一种应用于氢能燃料电池的空气增湿装置的制作方法

1.本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种应用于氢能燃料电池的空气增湿装置。


背景技术：

2.燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。燃料电池是一种清洁、高效、长寿命的发电装置、具有效率高、无污染、功率密度高、低温启动等优点，与常规的与常规的发电技术相比，在效率、安全性、可靠性、灵活性、清洁性、操作性能等方面有很大的优势。随着环境和能源等问题的日益突出，燃料电池的应用前景越来越广泛。
3.在燃料电池的反应过程中，其内部的质子交换膜需要维持一定的湿度以保证较高的反应效率，因此要求反应介质携带一定量的水蒸气进入燃料电池，这一步通常采用增湿器实现。
4.传统的增湿器极易发生渗漏(窜漏和外漏)，且功耗、噪音较大，寿命较短。其中一个主要原因在于传统的增湿器采用聚砜(ps)材质的中空膜管，聚砜材质膜遇水溶胀，膜在干-湿态之间的反复溶胀-收缩，会导致与密封面脱离，从而发生渗漏；另外，聚砜(ps)材质膜易于变形，且耐压能力差，在使用过程中可能会在气压的作用下发生破裂。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种应用于氢能燃料电池的空气增湿装置，旨在解决背景技术中所提到的问题。
6.本发明实施例是这样实现的，一种应用于氢能燃料电池的空气增湿装置，所述空气增湿装置包括：
7.内部中空的主体；所述主体上设有湿润废气入口和湿润废气出口；
8.与所述主体相吻合的压盖；所述压盖设有两件，分别装配于所述主体的两端；其中一件压盖上设有干燥气体入口，另一件压盖上设有加湿后气体出口；
9.设有定位孔套的主体内衬板，所述主体内衬板设于所述主体内；
10.中空膜管束，用于通入干燥气体和湿润废气，以使湿润废气对干燥气体进行加湿；所述中空膜管束设有多组；
11.多组设于所述主体内衬板上的中空膜保护套，用于将多组所述中空膜管束分开封装；
12.两组密封组件，用于对内部设有主体内衬板、中空膜管束和中空膜保护套的主体的两端进行密封；所述密封组件设于所述主体与所述压盖之间。
13.优选的，所述压盖可在两个方向上与所述主体进行装配。
14.优选的，所述中空膜保护套的横截面为规则或不规则形状。
15.优选的，所述中空膜管束的材质为ptfe。
16.优选的，所述密封组件包括：
17.灌封胶；所述灌封胶设于所述主体的端口内；
18.密封条；所述密封条设于所述主体的端口上；
19.密封胶；所述密封胶设于所述灌封胶与所述密封条之间，用于连接所述灌封胶与所述密封条。
20.优选的，所述空气增湿装置还包括：
21.螺丝锁紧组件，用于固定所述主体与所述压盖。
22.本发明实施例提供的一种应用于氢能燃料电池的空气增湿装置，由主体、压盖、中空膜保护套、中空膜管束、主体内衬板、密封条、灌封胶、密封胶和螺丝锁紧组件组成。其工作原理如下：干燥气体从干燥气体入口进入中空膜管束的内部，燃料电池的电堆中产生的湿润废气从湿润废气入口进入，因膜管的亲水性进入到中空膜管束内，干燥气体在中空膜管束内充分吸收湿润废气中的热量和水分，干燥气体被加热加湿后从加湿后气体出口排出，被吸收热量和水分的湿润废气从湿润废气出口排出。
23.本发明通过在主体的内部增加中空膜保护套，将中空膜管束进行分开封装，降低了中空膜管束外湿润废气的流阻，使其可以快速的均匀分布于各个中空膜保护套周围，再进入到中空膜管束中，增大湿润废气与中空膜管束接触面积，从而提高增湿效率，能满足大功率(90-110kw)电堆的使用要求。其次，本发明采用ptfe材质的中空膜管束，不易变形，耐压能力强，增加了空气增湿装置的使用体验和使用寿命。
附图说明
24.图1为本发明实施例提供的一种应用于氢能燃料电池的空气增湿装置的结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的空气增湿装置中主体的结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的空气增湿装置中其中一件压盖的结构示意图；
27.图4为本发明实施例提供的空气增湿装置中另一件压盖的结构示意图；
28.图5为本发明实施例提供的空气增湿装置中中空膜保护套的结构示意图；
29.图6为本发明实施例提供的空气增湿装置中中空膜管束的结构示意图；
30.图7为本发明实施例提供的空气增湿装置中主体内衬板的结构示意图；
31.图8为本发明实施例提供的空气增湿装置中密封条的结构示意图；
32.图9为本发明实施例提供的空气增湿装置中灌封胶的结构示意图；
33.图10为本发明实施例提供的空气增湿装置中密封胶的结构示意图；
34.图11为本发明实施例提供的空气增湿装置中螺丝锁紧组件的结构示意图；
35.图12为本发明实施例提供的中空膜管束装配入中空膜保护套内的结构示意图；
36.图13为本发明实施例提供的干燥气体和湿润废气进入中空膜管束的方向示意图；
37.图14为本发明实施例提供的密封组件固定主体和压盖的结构示意图。
38.附图中：1、主体；2、压盖；3、中空膜保护套；4、中空膜管束；5、主体内衬板；6、密封条；7、灌封胶；8、密封胶；9、螺丝锁紧组件。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
