电解槽及其预紧设计方法与流程

本申请涉及电解槽，具体涉及一种电解槽及其预紧设计方法。

背景技术：

1、电解水制氢技术是绿色氢能技术的关键之一，具有制氢纯度较高、副产价值较高等优势，而电解槽属于电解水制氢技术的关键部件。在电解槽的组装过程中，需要对电解槽施加适当而必要的预紧力，以保证电堆的密封性能和降低电堆内部各界面的接触电阻。在相关技术中，无法对装堆预紧力进行准确设计控制，容易因预紧力偏小而导致密封效果不足、或因预紧力过载而导致电堆内部组件受损。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种电解槽及其预紧设计方法，可以对装堆预紧力进行准确设计控制，避免出现预紧力不足或过载，从而保证电解槽具有较佳的密封性能和内部结构安全性能。

2、一方面，本申请实施例提供一种电解槽预紧设计方法，包括：确定密封垫片的允许界面密封压强p1、所述密封垫片和极板之间的接触面积s1、电解槽内组件的允许压紧压强p2、所述电解槽内组件和所述极板之间的接触面积s2，所述密封垫片设置于所述电解槽内组件的四周；根据p1、s1、p2和s2确定电解槽的预紧力。

3、在一些实施例中，确定密封垫片的允许界面密封压强p1，包括：获取电解槽阴极侧的所需密封压强p0和所述电解槽的压力安全系数k；根据p0和k确定所述密封垫片的允许界面密封压强p1。

4、在一些实施例中，确定电解槽内组件的允许压紧压强p2，包括：确定所述电解槽内组件在内阻进入稳定区时所承受的压紧压强，以之作为所述电解槽内组件的允许压紧压强p2。

5、在一些实施例中，所述确定所述电解槽内组件在内阻进入稳定区时所承受的压紧压强，包括：确定所述电解槽在内阻进入稳定区时所承受的外加扭矩t1；根据所述电解槽的外加扭矩t1和所述电解槽内组件的压紧压强之间的对应关系，确定所述电解槽内组件在内阻进入稳定区时所承受的压紧压强。

6、在一些实施例中，所述确定所述电解槽在内阻进入稳定区时所承受的外加扭矩t1，包括：通过扭矩扳手向所述电解槽施加持续增加的扭矩、直至所述电解槽的内阻不再变化，以所述扭矩扳手在该时刻的读数作为所述电解槽在内阻进入稳定区时所承受的外加扭矩t1。

7、在一些实施例中，在根据所述电解槽的外加扭矩和所述电解槽内组件的压紧压强之间的对应关系、确定所述电解槽内组件在内阻进入稳定区时所承受的压紧压强之前，所述电解槽预紧设计方法包括：取所述电解槽的两极板，在所述两极板之间对应于所述电解槽内组件的位置设置压力传感器，并以连接螺杆和紧固螺母对所述两极板和所述压力传感器进行紧固；通过扭矩扳手在所述紧固螺母上施加持续增加的扭矩，记录所述压力传感器的压强变化；根据所述扭矩扳手的扭矩变化和所述压力传感器的压强变化，确定所述电解槽的外加扭矩和所述电解槽内组件的压紧压强之间的对应关系。

8、在一些实施例中，所述电解槽预紧设计方法包括：确定所述密封垫片在p1下的应变ε；确定所述电解槽内组件在p2下的压缩形变量δl'和最终厚度h；根据ε、δl'、h确定所述密封垫片的初始厚度。

9、在一些实施例中，所述确定密封垫片在允许界面密封压强p1下的应变ε，包括：根据所述密封垫片所用材料的力学性能，确定所述密封垫片的应力-应变曲线；根据所述密封垫片的应力-应变曲线，确定所述密封垫片在允许界面密封压强p1下的应变ε。

10、另一方面，本申请实施例提供一种电解槽，包括两个极板、电解槽内组件和密封垫片，所述两个极板相对间隔设置，所述电解槽内组件设置于所述两个极板之间，所述密封垫片设置于所述电解槽内组件的四周；所述电解槽的预紧力通过以上任一实施例提供的电解槽预紧设计方法确定。

11、在一些实施例中，所述电解槽内组件包括依次层叠设置的阳极气体扩散层、膜电极和阴极气体扩散层，所述膜电极包括质子交换膜和催化剂层。

12、本申请提出的电解槽预紧设计方法可以基于密封垫片的允许界面密封压强p1、密封垫片和极板之间的接触面积s1、电解槽内组件的允许压紧压强p2、电解槽内组件和极板之间的接触面积s2，准确地设计控制电解槽的预紧力，使所施加的预紧力比较适当而避免出现预紧力不足或过载，从而保证电解槽具有较佳的密封性能和内部结构安全性能。

技术特征：

1.一种电解槽预紧设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电解槽预紧设计方法，其特征在于，确定密封垫片的允许界面密封压强p1，包括：

3.根据权利要求1所述的电解槽预紧设计方法，其特征在于，确定电解槽内组件的允许压紧压强p2，包括：

4.根据权利要求2所述的电解槽预紧设计方法，其特征在于，所述确定所述电解槽内组件在内阻进入稳定区时所承受的压紧压强，包括：

5.根据权利要求4所述的电解槽预紧设计方法，其特征在于，所述确定所述电解槽在内阻进入稳定区时所承受的外加扭矩t1，包括：

6.根据权利要求4所述的电解槽预紧设计方法，其特征在于，在根据所述电解槽的外加扭矩和所述电解槽内组件的压紧压强之间的对应关系、确定所述电解槽内组件在内阻进入稳定区时所承受的压紧压强之前，所述电解槽预紧设计方法包括：

7.根据权利要求1所述的电解槽预紧设计方法，其特征在于，所述电解槽预紧设计方法包括：

8.根据权利要求7所述的电解槽预紧设计方法，其特征在于，所述确定密封垫片在允许界面密封压强p1下的应变ε，包括：

9.一种电解槽，其特征在于，包括两个极板、电解槽内组件和密封垫片，所述两个极板相对间隔设置，所述电解槽内组件设置于所述两个极板之间，所述密封垫片设置于所述电解槽内组件的四周；所述电解槽的预紧力通过权利要求1至8中任一项所述的电解槽预紧设计方法确定。

10.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述电解槽内组件包括依次层叠设置的阳极气体扩散层、膜电极和阴极气体扩散层，所述膜电极包括质子交换膜和催化剂层。

技术总结
本申请实施例提供一种电解槽及其预紧设计方法，所述电解槽预紧设计方法包括：确定密封垫片的允许界面密封压强P<subgt;1</subgt;、所述密封垫片和极板之间的接触面积S<subgt;1</subgt;、电解槽内组件的允许压紧压强P<subgt;2</subgt;、所述电解槽内组件和所述极板之间的接触面积S<subgt;2</subgt;。所述密封垫片设置于所述电解槽内组件的四周；根据P<subgt;1</subgt;、S<subgt;1</subgt;、P<subgt;2</subgt;和S<subgt;2</subgt;来确定电解槽的预紧力。

技术研发人员：陶华冰,刘家伟,王华昆,陶勇冰,郑南峰
受保护的技术使用者：嘉庚创新实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14