[发明专利]质子交换膜氢气电化学增压装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池和高压氢气发生装置，特别涉及一种质子交换膜氢气电化学增压装置。

背景技术

氢气是再生燃料电池、固定式加氢站，以及应用燃料电池的交通运输工具的动力源，为了满足它们的需要，必须产生可以直接储存于气瓶内的高压氢气。目前，采用常压水电解技术制取的氢气，如果要达到储存的目的，就必须提供气体压缩泵，使之达到设定的高压值，才能储存于气瓶内，从而导致水电解系统整体装备沉重，能耗大，可靠性降低，而且降低了电解效率。

而采用高压水泵供水式高压或者部分高压操作的水电解器，则存在有结构复杂，费用高昂等缺陷，而且存在安全隐患。因此，需要开发一个工艺相对简单、安全、价廉的可以产生高压氢气的装置提供上述的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种质子交换膜氢气电化学增压装置，利用本发明，可以将水电解器产生的低压或常压氢气增加到设定的高压值，产生的高压氢气可以直接储存使用。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种质子交换膜氢气电化学增压装置，该装置包括：

阳极绝缘缓冲垫、阳极导电板、阳极密封环、带扩散层的阳极流场板、膜电极、带扩散层的阴极流场板、膜电极支撑层、阴极密封环、气体分隔板、压力缓冲弹垫、阴极密封环、气体分隔板、阳极密封环、带扩散层的阳极流场板、膜电极、带扩散层的阴极流场板、膜电极支撑层、阴极密封环、气体分隔板、压力缓冲弹垫、阴极密封环、阴极导电板、阴极绝缘缓冲垫依次堆叠组成的电池堆；

电池堆的两端分别安装前端板和后端板；前端板和后端板的外缘大于上述电池堆的其它部件，其突出于电池堆部件的区域等距离设置有若干边缘孔，分别安装螺杆，锁紧电池堆。

上述前端板、阳极绝缘缓冲垫、阳极导电板、阳极密封环、阴极密封环、分隔板或膜电极的边缘设置有三个通孔，由阳极密封环或阴极密封环对三个通孔四周进行密封或提供导流缺口。

如果增加高压氢气的输出量，只需重复叠加上述电池堆的单体数，即只需增加流场板、膜电极组件、膜电极支撑层、压力缓冲弹垫、气体分隔板(极板)，密封环部分即可。电池堆叠加时，相邻堆叠部件上对应的通孔由阳极密封环A4或阴极密封环C4密封连接后构成低压氢气和高压氢气进出通道的分配歧管。

本发明质子交换膜氢气电化学增压装置可以直接和常压水电解器装在同一个电池堆或系统中，作为高压水电解器使用，它既克服了传统高压水电解系统需要机械压缩系统或高压水泵的缺点，又继承了产生高压氢气的优点，减化了高压水电解的系统结构，降低了系统的体积和重量，提高了高压水电解系统的安全性和可靠性。同时，质子交换膜氢气电化学增压装置还可以进行不纯氢气的提纯，制备高纯氢气。产生的高压氢气可以直接储存在气瓶内，满足固定式或者交通运输使用，包括交通运输工具和加油站。因此，取得了降低成本，提高安全可靠性等有益效果。

附图说明

图1：本发明质子交换膜氢气电化学增压装置的结构示意图；

图2：膜电极支撑层的结构示意图；

图3：压力缓冲弹垫的结构示意图；

图4：带扩散层的阳极流场板的结构示意图；

图5：带扩散层的阴极流场板的结构示意图；

图6：质子交换膜氢气电化学增压原理示意图；

图7：膜电极组件的结构示意图；

图8：阳极密封环的结构示意图；

图9：阴极密封环的结构示意图；

图10：绝缘缓冲垫的结构示意图；

图11：导电板的结构示意图；

图12：前端板的结构示意图；

图13：后端板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图1为本发明质子交换膜氢气电化学增压装置的结构示意图，该装置包括：阳极绝缘缓冲垫A2、阳极导电板A3、阳极密封环A4、带扩散层的阳极流场板A5、膜电极M1、带扩散层的阴极流场板C5、膜电极支撑层P1、阴极密封环C4、气体分隔板S1、压力缓冲弹垫P2、阴极密封环C4、气体分隔板S1、阳极密封环A4、带扩散层的阳极流场板A5、膜电极M1、带扩散层的阴极流场板C5、膜电极支撑层P1、阴极密封环C4、气体分隔板S1、压力缓冲弹垫P2、阴极密封环C4、阴极导电板C3、阴极绝缘缓冲垫C2依次堆叠组成的电池堆；

电池堆的两端分别安装前端板A1和后端板C1；前端板A1和后端板C1的外缘大于上述电池堆的其它部件，其突出于电池堆部件的区域等距离设置有若干边缘孔，分别安装螺杆，锁紧电池堆。