一种紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器制造技术

本实用新型专利技术公开一种紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器，包括至少一组由若干个加湿单元堆叠组成的加湿组件，所述加湿单元包括气液导流分散板，设置于所述气液导流分散板两侧的气体分隔分散板，以及位于所述气液导流分散板和两气体分隔分散板之间的透水隔气的透水增湿膜；所述气液导流分散板的两侧均设置有气液分散流场；所述气体分隔分散板上设置有气体流场，所述气体流场内分布有燃料气体或氧化剂气体；所述气液分散流场和两侧所述气体流场之间由所述透水增湿膜隔开。本实用新型专利技术可同时给燃料电池的燃料气体和氧化剂气体进行加湿，减少燃料电池系统的加湿器数量，减小燃料电池系统体积，使系统结构紧凑，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于燃料电池领域，具体是一种燃料电池加湿器。
技术介绍
燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其优点是产物是水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作温度可在低温环境下运行，是移动电源和基站电源和固定电源的首选。燃料电池是由膜电极、双极板、集电板、端板和紧固件组成。由于聚合物膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起进行串联起来，形成电堆。燃料电池的核心部件是膜电极，膜电极的心脏是质子交换膜，主要起着隔绝气体和提供质子流动通道的作用。质子交换膜必须在湿润的状态下才能达到良好的工作性能。为了使燃料电池达到最佳性能，延长电堆寿命，在燃料电池系统加入燃料电池增湿器，使进入燃料电池电堆的气体加湿。但是需要注意的是，质子膜干燥或过湿都会降低质子交换膜传递质子的能力，进而影响膜电极的性能。质子膜干燥不但会造成质子传输能力下降，而且会减少质子膜的寿命。为了解决这一问题，目前国内外都提出了很多的解决方案，比如公开号为CN 103069222 A公开的一种燃料电池加湿器，包括：具有第一末端和第二末端的膜外壳；设置在所述膜外壳的内部空间中的一束中空纤维膜，其中所述中空纤维膜的两个末端分别被装入所述膜外壳的所述第一末端和第二末端中；设置在所述膜外壳的所述内部空间中的湿度保持器；安置在所述膜外壳的所述第一末端上的第一覆盖物，所述第一覆盖物包括用于引入从排气管排放的高湿度的非反应气体的入口；以及安置在所述膜外壳的所述第二末端上的第二覆盖物，所述第二覆盖物包括用于排放用 来加湿的所述非反应气体的出口。在该对比文件中，为了增加气体的湿度，在膜外壳内增设了湿度保持器，但是由于湿度不可调节，燃料气体中湿度过大，会造成阴极水淹，同样对电池电堆的性能有很大的影响。目前，燃料电池的制造厂商已经普遍认识到了质子膜干燥对电堆的影响，但对质子膜过湿的影响却被忽略了，一味的提升反应气体的湿度，不能准确实时控制气体加湿的湿度，严重影响电堆的性能。另外，传统的加湿器是氢气和空气加湿器分别各使用一个加湿器，在一个燃料电池系统中加入两个加湿器，使整个系统臃肿繁杂不紧凑，也不利于燃料电池系统紧凑化和简便化的发展。如公开号为CN 103915638 A公开的一种燃料电池用加湿器，该加湿器由若干加湿单元和加湿膜组件叠加而成，其中所述加湿单元由干面板、加湿膜组件、湿面板依此叠加组成，两个所述加湿单元之间夹设一加湿膜组件，所述加湿膜组件和干面板、湿面板上设有三进三出口：燃料进口、氧化剂进口、冷却剂进口、燃料出口、氧化剂出口、冷却剂出口，其中干面板和湿面板上还设有进气支口和出气支口。在该对比文件中，当加湿器为一个时，加湿器仅能对一个气体进口的气体进行加湿，如果要对染料气体和氧化剂气体同时加湿，必须在电堆的两侧分别设置一个加湿器。再比如公开号为CN 104103844 A公开的一种燃料电池加湿器组件，包括：壳体，所述壳体包括第一进口、第一出口、和允许第一气体流经所述加湿器的第一气体流动区，所述壳体还包括第二进口、第二出口、和允许第二气体流经所述加湿器的第二气体流动区，所述第一气体具有高于所述第二气体的相对湿度；以及褶状隔离物，所述褶状隔离物将所述第一流动区与所述第二流动区隔离开，使得水从所述第一气体流动到所述第二气体，由此增加所述第二气体的相对湿度。该对比文件中对用于加湿燃料电池的材料和方法进行了改进，但是从该对比文件的结构可以明显看出，该对比文件利用两种气体的相对湿度不同，使水由第一气体流动到所述第二气体中，因此该加湿器组件同样不能做到对燃料电池的氢气和空气同时加湿，造成系统臃肿和成本上升。由于上述问题的存在限制了燃料电池性能的提升，桎梏了燃料电池的进一步发展，解决上述问题，对燃料电池推广和应用有着重要的作用。
技术实现思路
