含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构-k8凯发

本发明属于质子交换膜电解池，特别是一种含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构。

背景技术：

1、电解水通过质子交换膜以产生氢气是应对未来能源短缺和温室效应的关键策略。在这其中，质子交换膜电解池作为中心部件，其水的温控以及散热和排放氧的能力显得尤为关键。面对电解池流场板内需要加强散热和排放氧的能力的需求，采用电解池流场板流道优化的方式是目前的主流方式之一。影响电解池流场板流道优化发展的一个核心问题是流道设计问题。现有的流道设计可以减少气泡在流道中堆积情况，但是还是无法满足提高催化剂的利用率，同时延长催化剂的使用寿命的需求。

2、通过设计电解池流场板流道，可以引导流场板内的流体进行流动。特别的，如图1所示的一种基于平行流道的电解池流场结构，在电解池流场板设置平行流道，引导流体均匀分布在流场板内。但是，该技术存在一点不合理之处：平行流道的电解池流场结构没法处理气泡堆积导致催化剂的利用率低，催化剂的使用寿命短的问题。

3、背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，利用相邻蝴蝶肋之间产生的缝隙流动效应，促使气泡在上下侧流道之间移动，减少流道中的含气量。在相同工况时，相同几何尺寸下，含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构的含气量相比基于平行流道的电解池流场结构的含气量降低了34.59％，从而提高催化剂的利用率，同时延长催化剂的使用寿命。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构包括导入液体的入口区域、导出液体与气体形成的混合流体的出口区域以及位于入口区域与出口区域之间的流道，所述流道中设有蝴蝶肋阵列以将通道分为蝴蝶肋阵列与流道顶部之间的上侧流道区域、以及蝴蝶肋阵列与流道底部之间的下侧流道区域，所述蝴蝶肋阵列的蝴蝶肋之间具有连通上侧流道区域与下侧流道区域的缝隙，来自所述入口区域的液体流经蝴蝶肋阵列分别进入上侧流道区域和下侧流道区域，上侧流道区域中带气泡流体基于缝隙流动效应，从相邻蝴蝶肋之间的缝隙流至下侧流道区域，最终从出口区域流出液体与气体形成的混合流体。

3、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，所述入口区域与出口区域之间的具有阵列分布的多排流道。

4、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，所述蝴蝶肋的几何形状为蝴蝶柱体。

5、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，所述蝴蝶柱体为左右对称结构。

6、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，所述蝴蝶柱体包括水平底部、自水平底部向两侧凸起的一对第一弧形结构以及位于第一弧形结构上方的向两侧凸起的一对第二弧形结构，所述第二弧形结构的尺寸大于所述第一弧形结构，第一弧形结构和第二弧形结构之间形成凹进部。

7、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，相邻的两个蝴蝶肋的第二弧形结构之间形成一级缝隙区域，相邻的两个蝴蝶肋的第一弧形结构之间形成二级缝隙区域。

8、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，一级缝隙区域的流道长度大于二级缝隙区域的流道长度。

9、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，一级缝隙区域的流道宽度大于二级缝隙区域的流道宽度。

10、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，来自入口区域的流体为单相流。

11、所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构中，所述流道在水平方向延伸。

12、和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明利用相邻蝴蝶肋之间产生的缝隙流动效应，促使气泡在上下侧流道之间移动，减少流道中的含气量，从而提高催化剂的利用率，同时延长催化剂的使用寿命。

技术特征：

1.一种含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于：其包括导入液体的入口区域、导出液体与气体形成的混合流体的出口区域以及位于入口区域与出口区域之间的流道，所述流道中设有蝴蝶肋阵列以将通道分为蝴蝶肋阵列与流道顶部之间的上侧流道区域、以及蝴蝶肋阵列与流道底部之间的下侧流道区域，所述蝴蝶肋阵列的蝴蝶肋之间具有连通上侧流道区域与下侧流道区域的缝隙，来自所述入口区域的液体流经蝴蝶肋阵列分别进入上侧流道区域和下侧流道区域，上侧流道区域中带气泡流体基于缝隙流动效应，从相邻蝴蝶肋之间的缝隙流至下侧流道区域，最终从出口区域流出液体与气体形成的混合流体。

2.根据权利要求1所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，优选的，所述入口区域与出口区域之间的具有阵列分布的多排流道。

3.根据权利要求1所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，所述蝴蝶肋的几何形状为蝴蝶柱体。

4.根据权利要求3所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，所述蝴蝶柱体为左右对称结构。

5.根据权利要求3所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，所述蝴蝶柱体包括水平底部、自水平底部向两侧凸起的一对第一弧形结构以及位于第一弧形结构上方的向两侧凸起的一对第二弧形结构，所述第二弧形结构的尺寸大于所述第一弧形结构，第一弧形结构和第二弧形结构之间形成凹进部。

6.根据权利要求5所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，相邻的两个蝴蝶肋的第二弧形结构之间形成一级缝隙区域，相邻的两个蝴蝶肋的第一弧形结构之间形成二级缝隙区域。

7.根据权利要求6所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，一级缝隙区域的流道长度大于二级缝隙区域的流道长度。

8.根据权利要求1所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，一级缝隙区域的流道宽度大于二级缝隙区域的流道宽度。

9.根据权利要求1所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，来自入口区域的流体为单相流。

10.根据权利要求1所述的含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其特征在于，所述流道在水平方向延伸。

技术总结
公开了一种含有蝴蝶肋阵列的电解池流场结构，其包括导入液体的入口区域、导出液体与气体形成的混合流体的出口区域以及位于入口区域与出口区域之间的流道，所述流道中设有蝴蝶肋阵列以将通道分为蝴蝶肋阵列与流道顶部之间的上侧流道区域、以及蝴蝶肋阵列与流道底部之间的下侧流道区域，所述蝴蝶肋阵列的蝴蝶肋之间具有连通上侧流道区域与下侧流道区域的缝隙，来自所述入口区域的液体流经蝴蝶肋阵列分别进入上侧流道区域和下侧流道区域，上侧流道区域中带气泡流体基于缝隙流动效应，从相邻蝴蝶肋之间的缝隙流至下侧流道区域，最终从出口区域流出液体与气体形成的混合流体。

技术研发人员：张剑飞,夏毅康,屈治国,傅建林
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8