一种高压质子交换膜电解堆的制作方法

本发明涉及电解水制氢，尤其是涉及一种高压质子交换膜电解堆。

背景技术：

1、质子交换膜(pem)电解槽是一种高效的水电解设备，广泛应用于氢气生产和储能系统。然而，现有的pem电解槽在流量分配、安全性和整体受力均匀性等方面存在一些问题。

2、首先，安全性是pem电解槽重要考虑的因素之一。在电解过程中，会产生大量的氢气和氧气，内部的压力会使得电解堆整体上下膨胀，从而导致上下两侧的端板的中部向外凸起，甚至可能会发生爆炸。端板发生形变导致内部的双极板和膜电极以及密封圈受力不均，直接造成性能下降，甚至发生氢气的泄漏。

3、其次，流量分配是pem电解槽性能的关键因素之一。在传统的pem电解槽中，流体通常通过固定的通道进行分配，这可能导致流量分布不均，从而影响电解效率。此外，不均匀的流量分布可能导致某些区域的过热，从而降低设备的寿命。

4、最后，整体受力均匀性对于pem电解槽的稳定运行也非常重要。在传统的pem电解槽中，由于流量分布、气体生成和热量分布等因素的影响，电解槽可能会受到不均匀的力，这可能导致设备的变形，影响设备的稳定性和寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种高压质子交换膜电解堆，以解决现有技术存在的在电解过程中，会产生大量的氢气和氧气，内部的压力会使得电解堆整体上下膨胀，从而导致上下两侧的端板的中部向外凸起，从而影响电解性能的问题。

2、本发明提供了一种高压质子交换膜电解堆，其中，包括上端板、中间板组件、下端板以及紧固组件；

3、所述中间板组件夹设在所述上端板和所述下端板之间，所述上端板和所述下端板的周向边缘均形成有凸出于所述中间板组件设置的锁紧部，所述锁紧部上开设有多个连接孔，至少部分的所述连接孔的孔径与其余的所述连接孔的孔径不同，孔径相同的所述连接孔在所述锁紧部上呈对称分布；

4、所述紧固组件与所述连接孔一一对应设置，使得多个所述紧固组件围绕于所述中间板组件的周向设置；所述紧固组件包括螺杆和螺母，所述螺杆穿设于所述连接孔，且所述螺杆的直径与其穿设的所述连接孔的孔径相适配，所述螺母装配在所述螺杆长度方向上的端部。

5、优选地，多个所述连接孔包括孔径顺次递减的第一连接孔、第二连接孔和第三连接孔；

6、所述第一连接孔夹设在相邻的两个所述第二连接孔之间，所述第二连接孔夹设在所述第一连接孔和所述第三连接孔之间。

7、优选地，所述上端板和所述下端板均形成为矩形结构，多个所述连接孔在所述锁紧部上呈矩形环状结构排布，所述矩形环状结构包括四个边沿和四个拐角，孔径最大的所述连接孔设置在所述边沿的中间，孔径最小的所述连接孔设置在所述拐角。

8、优选地，每个所述连接孔到所述锁紧部的边缘的距离相同。

9、优选地，所述紧固组件还包括套设于所述螺杆的弹性件，沿所述弹性件的伸缩方向，所述弹性件的两端分别与所述螺母和所述上端板抵接，或者所述弹性件的两端分别与所述螺母和所述下端板抵接。

10、优选地，所述中间板组件的侧壁设置有凹陷的定位槽，用于所述中间板组件的装配；

11、所述中间板组件包括顺次堆叠设置的上绝缘板组件、上集流板、阳极半板、双极板膜电极组件、阴极半板、下集流板和下绝缘板；

12、所述螺杆沿所述中间板组件的堆叠方向延伸；

13、所述上端板与所述上绝缘板组件连接，所述下端板与所述下绝缘板连接。

14、优选地，所述上端板朝向所述上绝缘板组件的一侧形成有凹陷的卡接槽，所述卡接槽的侧壁形成有凸出的定位部，所述上绝缘板组件嵌设在所述卡接槽内，且所述上绝缘板组件的周向侧壁与所述卡接槽的槽壁相贴合。

15、优选地，所述上绝缘板组件的内部形成有多个介质通道，所述介质通道的两端形成为通道入口和通道出口；

16、所述上端板上开设有阳极进口、阳极出口和氢气出口，所述阳极进口、所述阳极出口和所述氢气出口分别通向不同的所述介质通道；

17、分别与所述阳极进口和所述阳极出口连通的所述介质通道上的所述通道出口设置多个；

18、所述上绝缘板组件包括彼此连接设置的第一绝缘板和第二绝缘板，所述第一绝缘板面向所述第二绝缘板的一侧设置有凹陷的第一凹槽，所述第二绝缘板面向所述第一绝缘板的一侧设置有凹陷的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽扣合以形成所述介质通道。

