一种膜电极制备装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及冷却装置技术领域，特别涉及一种膜电极制备装置及其控制方法。


背景技术：

2.膜电极作为pem(proton exchange membrane，质子交换膜片)燃料电池和pem电解槽的核心部件，包括质子交换膜、贵金属催化剂和边框，常采用喷涂法将贵金属催化剂浆料喷涂至质子交换膜上，形成ccm(催化剂涂覆膜)，再与密封边框进行热压后，膜电极需要进行冷却定型和冲压。相关技术中，膜电极的冷却方式是在空气中自然冷却，冷却速度较慢，导致膜电极的生产效率低下。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种膜电极制备装置及其控制方法，旨在提高膜电极的冷却速度。
4.为实现上述目的，本发明提出的膜电极制备装置，包括机台、第一冷却板和第二冷却板，所述机台具有台面；所述第一冷却板和所述第二冷却板均安装于所述台面，所述第一冷却板相对于所述第二冷却板可移动，以将膜电极夹持于所述第一冷却板和所述第二冷却板之间。
5.在一实施例中，所述第一冷却板内设有第一管路，所述第一管路用于供流体流动；和/或，所述第二冷却板内设有第二管路，所述第二管路用于供流体流动。
6.在一实施例中，所述膜电极制备装置还包括冷媒管，所述冷媒管的一端与所述第一管路连通，另一端与所述第二管路连通。
7.在一实施例中，所述膜电极制备装置还包括第一输液管和第二输液管，所述第一输液管与所述第一管路连通，所述第二输液管与所述第二管路连通，所述第一输液管与所述第二输液管相互独立。
8.在一实施例中，所述第一冷却板和所述第二冷却板上下排布。
9.在一实施例中，所述膜电极制备装置还包括安装于所述机台的驱动组件，所述驱动组件连接所述第一冷却板，以驱动所述第一冷却板移动。
10.在一实施例中，所述第二冷却板朝向所述第一冷却板的一面安装有可伸缩的冲压模头。
11.在一实施例中，所述第一冷却板位于所述第二冷却板的下方。
12.在一实施例中，所述膜电极制备装置还包括温度传感器，所述温度传感器安装于所述第一冷却板或所述第二冷却板，以检测所述膜电极的温度。
13.本发明还提出一种膜电极制备装置的控制方法，所述膜电极制备装置包括上下设置的第一冷却板和第二冷却板，所述第一冷却板和所述第二冷却板用于夹持所述膜电极，所述膜电极制备装置的控制方法包括如下步骤：
14.获取膜电极的温度；
15.根据膜电极的温度，调节第一冷却板和/或第二冷却板内流体的流量；
16.当膜电极的温度低于预设温度时，移动第一冷却板以远离第二冷却板；
17.控制所述第二冷却板朝向第一冷却板的一面伸出冲压模头；
18.当确定到所述冲压模头由所述第二冷却板伸出时，控制所述第一冷却板朝第二冷却板的方向移动，以在膜电极上冲压出孔。
19.在一实施例中，所述膜电极制备装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于获取所述膜电极的温度。
20.在一实施例中，所述膜电极制备装置还包括控制模块和水量调节阀，所述控制模块分别连接所述水量调节阀和所述温度传感器，所述调节第一冷却板和/或第二冷却板内流体的流量和流速的步骤包括：
21.所述控制模块接收所述温度传感器传递的所述膜电极的温度；
22.所述控制模块判断所述膜电极的温度是否大于第一预设温度；
23.当所述膜电极的温度大于第一预设温度，所述控制模块控制所述水量调节阀，以使第一冷却板和/或第二冷却板内流体按照第一预设流量流动；
24.当所述膜电极的温度小于第一预设温度且大于第二预设温度时，所述控制模块控制所述水量调节阀，以使第一冷却板和/或第二冷却板内流体按照第二预设流量流动，其中第二预设流量大于第一预设流量。
25.在一实施例中，所述第一冷却板和/或第二冷却板内流体按照第二预设流量流动的步骤后，还包括以下步骤：
26.当所述膜电极的温度小于第二预设温度时，所述控制模块控制所述水量调节阀，以使第一冷却板和/或第二冷却板内流体按照第三预设流量流动，其中第三预设流量大于第二预设流量。
27.本发明技术方案在机台上设置第一冷却板和第二冷却板，该第一冷却板相对第二冷却板可移动，从而将膜电极夹持在第一冷却板和第二冷却板之间。本发明技术方案通过膜电极与第一冷却板和第二冷却板接触，进而将膜电极的热量传递到第一冷却板和第二冷却板，快速地降低膜电极的温度，相对于膜电极在空气中自然冷却而言，提高了膜电极的冷却速度，也提高了膜电极的生产效率，便于膜电极的大批量生产。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
