一种用于燃料电池的膜加湿器的制作方法

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种用于燃料电池的膜加湿器。

背景技术：

新能源汽车主要包括混合动力汽车、电动汽车和燃料电池汽车，其中燃料电池汽车以燃料电池为动力来源，借助氢气和氧气之间的电化学反应将其中的化学能转化为电能，然后将电能提供给电机，以驱动汽车向前行驶。由于该过程不是气体燃烧将内能转化为热能的过程，因此不受卡诺循环的限制，效率比传统内燃机要高很多；同时在该过程中仅产生水和电能，因此不会给环境产生任何污染；燃料电池工作时运动部件少，产生的噪声低；当氢气消耗完后，氢气补充也能够快速的完成，基于以上几点，燃料电池汽车是未来汽车的发展趋势之一。

根据电解质的不同，目前常用的燃料电池有：聚合物电解质膜燃料电池、磷酸盐燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池。其中质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell,pemfc)是聚合物电解质膜燃料电池中的一种，因其能量密度高、操作温度低、启动速度快、工作寿命长等优点，很适合应用于运输工具，因此目前大多数汽车公司开发的燃料电池也都着重于质子交换膜燃料电池。

质子交换膜燃料电池在将化学能转化为电能的转化过程中，由质子交换膜和催化剂层组成的膜电极(mea)起到了十分关键的作用。质子交换膜为了保持良好的导电率，必须在工作过程中保证一定的湿度，为此必须保证进入燃料电池的反应气体具有一定的含湿量，因此燃料电池系统中需要使用加湿器以完成上述任务。在阳极侧，在催化剂的作用下，氢气反应生成质子和电子，质子交换膜是质子传递的媒介，而气体和电子则不能通过，电子只能通过外电路到达阴极，同时对外输出电能；在阴极侧，在催化剂的作用下，电子、质子和氧气反应生成水。

为了保证燃料电池具有较高的工作性能，需要对通入其中的空气加湿。燃料电池系统常常借助加湿器实现对空气的加湿，但是加湿效果不佳，影响了燃料电池的发电效率。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、加湿效果好的用于燃料电池的膜加湿器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于燃料电池的膜加湿器，所述膜加湿器包括中部呈长方体的流场单元以及设置在流场单元外侧的封箱，所述流场单元包括多个堆叠的流场子单元，每个流场子单元包括干侧气体流场板、湿侧气体流场板以及位于干侧气体流场板、湿侧气体流场板之间的透水膜，干气在干侧气体流场板和透水膜之间流动，湿气在湿侧气体流场板和透水膜之间流动，所述干气和湿气的流动方向垂直，所述封箱包括四块设置在流场单元外侧的框型封板，设置在流场单元相对两个侧面的两块封板上分别设有干气进口和干气出口，设置在流场单元另外两个相对侧面的两块封板上分别设有湿气进口和湿气出口。

干侧气体流场板上的流体通道与湿侧气体流场板上的流体通道相互垂直放置，干侧气体和湿侧气体进出口方向呈十字交叉进出，可以强化两者之间的水分交换。

所述的干侧气体流场板包括矩形顶板以及设置在顶板相对两条侧边上并与顶板垂直的干侧挡板，顶板未设干侧挡板的两条侧边分别与设置干气进口和干气出口的两块封板连通。

所述的湿侧气体流场板包括矩形底板、设置在底板相对两条侧边上并与底板垂直的湿侧挡板以及设置在底板上并与湿侧挡板平行的n条支撑肋，n条所述支撑肋与湿侧挡板将底板分成n+1条湿气流道，底板未设湿侧挡板的两条侧边分别与设置湿气进口和湿气出口的两块封板连通。

优选的，所述的n≥1。

所述的支撑肋连续或间断，当支撑肋间断时，支撑肋断口形成的连线与湿气通道垂直。采用间断的支撑肋所形成的流体通道，传质面积大、气体分布均匀性好；采用连续的支撑肋所形成的流体通道加工复杂度小，采用间断还是连续支撑肋可根据性能要求改变。

