CN214280031U - 一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体为一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，包括燃料电池本体，燃料电池本体包括纤维膜加湿箱、质子交换箱、过滤加湿箱、空气箱以及输氢箱，纤维膜加湿箱的内部设置有中空纤维膜，中空纤维膜的一侧面设置有第一加湿件，中空纤维膜的另一侧面设置有第二加湿件，第一加湿件的内部开设有纵向孔和横向孔。本实用新型第一加湿件上的横向孔导入气流，然后再配合纵向孔扩大与氢气的接触面积，使氢气与中空纤维膜均匀接触，中空纤维膜将气体通过进料孔再次加湿后排进质子交换箱，从而提升加湿的效率，吸水海绵将水蒸气吸收，并通过加湿口中的气流将液态水通过排水口排出，进而提高燃料电池本体的使用寿命。

Description

一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器

技术领域

本实用新型涉及一种中空纤维膜增湿器，特别是涉及一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，属于燃料电池技术领域。

背景技术

燃料电池有很多种类型，但是它们都由阳极、阴极和电解质组成，电解质允许离子，在燃料电池的两侧之间移动，在阳极，催化剂使燃料发生氧化反应，产生离子和电子，离子通过电解质从阳极移动到阴极，同时，电子通过外部电路从阳极流向阴极，产生直流电，在阴极，另一种催化剂引起离子、电子和氧气反应，形成水和其他的可能产物，燃料电池根据它们使用的电解质类型和启动时间的差异进行分类，启动时间从质子交换膜燃料电池的1秒到固体氧化物燃料电池的10分钟不等，作为相关技术，液流电池中的燃料可以通过充电再生，单个燃料电池产生相对较小的电势，约为0.7伏，因此电池被“堆叠”或串联放置，以产生足够的电压来满足应用的要求。

除了电以外，燃料电池还会产生水、热，因此需要对燃料电池进行进一步的加湿，防止燃料电池内的温度过高，导致电阻增大，从而增加离子运动的电阻，导致发电效率严重降低，现有技术由于不能对中空纤维膜进行均匀有效的加湿，导致发电效率和氢资源的利用率大大的降低，同时由于燃料电池内部的水蒸气在遇冷时会发生物态变化，导致大量的液体水堆积，无法排除，从而影响中空纤维膜的使用寿命。

因此，亟需对中空纤维膜增湿器进行改进，以解决上述存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，第一加湿件上的横向孔导入气流，然后再配合纵向孔扩大与氢气的接触面积，使氢气与中空纤维膜均匀接触，中空纤维膜将气体通过进料孔再次加湿后排进质子交换箱，从而提升加湿的效率，吸水海绵将水蒸气吸收，并通过加湿口中的气流将液态水通过排水口排出，进而提高燃料电池本体的使用寿命。

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，包括燃料电池本体，所述燃料电池本体包括纤维膜加湿箱、质子交换箱、过滤加湿箱、空气箱以及输氢箱，所述燃料电池本体的上侧面固定设置有第一加湿口以及第二加湿口，所述燃料电池本体的下侧面固定设置有排水口，所述燃料电池本体的两端分别固定设置有输氧端口和输氢端口；

所述纤维膜加湿箱的内部固定设置有中空纤维膜，所述中空纤维膜的一侧面固定设置有第一加湿件，所述中空纤维膜的另一侧面固定设置有第二加湿件，所述第二加湿件的上方连接有通孔，所述第一加湿件的上方与所述第一加湿口相连通，所述第一加湿口和所述通孔相连通，所述第一加湿件的内部开设有均匀分布的纵向孔，所述第一加湿件的内部开设有均匀分布的横向孔，所述纵向孔与所述横向孔互相连通，所述第一加湿件的远离所述中空纤维膜的一侧面与所述输氢端口相连接，所述第一加湿件的靠近所述中空纤维膜的一侧面与所述中空纤维膜相连接，所述第二加湿件上开设有均匀分布的进料孔，所述进料孔与所述质子交换箱相连通。

优选的，所述过滤加湿箱的内部固定设置有过滤加湿件，所述过滤加湿件的内部开设有均匀分布的加湿孔，所述加湿孔的上端与所述第二加湿口相连通。

优选的，所述燃料电池本体的底部开设有吸水海绵槽，所述吸水海绵槽的内部固定设置有吸水海绵，所述吸水海绵设置在所述中空纤维膜和所述过滤加湿件的下方，所述吸水海绵的下侧面与所述排水口相连接。

优选的，所述输氢端口与所述第一加湿件的连接处固定设置有第一扩展口，所述第一扩展口设置在所述输氢箱的内部，所述第一扩展口与所述第一加湿件上的横向孔相连通。

优选的，所述输氧端口与所述过滤加湿件的连接处固定设置有第二扩展口，所述第二扩展口设置在所述空气箱的内部。

优选的，所述纵向孔与所述横向孔互相垂直。

优选的，所述第一加湿件、第二加湿件和所述过滤加湿件均为TPU热塑性聚氨酯弹性体橡胶制成的透气加湿件。

优选的，所述中空纤维膜为以聚偏氟乙烯为材料制成的纤维膜。

本实用新型至少具备以下有益效果：

1、第一加湿件上的横向孔导入气流，然后再配合纵向孔扩大与氢气的接触面积，使氢气与中空纤维膜均匀接触，中空纤维膜将气体通过进料孔再次加湿后排进质子交换箱，从而提高加湿的效率。