29.图1为本发明膜电极制备装置一实施例的结构示意图；
30.图2为图1中膜电极制备装置的另一视角图；
31.图3为图1中膜电极制备装置的又一视角图；
32.图4为本发明机台、驱动组件和安装柱一实施例的结构示意图；
33.图5为本发明第一安装板和第一冷却板一实施例的结构示意图；
34.图6为图5中第一安装板和第一冷却板显示隐藏线的结构示意图；
35.图7为本发明第二安装板和第二冷却板一实施例的结构示意图；
36.图8为图7中第二安装板和第二冷却板显示隐藏线的结构示意图；
37.图9为本发明膜电极制备装置的控制方法一实施例的流程示意图；
38.图10为本发明膜电极制备装置一实施例的控制流程示意图。
39.附图标号说明：
40.标号名称标号名称10膜电极制备装置500驱动组件100机台510输出端101台面600冲压模头200第一冷却板710第一安装板210第一管路720第二安装板300第二冷却板810安装柱310第二管路820第一导向柱400冷媒管830第二导向柱
41.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
44.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
45.本发明提出一种膜电极制备装置及其控制方法。
46.在本发明实施例中，请参照图1至图3，该膜电极制备装置10包括机台100、第一冷却板200和第二冷却板300，所述机台100具有台面101；所述第一冷却板200和所述第二冷却板300均安装于所述台面101，所述第一冷却板200相对于所述第二冷却板300可移动，以将膜电极夹持于所述第一冷却板200和所述第二冷却板300之间。
47.具体而言，请参照图1和图4，该机台100内可以安装配重件，从而加大机台100的重量，避免出现上重下轻的情况，防止该膜电极制备装置10发生倾倒。该机台100内还可以根据需要安装电气板和控制箱等。机台100的底部可以是设置台脚，该台脚可以是支撑块，对
机台100进行支撑；该台脚也可以是滚轮，从而方便用户移动和固定该膜电极制备装置10，便于膜电极制备装置10的运输。
48.请参照图1至图2，该机台100具有台面101，台面101上安装有第一冷却板200和第二冷却板300，该第一冷却板200和/或第二冷却板300可以是金属材料，从而加快热量的传递，提高膜电极的冷却速度。该第一冷却板200和/或第二冷却板300也可以是其它材料，只要与膜电极接触后可以接受热量的传动即可。
49.膜电极在完成热压后，其自身的温度较高。请参照图1至图3，膜电极可以放置在第一冷却板200上，通过移动第一冷却板200，使第二冷却板300盖合在第一冷却板200上，从而加大膜电极与冷却板的接触面积，进而加快热量从膜电极传递到第一冷却板200和第二冷却板300，第一冷却板200和第二冷却板300与空气的接触面积大，进而将热量传递到空气中，到达快速降低膜电极热量的目的。
50.该第一冷却板200相对第二冷却板300移动的方式有多种，可以是第一冷却板200相对第二冷却板300滑动连接，设置滑块和滑槽，通过滑块在滑槽内滑动，第一冷却板200相对第二冷却板300进行滑动，从而使第一冷却板200靠近或远离第二冷却板300，进而夹持或释放膜电极。第一冷却板200也可以相对第二冷却板300转动连接，第一冷却板200可以相对第二冷却板300的一侧边转动，或者相对第二冷却板300的一端转动，通过翻转第一冷却板200，从而调整第一冷却板200与第二冷却板300之间的距离，以将膜电极夹持或释放。
51.该第一冷却板200和第二冷却板300在台面101上的摆放方式有多种，请参照图2至图3，可以是第一冷却板200和第二冷却板300在垂直方向上下排布，也可以是第一冷却板200和第二冷却板300在水平方向上平行排布，通过第一冷却板200向第二冷却板300移动，从而夹持或释放膜电极，也就是说，先移动第一冷却板200，增大第一冷却板200与第二冷却板300之间的距离，把热压后温度较高的膜电极放置在第一冷却板200或第二冷却板300上，再向第二冷却板300的方向移动第一冷却板200，从而夹持膜电极，使得膜电极的两面分别与第一冷却板200和第二冷却板300接触进行热传递。
