一种用于制造技术

本发明专利技术公开了一种用于

【技术实现步骤摘要】
一种用于PEM电解堆的压力补偿系统及补偿方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源水电解制氢的
，尤其是指一种用于
PEM
电解堆的压力补偿系统及补偿方法
。

技术介绍

[0002]绿氢作为一种绿色二次能源，其大规模应用可以实现零碳排放，推动现有能源系统向更新型
、
更优化的方向转型
。
通过大规模可再生能源发电制取绿氢，不仅有助于解决我国“弃风
、
弃光”等现象，又能解决新能源消纳及并网稳定性问题，实现环境可持续发展
。PEM
水电解制氢是水电解制氢技术路径之一，具有工作电流密度大
(
＞
1A/cm2)
，总体效率更高
(74
％～
87
％
)
，氢气体积分数更高
(>99.99
％
)
，产气压力更高
(3
‑
4MPa)
，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性等特点，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术
。
[0003]PEM
电解堆是由极板
、
多孔扩散层
、
膜电极等依次重复堆叠，并经绝缘板
、
导电板及端板压装而成
。
其中端板起到压紧电解堆使电解堆内部受力均匀，降低内阻，增加
PEM
电解堆能效作用关键
。
目前国内生产的<br/>PEM
电解堆单堆产氢量基本都在
50
‑
100Nm3/h
左右，为了适应可再生能源制氢需求，单堆产量需要进一步提升，国外单堆产氢量已达
1000Nm3/h。
为了保持电解堆在高压长期工况内各部件的良好接触与电解堆密封性能，需要在
PEM
电解堆两端板施加足够压力以增加电解堆的内部接触性能降低内阻，以保证
MEA
部件之间的压缩量及压缩力一致
。
在实际的生产装配过程中，端板四周通过螺栓进行连接固定，四周受力较大，中间位置受力较小，导致端板中间向外拱起发生弯曲变形，进而导致电解堆各部件均产生受力不均
、
翘曲变形，因各层材料系数不同，多孔层
/
极板
/MEA
界面将会产生层间间隙并使电解堆接触电阻与传质性能恶化
。
如若电解堆产气规模提升
、
极板平面尺寸增加，都将进一步加剧电解堆各节部件受力的不均匀性，扩大各节小室之间性能差异，加剧电解堆性能衰减
。
[0004]目前行业内主要采用以下两种方法对这一情况进行改进
。
如增加双层端板，既端板外侧增加防止中心形变的中心压板，用以改善此种情况
。
或者将电堆结构做成矩形，瘦长的端板中心形变会相应减小
。
但这两种都有一定的弊端，首先双层端板结构占用空间较大，材料成本高结构复杂，不好安装
。
而瘦长结构电堆有效面积小，材料利用率低，很难匹配大功率电堆
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，能够有效解决端板压装时受力形变导致中间外凸，使内部双极板受力不均导致内阻升高，电解堆效率降低的问题
。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供一种用于
PEM
电解堆的压力补偿方法
。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]一种用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，包括设置于
PEM
电解堆内部的两个压力补偿
膜板以及设置于
PEM
电解堆外部的气源装置，两个压力补偿膜板以
PEM
电解堆的双极板为中心对称设置，且每个压力补偿膜板分别位于
PEM
电解堆的双极板和端板之间的任意位置，所述
PEM
电解堆内部设置有自其两个外端面分别通至两个压力补偿膜板的两个压力补偿孔，所述气源装置分别通过管道与两个压力补偿孔连通，该气源装置通过向两个压力补偿孔注入气体或液体从而向两个压力补偿膜板施加压力，压力补偿膜板受压变形并将形变压力向双极板方向传递，从而起到压力补偿的作用进而使双极板受力均衡
。
[0009]进一步，所述压力补偿膜板设置于
PEM
电解堆的端板和绝缘板之间，或设置于
PEM
电解堆的绝缘板和铜板之间，或设置于
PEM
电解堆的铜板和端极板之间
。
[0010]进一步，所述端板
、
绝缘板或铜板的内侧面加工有用于安装压力补偿膜板的安装槽，所述压力补偿膜板安装于安装槽内
。
[0011]进一步，所述安装槽的内侧面靠近边缘处加工有一圈密封环槽，所述密封环槽内安装有用于防止气体或液体泄漏的密封圈