40.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
41.如附图1～7所示，为本发明一个实施例提供的一种应用于氢能燃料电池的空气增湿装置，所述空气增湿装置包括：
42.内部中空的主体1；所述主体1上设有湿润废气入口和湿润废气出口；
43.与所述主体1相吻合的压盖2；所述压盖2设有两件，分别装配于所述主体1的两端；其中一件压盖2上设有干燥气体入口，另一件压盖2上设有加湿后气体出口；
44.设有定位孔套的主体内衬板5，所述主体内衬板5设于所述主体1内；
45.中空膜管束4，用于通入干燥气体和湿润废气，以使湿润废气对干燥气体进行加湿；所述中空膜管束4设有多组；
46.多组设于所述主体内衬板5上的中空膜保护套3，用于将多组所述中空膜管束4分开封装；
47.两组密封组件，用于对内部设有主体内衬板5、中空膜管束4和中空膜保护套3的主体1的两端进行密封；所述密封组件设于所述主体1与所述压盖2之间。
48.在实际应用中，首先对所述的空气增湿装置进行组装，组装过程如下：
49.将中空膜管束4装入中空膜保护套3内，如附图12所示；
50.主体内衬板5对准放入主体1内，通过粘结剂或扣位连接；
51.将装有中空膜管束4的中空膜保护套3对准主体内衬板5上的定位孔套装配到位；
52.将主体1、中空膜管束4和中空膜保护套3的两头用密封组件进行密封；
53.最后将压盖2与主体1的两端进行装配固定，完成空气增湿装置的组装过程。
54.组装完成后的空气增湿装置具有四个口，分别是干燥气体入口、加湿后气体出口、湿润废气入口和湿润废气出口。使用时，干燥气体通过干燥气体入口进入空气增湿装置，燃料电池的电堆中产生的湿润废气从湿润废气入口进入空气增湿装置，干燥气体在中空膜管束4内充分吸收湿润废气内的热量和水分，从而被加湿，被加湿后的干燥气体从加湿后气体出口排出，被吸取热量和水分的湿润废气从湿润废气出口排出，如附图13所示，图中a口为干燥气体入口，b口为加湿后气体出口，c口为湿润废气入口，d口为湿润废气出口。本发明通过在主体1的内部增加中空膜保护套3，将中空膜管束4进行分开封装，降低了中空膜管束4外湿润废气的流阻，使其可以快速的均匀分布于各个中空膜保护套3周围，再进入到中空膜管束4中，增大湿润废气与中空膜管束4接触面积，从而提高增湿效率，能满足大功率(90-110kw)电堆的使用要求。
55.作为本发明的一种优选实施例，所述压盖2可在两个方向上与所述主体1进行装配。
56.具体的，压盖2与主体1之间属于不防呆设计，二者之间可以进行上下两个方向的装配，进而使得两件压盖2上的干燥气体入口和加湿后气体出口可以朝向不同的方位，以满足各种实际接通需求。
57.作为本发明的一种优选实施例，所述中空膜保护套3的横截面为规则或不规则形
状。
58.具体的，中空膜保护套3用来将中空膜管束4进行分开封装，降低中空膜管束4外湿润废气的流阻、增加湿润废气与中空膜管束4的接触面积，从而提高增湿效率。中空膜保护套3可以根据实际需求制备成任意的形状，该形状既可以是规则的，也可以是不规则的。
59.作为本发明的一种优选实施例，所述中空膜保护套3的横截面为椭圆形或矩形。
60.具体的，在本实施例中，中空膜保护套3制备成横截面为椭圆形或矩形的，一则实际生产中椭圆形和矩形的中空膜保护套3更便于制备，二则椭圆形和矩形的中空膜保护套3与主体内衬板5的装配性也较好，使用便利。
61.作为本发明的一种优选实施例，所述中空膜管束4的材质为ptfe。
62.具体的，ptfe是聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)的简称，ptfe也俗称“塑料王”，是一种以四氟乙烯作为单体聚合制得的高分子聚合物。这是一种呈白色蜡状、半透明、耐热、耐寒性优良的聚合物材料，可在-180～260℃长期使用。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。聚四氟乙烯常温常压下稳定、耐高温、耐湿热、耐腐蚀、耐老化，摩擦系数低，是一种优异的有机材料。使用在此处，替代传统的聚砜材料，避免了聚砜材料易于变形、耐压能力差、在使用过程中会在气压的作用下发生破裂的问题。
63.如附图8～10和14所示，作为本发明的一种优选实施例，所述密封组件包括：
64.灌封胶7；所述灌封胶7设于所述主体1的端口内；
65.密封条6；所述密封条6设于所述主体1的端口上；
66.密封胶8；所述密封胶8设于所述灌封胶7与所述密封条6之间，用于连接所述灌封胶7与所述密封条6。
67.具体的，如附图14所示，灌封胶7灌封在主体1的端口内，中空膜保护套3深入灌封胶7内，中空膜管束4与灌封胶7相连接。密封条6由软胶制成，套在主体1的端口上，密封条6和灌封胶7之间再灌入密封胶8，通过密封胶8将二者进行紧密连接。通过灌封胶7、密封条6和密封胶8进行密封后，再固定上压盖2，所述的空气增湿装置即形成了一种能承受高压的新型的密封结构。
68.如附图11所示，作为本发明的一种优选实施例，所述空气增湿装置还包括：
69.螺丝锁紧组件9，用于固定所述主体1与所述压盖2。
70.具体的，主体1和压盖2上设有相对应的螺丝孔，将螺丝锁紧组件9设置在对应的螺丝孔内从而使主体1与压盖2进行牢固固定。
71.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。