CN102969519B - 一种燃料电池加湿器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池加湿器，包括干气体板、含水流体板及位于所述干气体板和含水流体板之间的交换隔膜，还包括两支撑结构，所述支撑结构分别设置并相互抵靠在所述交换隔膜的两侧。本发明利用一具有孔的支撑结构，既解决了燃料电池中当空气压力过大容易造成交换隔膜破损的问题，又解决了现有技术中交换通道结构复杂，不易加工的问题，在保证良好的加湿效果的基础上，可节省燃料电池的制造成本，增加燃料电池的使用寿命。

Description

一种燃料电池加湿器
技术领域
本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种燃料电池加湿器。
背景技术
燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，包括碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸燃料电池及固态氧燃料电池，其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其工作温度低，启动快，能量密度高，寿命长等优点在便携式电脑、机动车电源及小型发电系统领域具有广阔的应用前景。
上述质子交换膜燃料电池，在其工作过程中，需要采用物理方式对新进入的空气进行加湿，即利用交换隔膜的亲水性，使交换隔膜两面通过的干、含水流体的湿度、温度达到平衡。现有技术中，由于所述交换隔膜非常薄，当压力过大时，往往会造成交换隔膜的破损；但当压力过小时，加湿效果又不够理想且加湿装置的应用有局限性。例如，中国知识产权局于2008年1月2日公开了一种用于燃料电池的隔膜加湿器，其公开号为CN101098021，该用于燃料电池的隔膜加湿器，包括：具有至少一个形成于其中的基本上线性的流槽的基本上平坦的第一板，所述第一板的流槽适用于促进第一气体通过其流动；具有至少一个形成于其中的基本上线性的流槽的基本上平坦的第二板，所述第二板的流槽适用于促进第二气体通过其流动，其中所述第一板的流槽基本上垂直于所述第二板的流槽；设置在所述第一板和所述第二板之间的扩散介质，所述扩散介质适合于允许水蒸气通过其传输；以及设置在所述第一板和所述第二板之间的隔膜，所述隔膜适合于允许水蒸气通过其传输，其中在第一气体中的水蒸气通过所述扩散介质和所述隔膜传输到第二气体。该加湿器最小化了加湿器中的压力降，从而保证交换隔膜的使用寿命，但其加湿效果并不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种可在加湿过程中具有较大气体压力差，保证交换隔膜加湿效果的燃料电池加湿器。
本发明公开了一种燃料电池加湿器，包括干气体板(11)、含水流体板(12)及位于所述干气体板(11)和含水流体板(12)之间的交换隔膜(20)，还包括两支撑结构(31、32)，所述支撑结构(31、32)分别设置并相互抵靠在所述交换隔膜(20)的两侧。
本发明所公开的燃料电池加湿器，利用一种具有孔的支撑结构既解决了燃料电池中当空气压力过大容易造成交换隔膜破损的问题，又解决了现有技术中交换通道结构复杂，不易加工的问题，在保证良好的加湿效果的基础上，可节省燃料电池的制造成本，增加燃料电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明燃料电池加湿器各部件之间位置关系示意图；
图2为本发明燃料电池加湿器使用时的结构示意图。
图3为本发明燃料电池加湿器多组电池单元串联的结构示意图；
图4为本发明燃料电池加湿器支撑结构受力示意图；
图5为图4中所示A部的局部放大图；
图6为图4中所述的支撑结构的孔径与受力情况示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
