一種spe膜自動噴涂裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種SPE膜自動噴涂裝置，包括機箱、導軌、催化劑溫控噴涂裝置、電機和PLC控制系統；機箱由上往下分為噴涂工作平臺、真空室和設備箱；噴涂工作平臺用于放置固定SPE膜的膜夾具，其臺面上設有燒結多孔鈦板，且該臺面中均勻鑲嵌有感應線圈；設備箱內分別設有真空泵和與感應線圈連接的加熱裝置；導軌設在機箱側面；催化劑溫控噴涂裝置與導軌滑動連接，用于向SPE膜噴涂催化劑；電機用于控制催化劑溫控噴涂裝置沿著導軌移動；PLC控制系統同時與催化劑溫控噴涂裝置、電機、加熱裝置和真空泵連接。本實用新型可在保證催化劑催化性能的同時，避免SPE膜發生膜溶脹變形，提高成膜質量，滿足批量制作的要求。
【專利說明】
一種SPE膜自動噴涂裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種SPE膜自動噴涂裝置。
【背景技術】
[0002]SPE電解，是利用具有質子交換功能的固體聚合物電解質膜取代傳統堿液電解質的一種方式，其以純水為原料制氫，是21世紀極具發展前景的高效制氫手段。相對傳統的堿液電解，SPE電解具有電流密度大、池體發熱小、電解率高、可輸出高純(> 99.99%)及自增壓氫氣(>0.1 Mpa)的特點。
[0003]在SPE電解的相關技術中，負載陰、陽極催化劑的SPE膜制備是一項重要工作。目前常用方法包括轉壓法和直接噴涂法。轉壓法的工作原理是先將催化劑涂覆到其他易剝離介質(如聚四氟乙烯板)表面，再轉壓到SPE膜上，該方法成膜規整但操作較繁瑣，轉壓壓力、轉壓溫度須充分優化，否則將嚴重影響催化劑與SPE膜附著牢固程度。而噴涂法的工作原理是將調制成懸液的催化劑墨水(Catalyst Ink)直接噴涂在SPE膜上，其操作方式簡單，催化劑能與膜接觸充分，因此，采用自動噴涂裝置可有效解決催化層厚度的均一性問題，便于批量制備。
[0004]自動噴涂裝置可以通過PLC控制噴嘴的噴涂速度、高度和循環次數來控制催更換噴頭)完成噴涂工作。然而，現有的自動噴涂裝置普遍存在著如下問題:
[0005](I)為保證催化性能，催化劑墨水不能像涂料一樣大量添加分散劑，因此催化劑墨水中催化劑在涂料罐放置過程中會逐漸沉淀、團聚，嚴重影響了噴涂的均勻性；
[0006](2)催化劑墨水在與SPE膜接觸過程中易造成膜溶脹變形，影響成膜規整度。
[0007]因此，需要根據載催化劑SPE膜制備的實際情況，設計專門的噴涂設備，以便于有效提高成膜質量，滿足批量制作的要求。
【實用新型內容】
[0008]針對上述現有設備的不足，本實用新型提供了一種SPE膜自動噴涂裝置，可在保證催化劑催化性能的同時，避免SPE膜發生膜溶脹變形，提高成膜質量，滿足批量制作的要求。
[0009]為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0010]一種SPE膜自動噴涂裝置，包括機箱、導軌、催化劑溫控噴涂裝置、電機和PLC控制系統，其中:
[0011]所述機箱由上往下分為三層，依次為噴涂工作平臺、真空室和設備箱;所述噴涂工作平臺用于放置固定SPE膜的膜夾具，其臺面上設有燒結多孔鈦板，且該臺面中還均勻鑲嵌有感應線圈;所述設備箱內分別設有用于抽真空使真空室形成負壓狀態的真空栗和與感應線圈連接的用于對噴涂工作平臺進行加熱的加熱裝置；
[0012]所述導軌設置在機箱側面；
[0013]所述催化劑溫控噴涂裝置與該導軌滑動連接，用于向SPE膜噴涂催化劑；
