CN111266206B - 一种复合雾化方式的喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合雾化方式的喷涂装置，该装置包括外壳防护罩，外壳防护罩连接接地线，外壳防护罩顶部安装有排风装置，外壳防护罩内安装储料器、送料器、静电发生控制器、静电输送线、超声发生器、超声波输送线、复合雾化喷枪枪体、零电势加热平台、XY轴机械系统。该装置采用具有两个喷嘴的复合雾化喷枪枪体，两个喷嘴分别是静电雾化喷嘴和超声波雾化喷嘴，复合雾化喷枪枪体安装在XY轴机械系统上，XY轴机械系统控制复合雾化喷枪枪体在零电势加热平台上部且延XY轴固定架运行，本发明装置结合超声雾化涂和静电雾化的优点，根据浆料特性选择喷涂模式，从而通过喷涂方式的选择控制涂层结构。

Description

一种复合雾化方式的喷涂装置

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及燃料电池催化层制备技术，具体涉及一种复合雾化方式的喷涂装置，装置的喷嘴具有超声雾化和静电雾化两种雾化方式，用于各类喷涂薄膜，比例燃料电池催化层的喷涂。

背景技术

燃料电池催化层目前的制备工艺有喷涂法、涂布法、辊对辊转印法等。其中喷涂法制备催化层所采用的设备成本低，占地面积小，易于操作，更适合于实验室研究以及小批量生产。超声喷涂和静电喷涂是目前制备燃料电池催化层常用的两种方法。目前最为广泛采用的是超声喷涂，静电喷涂尚未在燃料电池催化层制备领域广泛使用。

超声喷涂的原理是利用高频超声波使催化剂浆料雾化，进而沉积到喷涂面上形成催化层。静电喷涂包括静电雾化和静电纺丝，静电雾化的原理是利用高压静电场使带负电的液体雾化，雾化后沿着静电场方向定向运动，沉积在物体表面，静电纺丝的原理是高分子流体静电雾化的特殊形式，雾化出的物质不是微小液滴，而是聚合物小射流。

超声喷涂的优点雾化效果更均匀稳定，催化层更均匀一致，静电喷涂的优点雾化后浆料在静电作用下定向运动，催化层有序化程度更高。因此，如何根据催化剂浆料特性设计一种能够将两种喷涂方式的优点结合起来的喷涂装置，对于发展CCM型膜电极具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种结合超声喷涂和静电喷涂优点的复合雾化方式的喷涂装置，该装置采用具有两个喷嘴的复合雾化喷枪枪体，两个喷嘴分别是静电雾化喷嘴和超声波雾化喷嘴，可以根据浆料的特性，选择喷涂方式，进而对涂层结构进行优化控制。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种复合雾化方式的喷涂装置，包括外壳防护罩14，外壳防护罩14连接接地线18，外壳防护罩14顶部安装有排风装置7，外壳防护罩14内安装储料器、静电发生控制器3、静电输送线5、超声发生器10、超声波输送线12、复合雾化喷枪枪体11、零电势加热平台16、XY轴机械系统17；

所述的静电发生控制器3，安装在外壳防护罩14上，连接外部电源，释放高压静电，通过静电输送线5将高压静电输送到复合雾化喷枪枪体11中的静电雾化喷嘴6处；

所述超声发生器10，安装在外壳防护罩14上，连接外部电源，产生20～120kHz的超声波，超声波传送到复合雾化喷枪枪体11中的超声波雾化喷嘴15处；

所述控制复合雾化喷枪枪体11，安装在XY轴机械系统17上，具有两个喷嘴，分别是静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15，静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15连接浆料通道，浆料通道连接储料器为喷嘴供料；

所述零电势加热平台16固定装在外壳防护罩14底部，与接地线18连接，将静电荷从装置内导出；

所述XY轴机械系统17，包括是XY轴固定架，架设在零电势加热平台16上部，XY轴固定架上安装复合雾化喷枪枪体11，XY轴机械系统17控制复合雾化喷枪枪体11在零电势加热平台16上部且延XY轴固定架运行。

