【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電解水制氫，具體涉及一種用于質(zhì)子交換膜（pem）電解槽的氣體流道口及雙極板結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
1、隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮募眲∨噬|(zhì)子交換膜電解水制氫作為一種高效、清潔的制氫技術(shù)備受矚目。pem?電解槽利用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，在直流電作用下將水分解為氫氣和氧氣。在此過程中，氣體的快速、順暢排出對于電解槽的穩(wěn)定運行及生產(chǎn)效率起著決定性作用。
2、傳統(tǒng)的?pem?電解槽雙極板流道口設(shè)計多側(cè)重于結(jié)構(gòu)緊湊性與簡易加工，其流道口尺寸相對較小，難以滿足超大型電解槽大規(guī)模產(chǎn)氣后的快速排逸需求。當(dāng)電解槽規(guī)模擴大、電流密度提升時，氣體生成速率呈倍數(shù)增長，狹小的流道口易引發(fā)氣體堵塞、壓力積聚，致使電解質(zhì)膜兩側(cè)氣液分布不均，加劇濃差極化現(xiàn)象；不僅降低了電解效率，還可能損傷質(zhì)子交換膜，大幅縮減其使用壽命，增加設(shè)備維護成本與運行風(fēng)險。此外，普通流道口的形狀設(shè)計缺乏對流場流體動力學(xué)的精準考量，氣體流動阻力大，能量損耗隨之增加，不利于實現(xiàn)高效、經(jīng)濟的制氫工藝。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種新型氣體流道口及雙極板結(jié)構(gòu)，專為超大型pem?電解槽設(shè)計，達成降低氣體流動阻力、高效排除氣體、均衡氣液分布，進而顯著提升電解槽生產(chǎn)效率與穩(wěn)定性的目的。
2、本專利技術(shù)的氣體流道口及雙極板關(guān)鍵設(shè)計要點涵蓋獨特流道口形狀、尺寸優(yōu)化以及表面微結(jié)構(gòu)處理，具體如下：
3、流道口形狀設(shè)計：摒棄傳統(tǒng)矩形、圓形流道口，創(chuàng)新性采用漸擴式流線型結(jié)構(gòu)。入口端較窄，貼合
4、超大型尺寸規(guī)劃：基于超大型電解槽產(chǎn)氣規(guī)模與流速預(yù)估，大幅拓寬流道口截面積。寬度可達常規(guī)設(shè)計的?2?-?3?倍，高度依電解槽堆疊層數(shù)、電極間距靈活適配，確保氣體在高電流密度運行時，也能毫無阻礙地逸出，避免局部壓力過高；同時，為適配大型結(jié)構(gòu)力學(xué)需求，流道口周邊增設(shè)強化肋板，以輕質(zhì)合金材質(zhì)保障穩(wěn)固，抵御內(nèi)部氣壓沖擊與外部裝配應(yīng)力。
5、表面微結(jié)構(gòu)處理：運用微納加工技術(shù)，在流道口內(nèi)表面構(gòu)筑定向凹槽陣列，凹槽深度?1?-?5?微米、寬度?5?-?20?微米，依氣體流向排列。此微結(jié)構(gòu)利用表面張力與氣體粘性，巧妙引導(dǎo)邊界層氣體流動，削弱近壁面氣流阻滯，仿若為氣體開辟?“高速通道”，協(xié)同流線型設(shè)計，進一步減少總流動阻力達?30%?以上。
6、雙極板作為集成流道口關(guān)鍵部件，采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)：基層選用高導(dǎo)電性、耐腐蝕石墨?/?金屬復(fù)合材料，保障電子傳導(dǎo)；中間夾層為具備氣體阻隔與親水性調(diào)控功能的高分子薄膜，優(yōu)化氣液分離效率；外層覆以耐蝕涂層，經(jīng)特殊燒結(jié)工藝緊密附著，抵御電解質(zhì)腐蝕與氣體沖刷。雙極板上流道口布局呈陣列對稱分布，精準匹配電極反應(yīng)區(qū)，保障氣體均勻采出，維持電解槽內(nèi)部壓力平衡。。
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1.一種用于質(zhì)子交換膜電解槽的氣體流道口，其特征在于，所述流道口采用漸擴式流線型結(jié)構(gòu)，入口端較窄，隨后沿流道延伸方向?qū)挾群透叨劝刺囟ㄇ€規(guī)律漸擴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體流道口，其中所述特定曲線規(guī)律是通過計算流體動力學(xué)模擬優(yōu)化確定的，以維持不同工況下的穩(wěn)定流態(tài)并減少能量損失。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體流道口，其截面積大幅拓寬，寬度可達常規(guī)設(shè)計的2-3倍，高度根據(jù)電解槽堆疊層數(shù)和電極間距靈活適配。
4.根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的氣體流道口，其中所述流道口內(nèi)表面構(gòu)筑有定向凹槽陣列，凹槽深度為1-5微米、寬度為5-20微米，且依氣體流向排列，以進一步減少流動阻力。
5.一種雙極板，其特征在于，所述雙極板集成有根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的氣體流道口，并采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括基層、中間夾層和外層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極板，其中所述基層選用高導(dǎo)電性、耐腐蝕的石墨/金屬復(fù)合材料；中間夾層為具備氣體阻隔與親水性調(diào)控功能的高分子薄膜；外層覆以耐蝕涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的雙極板，其中所述流道口
8.一種質(zhì)子交換膜電解槽，其特征在于，所述電解槽裝配有根據(jù)權(quán)利要求5至7任一項所述的雙極板。
9.本專利技術(shù)的保護范圍包括但不限于上述權(quán)利要求所述內(nèi)容，任何對本專利技術(shù)進行等同替換或簡單修改的技術(shù)方案均應(yīng)落入本專利技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于質(zhì)子交換膜電解槽的氣體流道口，其特征在于，所述流道口采用漸擴式流線型結(jié)構(gòu)，入口端較窄，隨后沿流道延伸方向?qū)挾群透叨劝刺囟ㄇ€規(guī)律漸擴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體流道口，其中所述特定曲線規(guī)律是通過計算流體動力學(xué)模擬優(yōu)化確定的，以維持不同工況下的穩(wěn)定流態(tài)并減少能量損失。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體流道口，其截面積大幅拓寬，寬度可達常規(guī)設(shè)計的2-3倍，高度根據(jù)電解槽堆疊層數(shù)和電極間距靈活適配。
4.根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的氣體流道口，其中所述流道口內(nèi)表面構(gòu)筑有定向凹槽陣列，凹槽深度為1-5微米、寬度為5-20微米，且依氣體流向排列，以進一步減少流動阻力。
5.一種雙極板，其特征在于，所述雙極...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王麗燕，
申請(專利權(quán))人：北京氫爾能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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