[0014]所述電機與催化劑溫控噴涂裝置連接，用于控制催化劑溫控噴涂裝置沿著導軌移動；
[0015]所述PLC控制系統同時與催化劑溫控噴涂裝置、電機、加熱裝置和真空栗連接。
[0016]進一步地，所述設備箱中還設有用于在微小溫差時對噴涂工作平臺作出溫度補償的半導體降溫模塊。
[0017]再進一步地，所述噴涂工作平臺上還分別設有大小、結構完全相同的X向定位夾具和Y向定位夾具;X向定位夾具和Y向定位夾具配合實現對SPE膜的膜夾具進行夾緊定位。
[0018]具體地說，所述X向定位夾具包括設置在噴涂工作平臺上、且具有指針的標尺，以及滑塊、滑塊定位孔和滑塊定位螺栓;所述滑塊上設有用于定位膜夾具的調節槽;所述滑塊定位孔至少為兩個，且均布在標尺上;所述滑塊通過滑塊定位螺栓打入滑塊定位孔的方式與標尺連接。
[0019]更進一步地，所述滑塊上還設有滑塊調節槽;所述的滑塊定位螺栓貫穿該滑塊調節槽，以實現滑塊沿著標尺進行位置微調。
[0020]具體地說，所述催化劑溫控噴涂裝置包括與導軌滑動連接、且與電機連接的豎直支架，與該豎直支架連接的水平支架，與該水平支架滑動連接、并且位于噴涂工作平臺上方的用于向SPE膜噴涂催化劑的噴嘴，以及分別與該噴嘴和PLC控制系統連接的催化劑儲存裝置。
[0021]具體地說，所述催化劑儲存裝置包括與噴嘴連接、并儲存有催化劑墨水的涂料罐，設置在該涂料罐中的加熱系統，以及均與涂料罐連接的超聲波震蕩器和溫度傳感器;所述超聲波震蕩器和溫度傳感器均與PLC控制系統連接。
[0022]作為優選，所述電機為步進電機。
[0023]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0024](I)本實用新型在噴涂工作平臺的臺面上采用燒結多孔鈦板，并設置了真空栗和真空室，利用真空栗對真空室的抽真空，使其形成負壓狀態，如此一來，利用燒結多孔鈦板上的微孔，可使氣體在鈦板中保持穩定的滲透率，并且利用真空室的負壓，可以使SPE膜充分貼合在燒結多孔鈦板的表面，從而避免了傳統毫米孔徑的臺面抽真空時造成的膜變形。
[0025](2)本實用新型在噴涂工作平臺中嵌入了感應線圈，通過加熱裝置的加熱，可使噴涂工作平臺以磁場感應渦流的方式進行加熱，從而避免了使用電阻絲加熱帶來的溫度分布不均，如此可使噴涂介質的揮發更加均勻，膜的厚度更加均一、穩定。
[0026](3)本實用新型設置了超聲波震蕩器和溫度傳感器，可以保證催化劑墨水的均勻性，并實時控制催化劑墨水的加熱溫度，確保其不出現團聚的現象。
[0027](4)本實用新型采用導軌、豎直支架和水平支架來控制噴嘴的移動，調節其與噴涂工作平臺臺面的距離，并結合催化劑墨水的溫度來調整噴嘴的噴涂速度，保證了 SPE膜噴涂的均勻性。
[0028](5)本實用新型在噴涂工作平臺上設置了定位夾具，可實現對膜夾具的精準定位，并且還可以實現輔助定位判斷，方便對SPE膜的均勻噴涂。
[0029](6)為保證溫度恒定，減少溫度波動，本實用新型還配置了一套半導體降溫模塊，其可在微小溫差時對噴涂工作平臺作出溫度補償，從而使噴涂工作平臺的溫度更加穩定，進一步保證SPE膜噴涂工作的順利進行。
[0030](7)本實用新型設計合理、使用方便、噴涂穩定性高，具有很高的實用價值和推廣價值。
【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0032]圖2為本實用新型部分零部件的局部剖視圖。