2、在水蒸气浓度较高的情况下会产生一定量的液体水，长时间的浸泡会影响中空纤维膜的使用寿命，因此在吸水海绵的作用下可以将水蒸气进行有效地吸收，并通过加湿口中的气流将液态水通过排水口排出燃料电池本体的外部，进而提高燃料电池本体的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的剖视图；

图2为本实用新型的立体图；

图3为本实用新型的中空纤维膜结构图；

图4为本实用新型的第一加湿件局部剖视图。

图中，1-燃料电池本体，101-纤维膜加湿箱，102-质子交换箱，103-过滤加湿箱，104-空气箱，105-输氢箱，106-吸水海绵槽，2-第一加湿件，201-纵向孔，202-横向孔，3-中空纤维膜，4-第二加湿件，401-进料孔，5-过滤加湿件，6-加湿孔，7-输氢端口，701-第一扩展口，8-输氧端口，801-第二扩展口，9-吸水海绵，10-排水口，11-第一加湿口，12-通孔，13-第二加湿口。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1-图4所示，本实施例提供的用于燃料电池中空纤维膜增湿器，包括燃料电池本体1，燃料电池本体1包括纤维膜加湿箱101、质子交换箱102、过滤加湿箱103、空气箱104以及输氢箱105，燃料电池本体1的上侧面固定设置有第一加湿口11以及第二加湿口13，燃料电池本体1的下侧面固定设置有排水口10，燃料电池本体1的两端分别固定设置有输氧端口8和输氢端口7，输氢端口7与第一加湿件2的连接处固定设置有第一扩展口701，第一扩展口701设置在输氢箱105的内部，第一扩展口701与第一加湿件2上的横向孔202相连通，输氧端口8与过滤加湿件5的连接处固定设置有第二扩展口801，第二扩展口801设置在空气箱104的内部，将氢气等直接通入到燃料电池本体1的内部，增大与加湿件接触面积，提高加湿的效率，同时由于氢气的密度比空气的密度小，防止氢气溢出，有效地节约氢气资源，提高利用率；

纤维膜加湿箱101的内部固定设置有中空纤维膜3，中空纤维膜3为以聚偏氟乙烯PVDF为材料制成的纤维膜，中空纤维膜3的纤维壁即为分离膜，而没有额外的支撑材料，因此，中空纤维膜3可以进行反冲洗，可获得最好的清洗和分离的效果，从而延长膜的使用寿命，减少运行操作的劳动强度，降低运行费用，中空纤维膜3的一侧面固定设置有第一加湿件2，中空纤维膜3的另一侧面固定设置有第二加湿件4，第二加湿件4的上方连接有通孔12，第一加湿件2的上方与第一加湿口11相连通，第一加湿口11和通孔12相连通，第一加湿件2的内部开设有均匀分布的纵向孔201，第一加湿件2的内部开设有均匀分布的横向孔202，纵向孔201与横向孔202互相连通，纵向孔201与横向孔202互相垂直，第一加湿件2的远离中空纤维膜3的一侧面与输氢端口7相连接，第一加湿件2的靠近中空纤维膜3的一侧面与中空纤维膜3相连接，第二加湿件4上开设有均匀分布的进料孔401，进料孔401与质子交换箱102相连通，通过第一加湿件2上的横向孔201导入气流，然后再配合纵向孔202使氢气与纤维膜加湿箱101内的所有中空纤维膜3均匀接触，然后通过中空纤维膜3将气体或者是离子通过进料孔401排进质子交换箱102，从而可以提升燃料电池本体1内部的加湿效率，第一加湿件2、第二加湿件4和过滤加湿件5均为TPU热塑性聚氨酯弹性体橡胶制成的透气加湿件，同时能够扩大与氢气的接触面积，提升加湿的均匀性，第一加湿件2、第二加湿件4同时可以起到过滤吸附细小颗粒的作用，由此可以延长中空纤维膜3的更换周期，提升装置的使用寿命。

在本实施例中，如图1所示，过滤加湿箱103的内部固定设置有过滤加湿件5，过滤加湿件5的内部开设有均匀分布的加湿孔6，加湿孔6的上端与第二加湿口13相连通，过滤加湿件5上的加湿孔6通过湿气流扩散到过滤加湿件5的内部，可以对空气进行有效地加湿，进而可以有效的对氧气进行润湿，在一定程度上降低离子运动的电阻，提升发电的效率。