进一步地，所述的静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15相对独立设置，根据浆料的特性，选择喷涂方式，以对涂层结构进行优化控制。

进一步地，所述的复合雾化喷枪枪体11的浆料静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15为并列结构，静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15各自通过浆料通道连接储料器。

进一步地，所述复合雾化喷枪枪体11的超声波雾化喷嘴a和静电雾化喷嘴b为同轴结构，同轴超声波雾化喷嘴a和静电雾化喷嘴b各自通过浆料通道连接储料器，同轴圆心内喷嘴为超声波雾化喷嘴a，同轴外环喷嘴为静电雾化喷嘴b。

进一步地，所述的储料器带有超声波振荡器或者磁力搅拌器。

进一步地，所述的装置还包括送料器，储料器通过送料器连接复合雾化喷枪枪体11的喷嘴，所述送料器为注射泵，将储存储料器中的浆料输送到喷嘴处。

进一步地，所述的外壳防护罩14上设置有观察窗，外壳防护罩14的材质为金属，连接接地线18，将静电荷从导出。

进一步地，所述的排风装置7，包括离心泵和通风管，将外壳防护罩14内的气体排出。

与现有技术相比,本发明的有益效果是：

本发明装置结合超声雾化涂和静电雾化的优点，根据浆料特性选择喷涂模式，从而通过喷涂方式的选择控制涂层结构。本发明结构简单、易实现，适于在燃料电池催化层制备领域推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中复合雾化方式的喷涂装置的结构示意图

图中：1、储料器1#；2、送料器1#；3、静电发生控制器；4、浆料通道1#；5、静电输送线；6、静电雾化喷嘴；7、排风装置；8、储料器2#；9、送料器2#；10、超声发生器；11、复合雾化喷枪枪体；12、超声波输送线；13浆料通道2#、14、外壳防护罩；15、超声波雾化喷嘴；16、零电势加热平台；17、XY轴机械系统；18、接电线；

图2是本发明实施例2中复合雾化方式的喷涂装置的复合雾化喷枪枪体的同轴双通道喷嘴的横截面图；

图中：a、超声波雾化喷嘴；b、静电雾化喷嘴；11、复合雾化喷枪枪体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，一种复合雾化方式的喷涂装置，包括外壳防护罩14，外壳防护罩14上设置有观察窗，外壳防护罩14的材质为金属，外壳防护罩14连接接地线18，将静电荷从导出。

外壳防护罩14顶部安装有排风装置7，所述的排风装置7，包括离心泵和通风管，将外壳防护罩14内的气体排出外壳防护罩14外。

外壳防护罩14内安装储料器、送料器、静电发生控制器3、静电输送线5、超声发生器10、超声波输送线12、复合雾化喷枪枪体11、零电势加热平台16、XY轴机械系统17；本实施例中的复合雾化喷枪枪体11的两个喷嘴为并列结构，两个喷嘴分别连接一个储料器，储料器通过送料器为复合雾化喷枪枪体11的两个喷嘴供料，所以外壳防护罩14内配备两个储料器和两个送料器，即储料器1#1和储料器2#8，送料器1#2和送料器2#9，储料器1#1和储料器2#8、送料器1#2和送料器2#9均安装在外壳防护罩14上，储料器1#1和储料器2#8带有超声波振荡器或者磁力搅拌器，送料器1#2和送料器2#9为注射泵，将储料器1#1和储料器2#8中的浆料输送到浆料通道从而到达喷嘴处。

所述的静电发生控制器3安装在外壳防护罩14上，连接外部220V电源，产生静电荷的电压范围是0～100kV，通过静电输送线5将高压静电输送到复合雾化喷枪枪体11中的静电雾化喷嘴6处；