专利技术目的：本技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种同时给燃料气体和氧化气体加湿，且湿度可调节的燃料电池的加湿器。技术方案：本技术所述紧凑型同时供阴阳气体加湿的加湿器，包括至少一组由若干个加湿单元堆叠组成的加湿组件，所述加湿单元包括气液导流分散板，位于所述气液导流分散板两侧的气体分隔分散板和透水隔气的透水增湿膜；所述气液导流分散板的两侧均设置有气液分散流场，所述气液分散流场内分布有加湿水或加湿气；所述气体分隔分散板上设置有气体流场，所述气体流场内分布有燃料气体或氧化剂气体；所述气液分散流场和两侧所述气体流场之间分别由所述透水增湿膜隔开。本技术进一步优选地技术方案为，所述气体分隔分散板的两面均设置有气体流场，其中一面为燃料气体流场，另一面为氧化剂气体流场，所述气体分隔分散板的两面分别贴合在所述气液导流分散板两侧的透水增湿膜上。优选地，所述气液导流分散板的气液分散流场内分布的加湿气为燃料电池电堆阴极尾气。优选地，所述气液分散流场和气体流场为蛇形流场、直行流场、点状流场、复合流场其中任意一种。优选地，所述气液分散流场为蛇形流场，气体流场为直行流场。优选地，所述气液导流分散板和气体分隔分散板的四周均分别设置有密封槽，以及与所述密封槽相匹配的密封圈，用于密封流场内分布的气体和水。优选地，所述透水增湿膜为中空纤维膜、含氟树脂膜、PBI膜、阴阳离子膜其中一种。优选地，所述的气液导流分散板和气体分隔分散板，均由金属或非金属材料制成。优选地，由若干组所述加湿单元堆叠组成的加湿组件的两端设置有用于锁紧所述加湿组件的端板，其中一侧端板上设置有两个干气体进口和一个加湿气液出口，另一侧端板上设置有两个湿气体出口和一个加湿气液进口；所述加湿气液进口和加湿气液出口通过所述加湿组件内每个加湿单元的气液分散流场连通，所述两个干气体进口和两个湿气体出口之间分别通过所述加湿组件内每个加湿单元的气体流场连通。优选地，所述端板通过弹性缓冲元件和压力分散板固定在所述加湿组件的两侧，两端板之间通过紧固件固定连接。本技术具体的工作原理是：干燥的燃料气体和氧化剂气体分别从端板上的两个干气体进口进入加湿器，并依次流通至加湿器的每一组加湿单元，电堆阴极尾气或加湿专用水由加湿气液进口进入，再经过加湿单元的气液导流分散板两侧的流场进行均匀分布，透水增湿膜只能透过水，不能透过气体，水通过扩散作用和增湿膜两侧的水压差渗透到干燥的气体分隔分散板的气体流场内，从而给气体进行加湿，可以根据气液导流分散板两侧流场流道的宽度和深度来控制气体加湿的湿度。有益效果：（1）本技术的燃料电池加湿单元由气液导流分散板、气体分隔分散板和透水隔气的透水增湿膜组成，气液导流分散板的两侧均分布有气液分散流场，一组加湿单元可同时给燃料电池的燃料气体和氧化剂气体进行加湿，减少燃料电池系统的加湿器数量，减小燃料电池系统体积，使系统结构紧凑，降低生产成本；同时，水在气液导流分散板的气液分散流场内均匀分布，通过扩散作用和增湿膜两侧的水压差渗透作用加湿干气体，可以根据实际需要，调节气液导流分散板两侧流场流道的宽度和深度，以及流场的形状和气液流量来控制气体加湿的湿度，避免燃料气体和氧化剂气体湿度过大，造成阴极水淹，损坏燃料电池电堆；（2）本技术的加湿器具有压力缓冲的端板，有利于减少由于温度变化引起的加湿器尺寸和压力变化所造成的外漏和内漏的几率，同时内部加湿单元的气体压降小，成本低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器，其特征在于，包括至少一组由若干个加湿单元堆叠组成的加湿组件，所述加湿单元包括气液导流分散板，设置于所述气液导流分散板两侧的气体分隔分散板，以及位于所述气液导流分散板和两气体分隔分散板之间的透水隔气的透水增湿膜；所述气液导流分散板的两侧均设置有气液分散流场，所述气液分散流场内分布有加湿水或加湿气；所述气体分隔分散板上设置有气体流场，所述气体流场内分布有燃料气体或氧化剂气体；所述气液分散流场和两侧所述气体流场之间由所述透水增湿膜隔开。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器，其特征在于，包括至少一组由若干个加湿单元堆叠组成的加湿组件，所述加湿单元包括气液导流分散板，设置于所述气液导流分散板两侧的气体分隔分散板，以及位于所述气液导流分散板和两气体分隔分散板之间的透水隔气的透水增湿膜；所述气液导流分散板的两侧均设置有气液分散流场，所述气液分散流场内分布有加湿水或加湿气；所述气体分隔分散板上设置有气体流场，所述气体流场内分布有燃料气体或氧化剂气体；所述气液分散流场和两侧所述气体流场之间由所述透水增湿膜隔开。2.根据权利要求1所述的紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器，其特征在于，所述气体分隔分散板的两面均设置有气体流场，其中一面为燃料气体流场，另一面为氧化剂气体流场，所述气体分隔分散板的两面分别贴合在所述气液导流分散板两侧的透水增湿膜上。3.根据权利要求1所述的紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器，其特征在于，所述气液导流分散板的气液分散流场内分布的加湿气为燃料电池电堆阴极尾气。4.根据权利要求1所述的紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器，其特征在于，所述气液分散流场和气体流场为蛇形流场、直行流场、点状流场、复合流场其中任意一种。5.根据权利要求4所述的紧凑型同时供阴阳极气体加湿的加湿器，其特征在于，所述气液分散流场...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏广科，王习鹏，程立明，
申请(专利权)人：江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32