52.需要说明的是，第二冷却板300可以直接安装在台面101，也可以间接安装在第台面101上。该第二冷却板300相对台面101也可以是可移动的，也即第一冷却板200和第二冷却板300均是可移动地安装在台面101上，在夹持或释放膜电极的时候，也可以移动第二冷却板300，从而调节第一冷却板200与第二冷却板300之间的距离。
53.请参照图2至图3，该膜电极制备装置10还可以包括第一安装板710和第二安装板720，该第一安装板710和第二安装板720上分别安装第一冷却板200和第二冷却板300，且第一冷却板200与第二冷却板300相对设置，以便膜电极的热量传送至第一冷却板200和第二冷却板300。
54.本发明技术方案在机台100上设置第一冷却板200和第二冷却板300，该第一冷却板200相对第二冷却板300可移动，从而将膜电极夹持在第一冷却板200和第二冷却板300之间。本发明技术方案通过膜电极与第一冷却板200和第二冷却板300接触，进而将膜电极的热量传递到第一冷却板200和第二冷却板300，快速地降低膜电极的温度，相对于膜电极在空气中自然冷却而言，提高了膜电极的冷却速度，也提高了膜电极的生产效率，便于膜电极的大批量生产。
55.进一步地，为了加快膜电极的冷却速度，请参照图5至图6，在一实施例中，所述第
一冷却板200内设有第一管路210，所述第一管路210用于供流体流动；和/或，请参照图7至图8，所述第二冷却板300内设有第二管路310，所述第二管路310用于供流体流动。
56.请参照图5和图7，该第一管路210和第二管路310分别设于第一冷却板200和第二冷却板300内，未凸出板面，从而是第一冷却板200和第二冷却板300的表面保持平整，以免减少第一冷却板200和第二冷却板300与膜电极的接触面积。第一管路210和第二管路310内流动的流体可以是水，也可以是乙二醇等冷媒，需要说明的是，该第一管路210和第二管路310内也可以流动气体，通过气体在管路内流动，从而带走热量。
57.请参照图6和图8，通过设置第一管路210和第二管路310，流体在第一管路210和第二管路310内流动，从而快速将膜电极的热量带走，进一步地加快了膜电极的冷却速度，并且，还可以通过控制流体的流速和流量，进而控制膜电极的冷却速度，避免膜电极与流体的温差过大，导致膜电极变形严重的，影响膜电极性能。
58.该第一管路210和第二管路310的路径是多样的，以第一管路210为例，该第一管路210的数量可以是多条，多条管路可以相互独立并沿第一冷却板200的长度或宽度方向延伸；请参照图5至图6，该第一管路210也可以是只有一条，第一管路210沿第一冷却板200的宽度方向延伸弯折，形成s形管道，从而延长了第一管路210的路径，增大了第一管路210内的流体与第一冷却板200的接触面积，进一步提高了膜电极的冷却速度。
59.该第一管路210与第二管路310可以是串联的，也可以是并联的。请参照图1至图3，在一实施例中，所述膜电极制备装置10还包括冷媒管400，所述冷媒管400的一端与所述第一管路210连通，另一端与所述第二管路310连通。
60.请参照图3，该冷媒管400用于向第一管路210和第二管路310输送流体，通过冷媒管400将第一管路210和第二管路310连通，从而使流体流经第一管路210和第二管路310。可以理解的是，流体可以先流经第一管路210再流过第二管路310，也可以是先流经第二管路310再流过第一管路210。
61.与上实施例不同，在一实施例中，所述膜电极制备装置10还包括第一输液管和第二输液管，所述第一输液管与所述第一管路210连通，所述第二输液管与所述第二管路310连通，所述第一输液管与所述第二输液管相互独立。
62.该第一输液管和第二输液管分别用于向第一管路210和第二管路310输送流体，由于第一输液管和第二输液管相互独立，第一输液管内流动的流体可以与第二输液管内流动的流体不同，并且，第一输液管内流体的流速和流量也可以与第二输液管的不同，从而利于控制膜电极的降温速度。
63.该第一冷却板200与第二冷却板300的排布方式有多种，请参照图1至图3，在一实施例中，所述第一冷却板200和所述第二冷却板300上下排布。通过第一冷却板200与第二冷却板300上下排布，膜电极可以先放置在第一冷却板200或第二冷却板300上，对膜电极起到支撑作用，便于膜电极的固定。