如图1所示，一种燃料电池加湿器，包括干气体板11、含水流体板12及位于所述干气体板11和含水流体板12之间的交换隔膜20，所述交换隔膜20具有亲水性；其特征在于：还包括两支撑结构31、32，所述支撑结构31、32分别设置并相互抵靠在所述交换隔膜20的两侧。本领域技术人员可以理解，所述交换隔膜20较薄，无法承受较大的空气压力，所述支撑结构31、32对所述交换隔膜20具有支撑作用，当加湿器内通过的空气压力较大时，两支撑结构31、32在所述交换隔膜20的两侧相互作用，保证了所述交换隔膜20在较大压力下不破损，从而保证了该燃料电池加湿器的使用寿命。
所述支撑结构31、32具有多个孔，从而形成使交换气体及水穿过所述支撑结构31、32的通道，设置在所述交换隔膜20与所述干气体板11之间的支撑结构为干气体用多孔材料，便于将干气体导入；设置在所述交换隔膜20与所述含水流体板12之间的支撑结构为含水流体用多孔材料，用于将含水流体导出；从而保证干、含水流体有足够接触面积并进行湿度、温度交换。如图2中箭头所示的为该加湿器工作时水流的方向。所述支撑结构31、32可以采用工程塑料、金属、非金属或者任意具有非亲水性且可达到支撑目的的任意材料制成。
所述支撑结构31、32为具有网孔保证其透气性且具有支撑丝保证其支撑强度的网状结构或泡沫结构。所述网状结构或泡沫结构的网孔作为使交换气体及水穿过所述支撑结构31、32的通道，保证该金属泡沫具有透气性。如图4至图6所示，所述支撑丝承受施加在其两侧的压力，因此，所述支撑丝需具有一定的支撑强度，用于对所述交换隔膜20起到支撑作用，要求该网状结构的孔径及孔隙度根据所述交换膜20所承受的压力差及所述交换膜20的厚度而设置。例如，所述交换膜20所承受的压力差越大，需要所述孔径越小或所述空隙度越小；所述交换膜20越厚，可设置所述孔径或孔隙度较大，从而保证所述交换隔膜20在该压力下不会破损。所述网状结构具有一定的厚度，从而保证水可从该网状结构的侧部进入。
所述多孔网状支撑结构具有可根据需要设定的厚度，各路干的和湿的流体均可从所述网状结构的侧部进入，并可沿所述网状结构的平面流动。
在所述支撑结构31、32和交换隔膜20之间还垫衬有纤维膜41、42，该纤维膜41、42的厚度大于所述交换隔膜20的厚度，在所述支撑结构31、32和交换隔膜20之间起到缓冲作用，从而防止支撑结构31、32与所述交换隔膜20直接作用而使交换隔膜20发生破损。
如图3所示，由干气体板11、含水流体板12、交换隔膜20及两支撑结构31、32所构成的结构体为一电池单元，本实施例所提供的燃料电池加湿器可包括串联或并联设置的多个上述电池单元，这样可达到更佳的技术效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种燃料电池加湿器，包括干气体板(11)、含水流体板(12)及位于所述干气体板(11)和含水流体板(12)之间的交换隔膜(20)；其特征在于：还包括两多孔网状支撑结构(31、32)，所述支撑结构(31、32)分别设置并相互抵靠在所述交换隔膜(20)的两侧，所述支撑结构(31、32)对所述交换隔膜(20)具有支撑作用；
所述支撑结构(31、32)为具有网孔保证其透气性且具有支撑丝保证其支撑强度的网状结构或泡沫结构；所述网状结构或泡沫结构的网孔作为使交换气体及水穿过所述支撑结构(31、32)的通道；设置在所述交换隔膜(20)与所述干气体板(11)之间的支撑结构为干气体用多孔材料，便于将干气体导入；设置在所述交换隔膜(20)与所述含水流体板(12)之间的支撑结构为含水流体用多孔材料，用于将含水流体导出；
所述多孔网状支撑结构具有可根据需要设定的厚度，各路干的和湿的流体均从所述网状结构的侧部进入，并沿所述网状结构的平面流动；
所述支撑结构(31、32)采用金属、非金属或者其他具有非亲水性且可达到支撑目的的材料制成；
在所述支撑结构(31、32)和交换隔膜(20)之间还垫衬有纤维膜(41、42)，该纤维隔膜(41、42)的厚度大于所述交换隔膜(20)的厚度，在所述支撑结构(31、32)和交换隔膜(20)之间起到缓冲作用，从而防止所述支撑结构(31、32)与交换隔膜(20)直接作用而使交换隔膜(20)发生破损。
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