所述的流场子单元包括用于支撑透水膜的支撑层，所述支撑层的底面与湿侧气体流场板的支撑肋接触连接，支撑层的顶面与透水膜接触连接，所述支撑层上分布透水孔道。由于透水膜很薄，本发明膜加湿器在工作时，干侧气体压力大于湿侧气体压力，所以可能会压破透水膜，设置支撑层可以支撑透水膜，避免膜被挤压，堵塞湿侧气体流道。透水膜可以是任意一种只允许水分子透过而不允许其它物质透过的材料所制成的膜。

所述的封板呈框型，包括顶面、底面和三个相连的侧面，其中，顶面或底面中设有气体进口或气体出口，三个侧面中两个相对的侧面与流场单元的侧边接触连接，剩余一个侧面与流场单元的侧面平行。

所述的流场单元包括至少两个流场子单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)结构简单，易于装配，加工成本低；

(2)具有更大的传质有效面积，加湿效果更好。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为膜加湿器爆炸示意图；

图3为本发明流场单元的爆炸示意图；

图4为安装有间断型支撑肋的实测流场板的结构示意图；

图5为安装有连续型支撑肋的实测流场板的结构示意图。

其中，1为封箱，11为封板，111为干气进口，112为干气出口，113为湿气进口，114为湿气出口，2为流场单元，21为干侧气体流场板，211为顶板，212为干侧挡板，22为透水膜，23为支撑层，24为湿侧气体流场板，241为底板，242为湿侧挡板，243为支撑肋，244为流体通道。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于燃料电池的膜加湿器，其结构如图1、图2所示，包括中部呈长方体的流场单元2以及设置在流场单元2外侧的封箱1，流场单元2包括10个堆叠的流场子单元，封箱1包括四块设置在流场单元2外侧的框型封板11，设置在流场单元2相对两个侧面的两块封板11上分别设有干气进口111和干气出口112，设置在流场单元2另外两个相对侧面的两块封板11上分别设有湿气进口113和湿气出口114。

流场子单元的节后如图3所示，包括干侧气体流场板21、湿侧气体流场板24以及位于干侧气体流场板21、湿侧气体流场板24之间的透水膜22，干气在干侧气体流场板21和透水膜22之间流动，湿气在湿侧气体流场板24和透水膜22之间流动，干气和湿气的流动方向垂直，干侧气体流场板21上的流体通道244与湿侧气体流场板24上的流体通道244相互垂直放置，干侧气体和湿侧气体进出口方向呈十字交叉进出，可以强化两者之间的水分交换。

干侧气体流场板21包括矩形顶板211以及设置在顶板211相对两条侧边上并与顶板211垂直的干侧挡板212，顶板211未设干侧挡板212的两条侧边分别与设置干气进口111和干气出口112的两块封板11连通。

湿侧气体流场板24的结构如图4、图5所示，包括矩形底板241、设置在底板241相对两条侧边上并与底板241垂直的湿侧挡板242以及设置在底板241上并与湿侧挡板242平行的32条支撑肋243，32条支撑肋243与湿侧挡板242将底板241分成33条湿气流道，底板241未设湿侧挡板242的两条侧边分别与设置湿气进口113和湿气出口114的两块封板11连通。

支撑肋243连续或间断，连续型支撑肋如图5所示，间断型支撑肋如图4所示，当支撑肋243间断时，支撑肋243断口形成的连线与湿气通道垂直。

流场子单元包括用于支撑透水膜22的支撑层23，支撑层23的底面与湿侧气体流场板24的支撑肋243接触连接，支撑层23的顶面与透水膜22接触连接，支撑层23上分布透水孔道。

封板11呈框型，包括顶面、底面和三个相连的侧面，其中，顶面或底面中设有气体进口或气体出口，三个侧面中两个相对的侧面与流场单元2的侧边接触连接，剩余一个侧面与流场单元2的侧面平行。