在本实施例中，如图1所示，燃料电池本体1的底部开设有吸水海绵槽106，吸水海绵槽106的内部固定设置有吸水海绵9，吸水海绵9设置在中空纤维膜3和过滤加湿件5的下方，吸水海绵9的下侧面与排水口10相连接，在水蒸气浓度较高的情况下会产生一定量的液体水，长时间的浸泡会影响中空纤维膜3的使用寿命，因此在吸水海绵9的作用下可以将水蒸气进行有效地吸收，并通过加湿口中的气流将液态水通过排水口10排出燃料电池本体1的外部，进而提高燃料电池本体1的使用寿命。

如图1-图4所示，本实施例提供的用于燃料电池中空纤维膜增湿器的原理如下：

燃料电池本体1包括纤维膜加湿箱101、质子交换箱102、过滤加湿箱103、空气箱104以及输氢箱105，燃料电池本体1的上侧面固定设置有第一加湿口11以及第二加湿口13，燃料电池本体1的下侧面固定设置有排水口10，燃料电池本体1的两端分别固定设置有输氧端口8和输氢端口7，将氢气等通过端口直接通入到燃料电池本体1的内部，增大与加湿件接触面积，提高加湿的效率，同时由于氢气的密度比空气的密度小，防止氢气溢出，有效地节约氢气资源，提高利用率，纤维膜加湿箱101的内部固定设置有中空纤维膜3，中空纤维膜3为以聚偏氟乙烯PVDF为材料制成的纤维膜，中空纤维膜3的纤维壁即为分离膜，而没有额外的支撑材料，因此，中空纤维膜3可以进行反冲洗，可获得最好的清洗和分离的效果，从而延长膜的使用寿命，减少运行操作的劳动强度，降低运行费用，中空纤维膜3的一侧面固定设置有第一加湿件2，中空纤维膜3的另一侧面固定设置有第二加湿件4，通过第一加湿件2上的横向孔201导入气流，然后再配合纵向孔202使氢气与纤维膜加湿箱101内的所有中空纤维膜3均匀接触，然后通过中空纤维膜3将气体或者是离子通过进料孔401排进质子交换箱102，从而可以提升燃料电池本体1内部的加湿效率，第一加湿件2、第二加湿件4同时可以起到过滤吸附细小颗粒的作用，由此可以延长中空纤维膜3的更换周期，提升装置的使用寿命。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，包括燃料电池本体（1），其特征在于，所述燃料电池本体（1）包括纤维膜加湿箱（101）、质子交换箱（102）、过滤加湿箱（103）、空气箱（104）以及输氢箱（105），所述燃料电池本体（1）的上侧面固定设置有第一加湿口（11）以及第二加湿口（13），所述燃料电池本体（1）的下侧面固定设置有排水口（10），所述燃料电池本体（1）的两端分别固定设置有输氧端口（8）和输氢端口（7）；

所述纤维膜加湿箱（101）的内部固定设置有中空纤维膜（3），所述中空纤维膜（3）的一侧面固定设置有第一加湿件（2），所述中空纤维膜（3）的另一侧面固定设置有第二加湿件（4），所述第二加湿件（4）的上方连接有通孔（12），所述第一加湿件（2）的上方与所述第一加湿口（11）相连通，所述第一加湿口（11）和所述通孔（12）相连通，所述第一加湿件（2）的内部开设有均匀分布的纵向孔（201），所述第一加湿件（2）的内部开设有均匀分布的横向孔（202），所述纵向孔（201）与所述横向孔（202）互相连通，所述第一加湿件（2）的左侧面与所述输氢端口（7）相连接，所述第一加湿件（2）的右侧面与所述中空纤维膜（3）相连接，所述第二加湿件（4）上开设有均匀分布的进料孔（401），所述进料孔（401）与所述质子交换箱（102）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，其特征在于：所述过滤加湿箱（103）的内部固定设置有过滤加湿件（5），所述过滤加湿件（5）的内部开设有均匀分布的加湿孔（6），所述加湿孔（6）的上端与所述第二加湿口（13）相连通。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，其特征在于：所述燃料电池本体（1）的底部开设有吸水海绵槽（106），所述吸水海绵槽（106）的内部固定设置有吸水海绵（9），所述吸水海绵（9）设置在所述中空纤维膜（3）和所述过滤加湿件（5）的下方，所述吸水海绵（9）的下侧面与所述排水口（10）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，其特征在于：所述输氢端口（7）与所述第一加湿件（2）的连接处固定设置有第一扩展口（701），所述第一扩展口（701）设置在所述输氢箱（105）的内部，所述第一扩展口（701）与所述第一加湿件（2）上的横向孔（202）相连通。

5.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，其特征在于：所述输氧端口（8）与所述过滤加湿件（5）的连接处固定设置有第二扩展口（801），所述第二扩展口（801）设置在所述空气箱（104）的内部。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，其特征在于：所述纵向孔（201）与所述横向孔（202）互相垂直。

7.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，其特征在于：所述第一加湿件（2）、第二加湿件（4）和所述过滤加湿件（5）均为TPU热塑性聚氨酯弹性体橡胶制成的透气加湿件。

8.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池中空纤维膜增湿器，其特征在于：所述中空纤维膜（3）为以聚偏氟乙烯PVDF为材料制成的纤维膜。

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