一种用于质子交换膜燃料电池、带有水拦截装置的膜分离结构分水器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及质子交换膜燃料电池模块化技术，具体地说是涉及一种燃料电池模块 中的水管理技术。
【背景技术】
[0002] 质子交换膜燃料电池（PEMFC)是一种能够将燃料中化学能直接转化为电能的发 电装置，它具有能量转化效率高、环境友好、结构简单、操作方便等优点，已被公认为电动汽 车、固定电站、潜艇的首选电源。
[0003]PEMFC通常是以氢气为燃料、以空气或氧气为氧化剂，其生成物为水。由于PEMFC 是在低温（60~90°C)下进行电化学反应，故其反应生成水大部分是以液态形式存在。在 电池工作过程中，为避免电池中发生水淹，需要及时将生成水排除。
[0004] 李晓锦等（专利【申请号】201010048477. 9)提出了一种具有分水功能的PEMFC模 块，此模块采用气路并串联相结合的多级电池组结构，并在各级电池组间串联膜分离结构 分水器，可有效地排出各级电池组的生成水，简化了系统结构，提高了系统集成度。
[0005]然而在此具有分水功能PEMFC模块的实际使用过程中，发现膜分离结构分水器中 气/水分离不彻底，少量未分离的液态水进入下一级电池组，导致此电池组中的部分电池 发生水淹，降低了PEMFC模块运行的稳定性和寿命。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于开发一种用于PEMFC、具有拦水功能的膜分离结构分水器，此膜 分离结构分水器通过对分水器添加水拦截装置，将部分未分离的液态水进行拦截，避免其 进入下一级电池组，可有效地降低电池水淹的可能性。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种具有分水功能的膜分离结构分水 器，主要部件包括分水板和水拦截装置。
[0008]所述的分水板，主要部件包括分水母板、分水子板、分水膜、密封件，其中分水母板 上刻有水腔流场、排水通道及流体进出通道，分水子板上刻有气水混合流场，分水膜位于分 水母板与分水子板之间。分水膜是由透水阻气的微孔材料制成，如石棉膜、NafionKf、陶 瓷膜、纤维膜等。分水子板与分水膜可嵌于分水母板中。
[0009]所述分水母板上的密封件位于分水母板与分水膜间，可采用面密封、线密封等方 式实现密封，避免分水器内流体向环境泄露。另外，在分水子板上也可以雕刻密封槽，里面 放置密封胶线，可防止流体不经过气水混合流场，而直接从气水混合流场表面穿过。所述密 封件材料可以是硅橡胶、丁基橡胶、丁二烯/苯乙烯橡胶、氟橡胶等弹性材料。
[0010] 所述水拦截装置位于分水板的流体出口处，作用是拦截经过气水混合流场后的流 体中尚未彻底分离的少量液态水。水拦截装置可以是亲水憎气性材料制成的网状结构物 质，也可以是具有圆弧形外表面的拦水板。此拦水板可改变气液混合流体流动路径，从而避 免气液混合物中的液态水直接流出分水器、进入下一级电池组。
[0011] 所述拦水板可以作为独立部件在分水器加工完成后固定在分水器的流体出口处， 也可以作为分水器的一部分，在加工分水器时与分水器整体成型。
[0012] 通过水拦截装置拦截下来的液态水可返回分水子板的气水混合流场中，也可以通 过石棉、棉线等引水材料利用毛细作用返回到下一级电池组的氧化剂出口腔或分水母板的 水腔流场中。
[0013] 所述分水母板、分水子板可采用金属材质(如银、铜、钛等)，以保证分水器的导电 性；也可以采用非金属材质(如聚四氟乙烯、聚甲醛、绝缘材料纸基板等)，但在将分水器安 装于PEMFC模块中时，应在分水器的两侧设置金属材质极板，并且这两块极板间用铜条等 金属材质连接，起到集流与导电功能。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有如下优势：
[0015] 1.通过对分水器添加液态水拦截装置，将部分未分离的液态水进行拦截，避免其 进入下一级电池组，有效地降低电池水淹的可能性。
[0016] 2.本发明的膜分离结构分水器具有结构紧凑、体积小巧等特点，易于实现。
【附图说明】：
[0017] 图1实施例1的分水器：Ia为组装后的整体图，Ib为分解图
[0018] 图2实施例1分水器中带水拦截装置的分水母板结构示意图 [0019]图3实施例1分水器中的分水子板结构示意图
[0020] 图4实施例2的分水器：4a为组装后的整体图，4b为分解图
[0021] 图5实施例2分水器中带水拦截装置的分水母板结构示意图
[0022] 图6实施例2分水器中的导电板结构示意图
【具体实施方式】：
[0023] 为使熟悉该项技艺人士了解本发明的目的、特征及功效，由下述具体实施例，并配 合所附图式，对本发明详加说明，说明如后。
[0024] 实施例1 :
[0025] 图1为根据本发明所制作、用于PEMFC阴极侦彳、带有水拦截装置的膜分离结构分水 器，图Ia为组装后的分水器视图，图Ib为分水器的分解图。此分水器主要用于将前一级电 池组阴极反应之后气水混合物中的液态水分离出来，分离后的气体则进入下一级电池组继 续进行反应。
[0026] 此分水器主要部件为分水板和水拦截装置。分水板由分水母板1、分水子板2、分 水膜3、密封件4构成，其中分水母板1、分水子板2均为红铜材质，分水膜4为石棉膜。在 分水母板1与分水膜3之间还存在密封胶线4,其作用是防止分水器中气体不经分水膜进入 分水母板的水腔流场。本实施例中的水拦截装置设置在分水板上，并且在加工时与分水母 板整体成型。带有水拦截装置的分水母板、分水子板的详细结构分别如图2、图3所示。
[0027] 图2中5、6、7分别表示分水母板上02、H2、以及冷却水通道，其中a表示入口通道， b表示出口通道。分水母板上雕刻有水流场8和排水孔9,水流场8将透过分水膜的液态水 汇集并通过排水孔9排出分水器。水拦截装置由挡水板10和11组成。其中，10面向气流 的一侧为弧形曲面，可改变气流的路径，从而对其中所含的液态水起到拦截作用。挡水板11 在