[0033]圖3為本實用新型中X向定位夾具(或Y向定位夾具)的結構示意圖。
[0034]其中，附圖標記對應的零部件名稱為:
[0035]1-噴涂工作平臺，2-機箱，3-導軌，4-豎直支架，5-水平支架，6_噴嘴，7_超聲波震蕩器，8-溫度傳感器，9-涂料罐，1-X向定位夾具，101-滑塊定位孔，102-標尺，103-觀察窗，104-滑塊定位螺栓，105-調節槽，106-滑塊調節槽，107-滑塊，11-加熱裝置，12-真空栗，13-真空室，14-電機，15-PLC控制系統，16-設備箱，17-半導體降溫模塊。
【具體實施方式】
[0036]下面結合【附圖說明】和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的方式包括但不僅限于以下實施例。
[0037]如圖1、2所示，本實用新型提供了一種新型的SPE膜自動噴涂裝置，其包括機箱2、導軌3、催化劑溫控噴涂裝置、電機14和與電機14連接的PLC控制系統15。
[0038]所述的機箱2由上往下分為三層，依次為噴涂工作平臺1、真空室13和設備箱16，其中，噴涂工作平臺I用于放置膜夾具(固定SPE膜用)，其臺面上設有燒結多孔鈦板，且該臺面中還均勻鑲嵌有感應線圈;所述設備箱內分別設有用于抽真空使真空室形成負壓狀態的真空栗12和與感應線圈連接的用于對噴涂工作平臺進行加熱的加熱裝置11，所述的真空栗12和加熱裝置11均與PLC控制系統15連接。此外，所述的設備箱16中還設有半導體降溫模塊17，其用于在微小溫差時對噴涂工作平臺作出溫度補償，以使噴涂工作平臺I的溫度更加穩定。
[0039]另外，為實現對膜夾具的精準定位的同時，可以實現輔助定位判斷，所述噴涂工作平臺I上還分別設有大小、結構完全相同的X向定位夾具和Y向定位夾具;X向定位夾具和Y向定位夾具配合實現對SPE膜的膜夾具進行夾緊定位。如圖3所示，以X向定位夾具為例，該X向定位夾具10包括設置在噴涂工作平臺I上、且具有指針的標尺102，以及滑塊107、滑塊定位孔101和滑塊定位螺栓104;所述滑塊107上設有用于定位膜夾具的調節槽105;所述滑塊定位孔101至少為兩個，且均布在標尺102上;所述滑塊107通過滑塊定位螺栓打入滑塊定位孔的方式與標尺102連接。并且，滑塊107上還設有觀察窗103和滑塊調節槽106，其中，指針位于該觀察窗103內，從而利用觀察窗103，可以方便了解標尺102的讀數;而所述的滑塊定位螺栓104則貫穿滑塊調節槽106，以實現滑塊107沿著標尺進行位置微調。
[0040]所述導軌3設置在機箱2側面，所述的催化劑溫控噴涂裝置用于向SPE膜噴涂催化劑，而所述的電機14則用于控制催化劑溫控噴涂裝置沿著導軌移動，本實施例中，該電機14采用步進電機。具體地說，所述催化劑溫控噴涂裝置包括與導軌3滑動連接、且與電機14連接的豎直支架4，與該豎直支架4連接的水平支架5，與該水平支架5滑動連接、并且位于噴涂工作平臺上方的用于向SPE膜噴涂催化劑的噴嘴6，以及催化劑儲存裝置。本實施例中，噴嘴6采用圓孔形噴嘴，其可以采用電動機控制或手動調節的方式在水平支架5上移動。同時，噴嘴6的孔徑可以根據需要噴涂膜的大小更換。如此一來，根據所需膜厚度和膜大小選用合適的孔徑、間距以及移動距離，可以實現均勻的膜噴涂。
[0041]而進一步地，所述催化劑儲存裝置包括與噴嘴6連接、并儲存有催化劑墨水的涂料罐9，設置在該涂料罐9中的加熱系統，以及均與涂料罐9連接的超聲波震蕩器7和溫度傳感器8;所述超聲波震蕩器7和溫度傳感器8均與PLC控制系統15連接。本實施例中，溫度傳感器8和超聲波震蕩裝置7安裝在噴嘴6附近，用于將催化劑墨水進行超聲震蕩，消除催化劑的團聚的同時測量催化劑墨水的溫度。