。
[0012]进一步，还包括用于辅助压力补偿膜板安装的辅助安装板，所述辅助安装板设置于压力补偿膜板的外侧，将辅助安装板和压力补偿膜板对接使两者之间形成密封腔室，且两者之间设置有用于防止密封腔室内部气体或液体泄漏的密封圈，所述辅助安装板上形成有与压力补偿孔连通的通孔
。
[0013]进一步，所述气源装置采用外接气源补偿，其包括气源瓶
、
主管道
、
两个第一分管道
、
第一进气截止阀
、
第一减压阀和第二减压阀，所述气源瓶通过主管道与两个第一分管道连接，两个第一分管道分别与
PEM
电解堆两端的两个压力补偿孔连接，所述主管道上依次设置有第一减压阀
、
第一进气截止阀和第二减压阀
。
[0014]进一步，所述主管道上并位于第一减压阀和气源瓶之间设置有第一压力表，所述第一减压阀和第一进气截止阀之间设置有第二压力表，所述第二减压阀与两个第一分管道之间设置有第三压力表，其中一个第一分管道上设置有排气阀，且该第一分管道上并位于排气阀和
PEM
电解堆之间设置有压力变送器
。
[0015]进一步，所述气源装置采用
PEM
电解堆工作产生的氢气气源补偿，其包括电堆氢气管道
、
两个第二分管道
、
第二进气截止阀
、
增压器
、
第五压力表
、
第三减压阀和第六压力表，所述电堆氢气管道的一端与
PEM
电解堆的电堆氢气出口连接，其另一端与两个第二分管道连接，两个第二分管道分别与
PEM
电解堆两端的两个压力补偿孔连接，所述电堆氢气管道上依次设置有第二进气截止阀
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，其特征在于：包括设置于
PEM
电解堆内部的两个压力补偿膜板以及设置于
PEM
电解堆外部的气源装置，两个压力补偿膜板以
PEM
电解堆的双极板为中心对称设置，且每个压力补偿膜板分别位于
PEM
电解堆的双极板和端板之间的任意位置，所述
PEM
电解堆内部设置有自其两个外端面分别通至两个压力补偿膜板的两个压力补偿孔，所述气源装置分别通过管道与两个压力补偿孔连通，该气源装置通过向两个压力补偿孔注入气体或液体从而向两个压力补偿膜板施加压力，压力补偿膜板受压变形并将形变压力向双极板方向传递，从而起到压力补偿的作用进而使双极板受力均衡
。2.
根据权利要求1所述的用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，其特征在于：所述压力补偿膜板设置于
PEM
电解堆的端板和绝缘板之间，或设置于
PEM
电解堆的绝缘板和铜板之间，或设置于
PEM
电解堆的铜板和端极板之间
。3.
根据权利要求2所述的用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，其特征在于：所述端板
、
绝缘板或铜板的内侧面加工有用于安装压力补偿膜板的安装槽，所述压力补偿膜板安装于安装槽内
。4.
根据权利要求3所述的用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，其特征在于：所述安装槽的内侧面靠近边缘处加工有一圈密封环槽，所述密封环槽内安装有用于防止气体或液体泄漏的密封圈
。5.
根据权利要求1所述的用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，其特征在于：还包括用于辅助压力补偿膜板安装的辅助安装板，所述辅助安装板设置于压力补偿膜板的外侧，将辅助安装板和压力补偿膜板对接使两者之间形成密封腔室，且两者之间设置有用于防止密封腔室内部气体或液体泄漏的密封圈，所述辅助安装板上形成有与压力补偿孔连通的通孔
。6.
根据权利要求1所述的用于
PEM
电解堆的压力补偿系统，其特征在于：所述气源装置采用外接气源补偿，其包括气源瓶
、
主管道
、
两个第一分管道
、
第一进气截止阀
、
第一减压阀和第二减压阀，所述气源瓶通过主管道与两个第一分管道连接，两个第一分管道分别与
PEM
电解堆两端的两个压力补偿孔连接，所述主管道上依次设置有第一减压阀
、
第一进气截止阀和第二减压阀
。7.
根据权利要求6所述的用于
PEM
电解堆的压力补...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进秋，张泰基，马玉南，陈刚华，张玉花，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：