的成本很高，现有设计的这种气体堆积的角部区域对于催化剂的应用效率很低，因此降低了角部区域电化学反应的效率，需要使用更多的催化剂来补偿效率，大幅增加了电解成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种可有效解决上述问题的质子交换膜电解槽的框架结构。

2、本申请提供一种质子交换膜电解槽的框架结构，所述框架结构包括框架主体，所述框架主体形成有矩形的中空腔，所述中空腔的至少一个角部区域设置有填充部，所述填充部包括连接于所述角部区域侧壁的直角壁以及连接在所述直角壁两端之间的第一腔体壁。

3、在一实施例中，所述第一腔体壁为直壁或弧形壁。

4、在一实施例中，所述直角壁包括垂直连接的第一角壁和第二角壁，所述直壁与所述第一角壁或所述第二角壁之间的夹角为30度～60度。

5、在一实施例中，所述框架主体包括闭合围成所述中空腔的四条侧边框，所述框架主体具有相对的第一端面和第二端面；

6、至少两条所述侧边框上包括贯穿所述第一端面和所述第二端面设置的多个流体流通口以及开设于所述第一端面上对应每一所述流体流通口设置的导流通道，所述导流通道一端与所述流体流通口连通、另一端与所述中空腔连通。

7、在一实施例中，所述导流通道一侧的通道侧壁与对应的所述第一腔体壁过渡连接；或，所述导流通道一侧的通道侧壁与对应的所述第一腔体壁通过第一间隔壁连接。

8、在一实施例中，所述中空腔具有腔体侧壁，所述腔体侧壁与所述第二端面连接的一端凸设有裙边，所述第一腔体壁为所述腔体侧壁的一部分。

9、在一实施例中，所述中空腔的腔体侧壁向所述中空腔内延伸形成有多个凸出部，所述凸出部位于相邻的两个所述流体流通口之间。

10、在一实施例中，所述凸出部具有位于所述中空腔的外凸腔体壁，所述外凸腔体壁为所述腔体侧壁的一部分；所述外凸腔体壁呈v形或弧形。

11、在一实施例中，所述导流通道一侧的通道侧壁与对应的所述外凸腔体壁过渡连接；或，所述导流通道一侧的通道侧壁与对应的所述外凸腔体壁通过第二间隔壁连接。

12、在一实施例中，所述凸出部位于所述第一端面的一侧设有第一密封纹，所述第一密封纹围绕所述凸出部的边缘设置；

13、所述填充部位于所述第一端面的一侧设有第二密封纹，所述第二密封纹围绕所述填充部的边缘设置。

14、综上所述，本申请提供一种质子交换膜电解槽的框架结构，框架结构包括框架主体，框架主体形成有矩形的中空腔，中空腔的至少一个角部区域设置有填充部，填充部包括连接于角部区域侧壁的直角壁以及连接在直角壁两端之间的第一腔体壁。本申请通过在中空腔的角部区域设置填充部，可有效改善电解槽内部流场在角落部位流量较少而导致气体在角部堆积无法排出的问题，降低电解槽的温度，并可提升内部流场的均匀性及电解性能，提高角部区域催化剂的使用效率，降低成本。

技术特征：

1.一种质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述框架结构(10)包括框架主体(12)，所述框架主体(12)形成有矩形的中空腔(14)，所述中空腔(14)的至少一个角部区域设置有填充部(20)，所述填充部(20)包括连接于所述角部区域侧壁的直角壁以及连接在所述直角壁两端之间的第一腔体壁(22)。

2.如权利要求1所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述第一腔体壁(22)为直壁或弧形壁。

3.如权利要求2所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述直角壁包括垂直连接的第一角壁和第二角壁，所述直壁与所述第一角壁或所述第二角壁之间的夹角为30度～60度。

4.如权利要求1-3中任一项所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述框架主体(12)包括闭合围成所述中空腔(14)的四条侧边框，所述框架主体(12)具有相对的第一端面(24)和第二端面(26)；

5.如权利要求4所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述导流通道(30)一侧的通道侧壁(38)与对应的所述第一腔体壁(22)过渡连接；或，所述导流通道(30)一侧的通道侧壁(38)与对应的所述第一腔体壁(22)通过第一间隔壁(78)连接。

6.如权利要求4所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述中空腔(14)具有腔体侧壁(42)，所述腔体侧壁(42)与所述第二端面(26)连接的一端凸设有裙边(44)，所述第一腔体壁(22)为所述腔体侧壁(42)的一部分。

7.如权利要求4所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述中空腔(14)的腔体侧壁(42)向所述中空腔(14)内延伸形成有多个凸出部(50)，所述凸出部(50)位于相邻的两个所述流体流通口(28)之间。

8.如权利要求7所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述凸出部(50)具有位于所述中空腔(14)的外凸腔体壁(52)，所述外凸腔体壁(52)为所述腔体侧壁(42)的一部分；所述外凸腔体壁(52)呈v形或弧形。

9.如权利要求8所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述导流通道(30)一侧的通道侧壁(38)与对应的所述外凸腔体壁(52)过渡连接；或，所述导流通道(30)一侧的通道侧壁(38)与对应的所述外凸腔体壁(52)通过第二间隔壁(82)连接。

10.如权利要求8所述的质子交换膜电解槽的框架结构，其特征在于，所述凸出部(50)位于所述第一端面(24)的一侧设有第一密封纹(54)，所述第一密封纹(54)围绕所述凸出部(50)的边缘设置；

技术总结本申请提供一种质子交换膜电解槽的框架结构，框架结构包括框架主体，框架主体形成有矩形的中空腔，中空腔的至少一个角部区域设置有填充部，填充部包括连接于角部区域侧壁的直角壁以及连接在直角壁两端之间的第一腔体壁。本申请通过在中空腔的角部区域设置填充部，可有效改善电解槽内部流场在角落部位流量较少而导致气体在角部堆积无法排出的问题，降低电解槽的温度，并可提升内部流场的均匀性及电解性能，提高角部区域催化剂的使用效率，降低成本。技术研发人员：徐俊,何先成,余瑞兴,汪平山,肖平,杜锦辉受保护的技术使用者：广东卡沃罗氢科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17