64.该第一冷却板200的移动可以是手动的，也可以是自动的。请参照图2，在一实施例中，所述膜电极制备装置10还包括安装于所述机台100的驱动组件500，所述驱动组件500连接所述第一冷却板200，以驱动所述第一冷却板200移动。
65.请参照图2，通过驱动组件500驱动第一冷却板200移动，从而使第一冷却板200靠近或远离第二冷却板300，实现夹持或释放膜电极的目的，进而不用人工手动移动，减轻了
工人的工作量和工作强度，提高了该膜电极制备装置10自动化程度。
66.由于膜电极冷却降温后，需要进行裁孔。请参照图3和图7，在一实施例中，所述第二冷却板300朝向所述第一冷却板200的一面安装有可伸缩的冲压模头600。
67.请参照图7至图8，该冲压模头600可以位于第二管路310的任意一侧，当膜电极的冷却后，第一冷却板200远离第二冷却板300，冲压模头600可以从第二冷却板300上弹出，然后第一冷却板200再靠近第二冷却板300，从而在膜电极上冲压出气孔和水孔，进一步提高了该膜电极制备装置10自动化程度。如此，不用人工裁孔，不但提高了工作效率，还减少了人工操作产生的失误，提高了膜电极的成品质量和良品率。
68.可以理解的是，膜电极制备装置10对膜电极进行冷却的时候，该冲压模头600缩入第二冷却板300内，避免损伤膜电极，当需要冲压时，该冲压模头600弹出并突出于第二冷却板300的表面。需要说明的是，该冲压模头600也可以安装在第一冷却板200上，冲压模头600的数量可以是多个，种类也可以不同，可以根据实际的需要，弹出对应的冲压模头600对膜电极进行冲压，灵活性高。请参照图7，该冲压模头600具体的形状、数量、尺寸等不限于图上所展示的部分，可以根据实际情况进行设置。
69.该第一冷却板200和第二冷却板300上下排布时，第一冷却板200可以位于第二冷却板300的上方，也可以位于第二冷却板300的下方。请参照图1至图3，在一实施例中，所述第一冷却板200位于所述第二冷却板300的下方。
70.请参照图3至图4，该驱动组件500包括驱动气缸，驱动气缸的输出端510穿过台面101而与第一冷却板200连接，以驱动第一冷却板200向上顶起和向下回落。该第一冷却板200可以搭接在驱动气缸的输出端510上，也可以与驱动气缸的输出端510固定连接。通过驱动气缸的输出端510上下移动，从而驱动第一冷却板200向上移动或向下移动，以与第二冷却板300夹持或释放膜电极。
71.由于第一冷却板200位于第二冷却板300的下方，该驱动气缸驱动第一冷却板200顶起，相对于向下拉动第一冷却板200来说，推力大于拉力，故驱动第一冷却板200向上移动的推力更大，更利于膜电极的冲压操作。
72.为了使第一冷却板200的移动稳定，请继续参照图3至图4，该膜电极制备装置10还可以安装柱810、第一导向柱820和第二导向柱830，该安装柱810安装在台面101，第二导向柱830固定安装在第二安装板720和机台100，该第一导向柱820穿设于安装柱810内。该第一导向柱820安装在第一安装板710上，第一导向柱820的外径大于第二导向柱830的外径，且第一导向柱820套设在第二导向柱830的外周，当驱动气缸的输出端510将第一安装板710顶起时，第一导向柱820沿第二导向柱830的长度方向向上移动，以使第一安装板710可以稳定地移动。
73.为了获得膜电极的温度，在一实施例中，所述膜电极制备装置10还包括温度传感器，所述温度传感器安装于所述第一冷却板200或所述第二冷却板300，以检测所述膜电极的温度。通过该温度传感器可以实时检测到膜电极的温度，从而及时调控流体的流量和流速，避免膜电极的温度与流体的温度相差太大，导致膜电极出现变形。
74.该温度传感器可以是接触式，也可以是非接触式。温度传感器的数量可以是一个，也可以是多个。在一实施例中，该温度传感器的数量是9个，其中3个温度传感器为一组，每组的温度传感器间隔设置，三个组的温度传感器沿第一冷却板200或第二冷却板300的宽度
方向排列，进而可以测定第一冷却板200或第二冷却板300上不同位置的膜电极温度，准确地确定膜电极的温度。可以理解的是，该三个组的温度传感器也可以沿第一冷却板200或第二冷却板300的长度方向或对角方向排列。
75.请参照图9，本发明还提出一种膜电极制备装置10的控制方法，所述膜电极制备装置10包括上下设置的第一冷却板200和第二冷却板300，所述第一冷却板200和所述第二冷却板300用于夹持所述膜电极，所述膜电极制备装置10的控制方法包括如下步骤：
76.s100、获取膜电极的温度；