19、优选地，所述上集流板和所述下集流板的侧壁均形成有凸出的接线部，用于连接电源；

20、所述上集流板开设有贯穿于其主体的连通口，所述连通口与所述通道出口一一对应设置。

21、优选地，双极板膜电极组件包括多个交替设置双极板和膜电极；所述双极板开设有贯穿于其主体的开口，所述开口与所述通道出口一一对应设置；

22、所述双极板的一面形成为阳极部，另一面形成为阴极部，所述双极板的一侧形成有三个凸出的极耳，位于中间的所述极耳与其相邻两侧的所述极耳之间的距离不同。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明的一种高压质子交换膜电解堆，可应用于高压产氢工况，通过在上端板和下端板的锁紧部上设置多个孔径尺寸不同的连接孔，并根据每个连接孔的孔径装配与其匹配的紧固组件，使得直径粗细不同的螺杆围设在中间板组件的周向设置，其中直径较粗的螺杆能够为上端板和下端板的连接固定提供更大的支撑力，从而在电解过程中避免上端板和下端板的中间部位出现凸起的情况；由于孔径相同的连接孔呈对称分布，使得直径相同的螺杆等间隔地分布在中间板组件的周向，如此保证紧固组件施力均匀，从而进一步地避免上端板和下端板在电解的过程中产生变形，进而降低了内部整体的形变，有效防止气体混合和积聚，解决了高压产氢工况下的安全性的问题，对设备的电解性能、密封性以及安全性提供可靠保障。

25、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，包括上端板、中间板组件、下端板以及紧固组件；

2.根据权利要求1所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，多个所述连接孔包括孔径顺次递减的第一连接孔、第二连接孔和第三连接孔；

3.根据权利要求1所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，所述上端板和所述下端板均形成为矩形结构，多个所述连接孔在所述锁紧部上呈矩形环状结构排布，所述矩形环状结构包括四个边沿和四个拐角，孔径最大的所述连接孔设置在所述边沿的中间，孔径最小的所述连接孔设置在所述拐角。

4.根据权利要求1所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，每个所述连接孔到所述锁紧部的边缘的距离相同。

5.根据权利要求1所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，所述紧固组件还包括套设于所述螺杆的弹性件，沿所述弹性件的伸缩方向，所述弹性件的两端分别与所述螺母和所述上端板抵接，或者所述弹性件的两端分别与所述螺母和所述下端板抵接。

6.根据权利要求1所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，所述中间板组件的侧壁设置有凹陷的定位槽，用于所述中间板组件的装配；

7.根据权利要求6所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，所述上端板朝向所述上绝缘板组件的一侧形成有凹陷的卡接槽，所述卡接槽的侧壁形成有凸出的定位部，所述上绝缘板组件嵌设在所述卡接槽内，且所述上绝缘板组件的周向侧壁与所述卡接槽的槽壁相贴合。

8.根据权利要求6所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，所述上绝缘板组件的内部形成有多个介质通道，所述介质通道的两端形成为通道入口和通道出口；

9.根据权利要求8所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，所述上集流板和所述下集流板的侧壁均形成有凸出的接线部，用于连接电源；

10.根据权利要求8所述的一种高压质子交换膜电解堆，其特征在于，双极板膜电极组件包括多个交替设置双极板和膜电极；所述双极板开设有贯穿于其主体的开口，所述开口与所述通道出口一一对应设置；

技术总结本发明涉及电解水制氢技术领域，尤其是涉及一种高压质子交换膜电解堆，其包括上端板、中间板组件、下端板和紧固组件；上端板和下端板的周向边缘形成有锁紧部，锁紧部上开设有多个连接孔，至少部分的连接孔的孔径与其余的连接孔的孔径不同，孔径相同的连接孔呈对称分布；紧固组件与连接孔一一对应设置；紧固组件包括螺杆和螺母，螺杆穿设于连接孔，且螺杆的直径与其穿设的连接孔的孔径相适配。本发明通过直径较粗的螺杆能够为上端板和下端板的连接固定提供更大的支撑力，直径相同的螺杆等间隔地分布在中间板组件的周向，如此保证紧固组件施力均匀，从而有效避免高压工况下上端板和下端板的中间部位出现凸起的情况，保证整堆受力均匀性和安全性。技术研发人员：李庆雨,张国强,马宏,李江飞,沈荣安,彭善龙,方川,周炳辉,袁殿受保护的技术使用者：北京亿华通氢能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17