[0042]下面對本實用新型采用催化劑自動噴涂SPE膜的過程進行詳細介紹。
[0043]初始時，啟動真空栗12，對抽真空室13進行抽真空，使其處于負壓狀態。而后，將所需噴涂的SPE膜放置在噴涂工作平臺I的臺面上(通過在膜夾具)，膜夾具距離噴涂工作平臺的距離不大于lcm。然后通過X向定位夾具和Y向定位夾具進行定位。該過程中，SPE膜放置在噴涂工作平臺I上時，利用燒結多孔鈦板上的微孔，可使氣體在鈦板中保持穩定的滲透率，而真空室13的負壓則可以使SPE膜充分貼合在燒結多孔鈦板的表面，從而有效消除噴涂過程中SPE膜的溶脹。
[0044]接著，利用加熱裝置11將噴涂工作平臺I加熱到指定的溫度。由于噴涂工作平臺I的臺面中均勻鑲嵌有感應線圈，感應線圈升溫快且穩定，因而可以避免使用普通的電阻絲加熱過程中前置加熱時間過長，要達到整個噴涂平臺溫度均勻較難等問題。又由于在設備箱16中設置有半導體降溫模塊17，因此在加熱的過程中，可以實現溫度補償，使噴涂工作平臺I的溫度更加穩定。
[0045]而后，通過電機14調整豎直支架4和水平支架5的位置，調整好噴嘴6的噴涂位置。這是因為噴嘴6距SPE膜的位置一定時，噴涂半徑R為定值，且噴涂時噴涂中心厚度較厚，所以在噴涂時為了綜合噴涂效率，噴涂質量，需合理的設置噴嘴距離膜的高度。
[0046]緊接著，利用加熱系統將涂料罐9中的催化劑墨水加熱至所需的溫度，然后利用超聲震蕩器7對加熱的催化劑墨水進行震蕩，消除其中的團聚現象。在此過程中，通過溫度傳感器8來實時反饋催化劑墨水的溫度，并通過PLC控制系統15控制加熱系統，保證催化劑墨水的加熱溫度，進而保證其在噴涂時溶劑能迅速揮發且不會造成SPE膜溶脹。
[0047]本實用新型采用U型掃描噴涂的方式對SPE膜進行噴涂，具體為:從SPE膜的一端開始，來回進行U型掃描噴涂，通過需求的催化劑厚度來設定噴涂的循環次數，而噴嘴6處的流量則與噴涂速度、基質溫度和催化劑墨水的溫度有關。通過調節圓形孔噴嘴6處的流量以及噴涂速度，通過多次循環掃描噴涂，能夠實現SPE膜上催化劑的均勻噴涂。
[0048]單面噴涂完畢后，從定位夾具上取下膜的夾具，然后直接翻面，并重新固定在定位夾具上，然后繼續重復上述步驟，直至完成噴涂工作。
[0049]本實用新型通過合理的結構設計，不僅有效解決了SPE膜在噴涂過程中因為受熱不均而引起的膜溶脹問題，而且利用噴嘴在支架上的位置調節以及PLC控制系統控制的噴涂速度，并根據所需催化劑層厚度進行合適的循環噴涂，可以得到均勻的噴涂膜成品。同時，通過在設置的溫度傳感器和超聲震蕩裝置，則可以有效解決催化劑墨水放置過程中的團聚現象。由此可見，本實用新型很好地解決了現有技術所存在的問題，其與現有技術相比，具有實質性的特點和進步。
[0050]上述實施例僅為本實用新型的優選實施方式之一，不應當用于限制本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的主體設計思想和精神上作出的毫無實質意義的改動或潤色，其所解決的技術問題仍然與本實用新型一致的，均應當包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，包括機箱(2)、導軌(3)、催化劑溫控噴涂裝置、電機(14)和PLC控制系統(15)，其中: 