77.s200、根据膜电极的温度，调节第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体的流量；
78.s300、当膜电极的温度低于预设温度时，移动第一冷却板200以远离第二冷却板300；
79.s400、控制所述第二冷却板300朝向第一冷却板200的一面伸出冲压模头600；
80.s500、当确定到所述冲压模头600由所述第二冷却板300伸出时，控制所述第一冷却板200朝第二冷却板300的方向移动，以在膜电极上冲压出孔。
81.请参照图10，该膜电极制备装置10可以包括控制模块和水量调节阀，控制模块连接水量调节阀、第一冷却板200和温度传感器。该温度传感器用于获取膜电极的温度，并将温度信息传送给控制模块；水量调节阀用于控制第一管路210和第二管路310中流体的流量和流速；控制模块用于控制第一冷却板200的移动及水量调节阀的运行。
82.该温度传感器获取膜电极的温度，把温度信息传送给控制模块；控制模块根据温度信息，控制水量调节阀，从而调节第一管路210和第二管路310中流体流速和流量，对膜电极实现程序降温(阶段、梯度降温)。当膜电极的温度低于预设温度时，完成降温操作，控制模块控制第一冷却板200移动，以远离第二冷却板300。而后，控制模块控制第二冷却板300上相应的冲压模头600弹出，当确定冲压模块由第二冷却板300伸出后，控制第一冷却板200向第二冷却板300方向移动，从而在摸电极上冲压出孔。如此，实现了膜电极的冷却和冲压一体化，冷却后不需要转移膜电极进行冲压，进一步便于实际的膜电极生产，缩短了生产时间，提高了生产效率。
83.进一步地，所述调节第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体的流量和流速的步骤包括：
84.所述控制模块接收所述温度传感器传递的所述膜电极的温度；
85.所述控制模块判断所述膜电极的温度是否大于第一预设温度；
86.当所述膜电极的温度大于第一预设温度，所述控制模块控制所述水量调节阀，以使第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第一预设流量流动；
87.当所述膜电极的温度小于第一预设温度且大于第二预设温度时，所述控制模块控制所述水量调节阀，以使第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第二预设流量流动，其中第二预设流量大于第一预设流量。
88.该第一预设温度大于第二预设温度，第一预设流量小于第二预设流量。当膜电极的温度大于第一预设温度时，表明此时膜电极的温度较高，通过控制模块控制水量调节阀，从而调节第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第一预设流量流动，进行缓慢降温，避免对膜电极进行快速降温，造成膜电极变形严重，影响膜电极的性能，对膜电极进行
保护。
89.第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第一预设流量流动一段时间后，膜电极的温度有所下降，此时膜电极的温度小于第一预设温度且大于第二预设温度，为了加快膜电极的降温速度，通过控制模块控制水量调节阀，调节第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第二预设流量流动，加大流体的流量，从而加快热量的带走速度，进而不但加快膜电极的降温速度，还保证膜电极成品的均匀性。
90.为了进一步地提高膜电极的冷却速度，所述第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第二预设流量流动的步骤后，还包括以下步骤：
91.当所述膜电极的温度小于第二预设温度时，所述控制模块控制所述水量调节阀，以使第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第三预设流量流动，其中第三预设流量大于第二预设流量。
92.在膜电极的温度降到第二预设温度以下时，通过控制模块控制水量调节阀，调节第一冷却板200和/或第二冷却板300内流体按照第三预设流量流动，进一步加大流体的流量，加快了膜电极的冷却速度，提高了膜电极的生产效率。
93.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。