所述超声发生器10安装在外壳防护罩14上，连接外部电源接通220V电源，产生120kHz的超声波，通过超声波输送线12将超声波信号输送到复合雾化喷枪枪体11中的超声波雾化喷嘴15处；

所述控制复合雾化喷枪枪体11，安装在XY轴机械系统17上，具有并列结构的静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15，静电雾化喷嘴6通过浆料通道1#4连接送料器1#2和连接储料器1#1，超声波雾化喷嘴15通过浆料通道2#13连接送料器2#9和储料器2#8，储料器1#1通过送料器1#2和浆料通道1#4给静电雾化喷嘴6供料，储料器2#8通过送料器2#9和浆料通道2#13给超声波雾化喷嘴15供料。

所述的静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15相对独立设置，根据浆料的特性，选择喷涂方式，以对涂层结构进行优化控制，即两个喷嘴可以同时喷涂也可以独立喷涂，送料器将浆料输送到静电雾化喷嘴6和超声波雾化喷嘴15喷嘴处，同时在超声波和静电的作用下雾化，或者根据浆料的特性，选择静电雾化喷嘴6或者超声波雾化喷嘴15喷涂，以对涂层结构进行优化控制。

所述零电势加热平台16固定装在外壳防护罩14底部，可加热至恒定温度，与接地线18连接，接地线18将外壳防护罩14和零电势加热平台16上的静电荷导出。本实施例中，零电势加热平台16台面有效面积为50cm×60cm，待喷涂物放置在零电势加热平台16上，以控制喷涂面的电势为零。

所述XY轴机械系统17，包括是XY轴固定架，架设在零电势加热平台16上部，XY轴固定架上安装复合雾化喷枪枪体11，XY轴机械系统17控制复合雾化喷枪枪体11在零电势加热平台16上部且延XY轴固定架运行。本实施例中，XY轴机械系统17运行长度为100cm×100cm，进而可以保证最大的喷涂面积为50cm×60cm，XY轴机械系统17带动复合雾化喷枪枪体11在X轴和Y轴方向移动，通过设定XY轴机械系统17的自动控制程序，可以实现不同形状膜电极的喷涂，行进速度在0～20cm/s可调。

利用上述复合雾化方式的喷涂装置进行催化剂层喷涂，具体操作如下：

将零电势加热平台16设定为60℃，XY轴机械系统17控制复合雾化喷枪枪体11的静电雾化喷嘴6和超声雾化喷嘴15两个喷嘴距离零电势加热平台16台面6cm，复合雾化喷枪枪体11运行速度为1.8cm/s，将一张有效面积为20cm×40cm的质子交换膜固定在零电势加热平台16台面上。调制用于制备催化层的催化剂浆料(Pt/C，Nafion溶液，异丙醇等)，分散均匀后分别储存在储料器1#1和储料器2#8中，浆料分别通过浆料通道1#4和浆料通道2#13输送至静电雾化喷嘴6和超声雾化喷嘴15，浆料雾化成细小液滴，静电雾化喷嘴6和超声雾化喷嘴15处的电场与零电势加热平台16之间形成电场，细小液滴浆料在电场作用下沉积在平台表面的质子交换膜喷涂面上。

实施例2

如图2所示，本实施例中的复合雾化方式的喷涂装置，其复合雾化喷枪枪体11的两个喷嘴为同轴结构，同轴圆心内喷嘴为超声波雾化喷嘴a，同轴外环喷嘴为静电雾化喷嘴b,所述的超声波雾化喷嘴a和静电雾化喷嘴b相对独立设置，其它结构与实施例1相同。

超声波雾化喷嘴a通过浆料通道1#4连接送料器1#2和连接储料器1#1，静电雾化喷嘴b通过浆料通道2#13连接送料器2#9和储料器2#8；储料器1#1通过送料器1#2和浆料通道1#4给超声波雾化喷嘴a供料，储料器2#8通过送料器2#9和浆料通道2#13给静电雾化喷嘴b供料。根据浆料的特性，选择喷涂方式，以对涂层结构进行优化控制。