所述機箱(2)由上往下分為三層，依次為噴涂工作平臺(1)、真空室(13)和設備箱(16);所述噴涂工作平臺用于放置固定SPE膜的膜夾具，其臺面上設有燒結多孔鈦板，且該臺面中還均勻鑲嵌有感應線圈;所述設備箱內分別設有用于抽真空使真空室形成負壓狀態的真空栗(12)和與感應線圈連接的用于對噴涂工作平臺進行加熱的加熱裝置(11); 所述導軌設置在機箱側面； 所述催化劑溫控噴涂裝置與該導軌滑動連接，用于向SPE膜噴涂催化劑； 所述電機與催化劑溫控噴涂裝置連接，用于控制催化劑溫控噴涂裝置沿著導軌移動； 所述PLC控制系統同時與催化劑溫控噴涂裝置、電機、加熱裝置和真空栗連接。2.根據權利要求1所述的一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，所述設備箱(16)中還設有用于在微小溫差時對噴涂工作平臺作出溫度補償的半導體降溫模塊(17)。3.根據權利要求1或2所述的一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，所述噴涂工作平臺(I)上還分別設有大小、結構完全相同的X向定位夾具和Y向定位夾具;X向定位夾具和Y向定位夾具配合實現對SPE膜的膜夾具進行夾緊定位。4.根據權利要求3所述的一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，所述X向定位夾具(10)包括設置在噴涂工作平臺(I)上、且具有指針的標尺(102)，以及滑塊(107)、滑塊定位孔(101)和滑塊定位螺栓(104);所述滑塊(107)上設有用于定位膜夾具的調節槽(105);所述滑塊定位孔(101)至少為兩個，且均布在標尺(102)上;所述滑塊(107)通過滑塊定位螺栓打入滑塊定位孔的方式與標尺(102)連接。5.根據權利要求4所述的一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，所述滑塊(107)上還設有滑塊調節槽(106);所述的滑塊定位螺栓(104)貫穿該滑塊調節槽(106)，以實現滑塊(107)沿著標尺進行位置微調。6.根據權利要求1、2、4或5所述的一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，所述催化劑溫控噴涂裝置包括與導軌(3)滑動連接、且與電機(14)連接的豎直支架(4)，與該豎直支架(4)連接的水平支架(5)，與該水平支架(5)滑動連接、并且位于噴涂工作平臺上方的用于向SPE膜噴涂催化劑的噴嘴(6)，以及分別與該噴嘴(6)和PLC控制系統(15)連接的催化劑儲存裝置。7.根據權利要求6所述的一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，所述催化劑儲存裝置包括與噴嘴(6)連接、并儲存有催化劑墨水的涂料罐(9)，設置在該涂料罐(9)中的加熱系統，以及均與涂料罐(9)連接的超聲波震蕩器(7)和溫度傳感器(8);所述超聲波震蕩器(7)和溫度傳感器(8 )均與PLC控制系統(15 )連接。8.根據權利要求1所述的一種SPE膜自動噴涂裝置，其特征在于，所述電機(14)為步進電機。
【文檔編號】B05B13/02GK205550636SQ201620396256
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月5日
【發明人】鄧立, 何康昊, 宋江鋒, 羅軍洪, 楊雷, 文明, 姜飛, 李佩龍, 羅德禮
【申請人】中國工程物理研究院材料研究所