利用上述复合雾化方式的喷涂装置进行催化剂层喷涂，具体操作如下：

将零电势加热平台16设定为80℃，XY轴机械系统17控制复合雾化喷枪枪体11的超声波雾化喷嘴a和静电雾化喷嘴b距离零电势加热平台16台面8cm，复合雾化喷枪枪体11运行速度为1.5cm/s，将一张有效面积为20cm×40cm的质子交换膜固定在零电势加热平台16上。

调制用于制备催化层的催化剂浆料(Pt/C，Nafion溶液，异丙醇等)，分散均匀后储存在给超声波雾化喷嘴a供料的储料器1#1中；调制用于调节催化层疏水性和孔结构的疏水剂(Pt/C、PTFE溶液、水等),分散均匀后储存在给静电雾化喷嘴b供料的储料器2#8中。催化剂浆料通过通过送料器1#2和浆料通道1#4输送至超声雾化喷嘴a，疏水剂浆料通过通过送料器2#9和浆料通道2#13输送至静电雾化喷嘴6，经雾化后沉积到质子交换膜喷涂面上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (3)

1.一种复合雾化方式的喷涂装置，其特征在于，包括外壳防护罩，外壳防护罩连接接地线，外壳防护罩顶部安装有排风装置，外壳防护罩内安装储料器、静电发生控制器、静电输送线、超声发生器、超声波输送线、复合雾化喷枪枪体、零电势加热平台、XY轴机械系统；

所述的静电发生控制器，安装在外壳防护罩上，连接外部电源，释放高压静电，通过静电输送线将高压静电输送到复合雾化喷枪枪体中的静电雾化喷嘴处；

所述超声发生器，安装在外壳防护罩上，连接外部电源，产生20～120kHz的超声波，超声波传送到复合雾化喷枪枪体中的超声波雾化喷嘴处；

所述复合雾化喷枪枪体，安装在XY轴机械系统上，具有两个喷嘴，分别是静电雾化喷嘴和超声波雾化喷嘴，两个喷嘴连接浆料通道，浆料通道连接储料器为喷嘴供料；

所述零电势加热平台固定装在外壳防护罩底部，与接地线连接，将静电荷从装置内导出；

所述XY轴机械系统，包括XY轴固定架，架设在零电势加热平台上部，XY轴固定架上安装复合雾化喷枪枪体，XY轴机械系统控制复合雾化喷枪枪体在零电势加热平台上部且延XY轴固定架运行；

所述复合雾化喷枪枪体的静电雾化喷嘴和超声波雾化喷嘴为同轴结构，同轴静电雾化喷嘴和超声波雾化喷嘴各自通过浆料通道连接储料器，同轴圆心内喷嘴为超声波雾化喷嘴，同轴外环为静电雾化喷嘴；

喷涂过程中，浆料分别通过2条浆料通道和浆料通道输送至静电雾化喷嘴和超声雾化喷嘴，浆料雾化成细小液滴，静电雾化喷嘴和超声雾化喷嘴处的电场与零电势加热平台之间形成电场，细小液滴浆料在电场作用下沉积在平台表面的质子交换膜喷涂面上；

所述的储料器带有超声波振荡器或者磁力搅拌器；

所述的装置还包括送料器，储料器通过送料器连接复合雾化喷枪枪体的浆料通道，所述送料器为注射泵，将储存储料器中的浆料输送到喷嘴处。

2.根据权利要求1所述的一种复合雾化方式的喷涂装置，其特征在于，所述的外壳防护罩上设置有观察窗，外壳防护罩的材质为金属，连接接地线，将静电荷从导出。

3.根据权利要求1所述的一种复合雾化方式的喷涂装置，其特征在于，所述的排风装置包括离心泵和通风管，将外壳防护罩内的气体排出。

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