專利名稱：一種新型高效燃料電池加濕器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的對(duì)氣體加濕的方法，特別是對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)氣進(jìn)行的加濕和加溫的方法。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池是一種以全氟磺酸型固體聚合物膜為電解質(zhì)，鉬/碳或鉬一釕/碳為電催化劑，能將氫氣及氧化劑通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為電能和其他反應(yīng)產(chǎn)物的裝置，該裝置是由膜電極，導(dǎo)電板等構(gòu)成，其中膜電極是燃料和氧化劑反應(yīng)的場(chǎng)所，由碳紙，催化劑和質(zhì)子交換膜構(gòu)成，在陽極，氫分子失去電子變成質(zhì)子，質(zhì)子通過電遷移穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極。根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部全氟磺酸型固體聚合物膜電解質(zhì)的導(dǎo)電原理， 為了能使質(zhì)子順利的達(dá)到陰極，全氟磺酸型固體聚合物膜必須保持一定的濕度，常常是在濕度為100%的條件下最好，所以為了保證燃料電池性能充分發(fā)揮出來，在運(yùn)行質(zhì)子交換膜燃料電池時(shí)需要對(duì)氫燃料和氧化劑進(jìn)行必要的增濕和加溫操作。根據(jù)加濕的方式不同，現(xiàn)有的質(zhì)子交換膜燃料電池加濕器通常有以下幾種形式一是鼓泡式，利用電阻絲加熱去離子水，同時(shí)通入氫氣或者燃料氣把水汽帶出來， 達(dá)到對(duì)氣體加濕和加熱的目的，該方法體積大，要用額外的能量加熱，需要額外加水，使用和維修很不方便，多數(shù)只能在固定的測(cè)試臺(tái)上使用。二是利用質(zhì)子交換膜把加濕器加工成燃料電池電堆的結(jié)構(gòu)形式，一面通水一面通入反應(yīng)氣，這種加濕方法也是具有體積太大，有效利用面積太小，效率低，需要額外加水，加工成本高等缺點(diǎn)。三是利用一種陶瓷的微孔來吸濕、吸熱做成陶瓷轉(zhuǎn)鼓，也稱焓輪增濕器，在旋轉(zhuǎn)的情況下，尾氣和原料氣分別進(jìn)入通過增濕器的兩側(cè)，使原料氣被加熱、加濕，該做法不宜密封，需要另外加電機(jī)驅(qū)動(dòng)，透氣率太高，影響原料氣利用率，并且不能在氫氣側(cè)使用。由于質(zhì)子交換膜型燃料電池用途很廣，可用于小型電源、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車等等，所以保障燃料電池系統(tǒng)正常運(yùn)行的加濕器也同樣需求量很大，為了能夠使燃料電池更實(shí)用化，商業(yè)化，本專利克服了常規(guī)燃料電池加濕器的現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，提供了一種加濕、加熱有效利用面積大，體積小，重量輕，成本低的新型高效率的燃料電池加濕器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的創(chuàng)新主要是把Nafion管和管式換熱器的結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用在燃料電池加濕器上，其目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種利用Nafion管特有的吸水性和有效面積大的特性把燃料電池加濕器設(shè)計(jì)成一種傳統(tǒng)的管式換熱器的結(jié)構(gòu)形式，大大增加了換熱加濕有效面積，采用燃料電池陰極排放的尾氣來對(duì)氫氣或者燃料氣來進(jìn)行加濕和加溫操作， 包括一組Nafion管束，管殼，兩個(gè)封頭，四個(gè)密封圈及兩個(gè)固定螺絲等，所述的Nafion管束是主要的加濕部件，先由一種膠體(環(huán)氧膠)粘合，套入內(nèi)管，或者直接在內(nèi)管里粘合，再被封頭和密封圈固定在外管管殼內(nèi)，形成Nafion管層和殼層并在兩個(gè)部位之間形成水分的平衡。所述的每個(gè)封頭有三個(gè)開口，分別用于燃料電池尾氣進(jìn)氣，原料氣進(jìn)氣和螺絲固定口，所述的每個(gè)內(nèi)管有兩個(gè)開口，分別用于尾氣進(jìn)氣和螺絲固定。其中根據(jù)需要燃料電池尾氣走殼層通道，原料氣可以由Nafion管層進(jìn)入并通過加濕器，同時(shí)被加濕和加熱，為保證加熱，加濕的效果，所述的兩種氣體應(yīng)該在加濕器中以逆流的方式通過加濕器。所述的四個(gè)密封圈兩個(gè)用于內(nèi)管與封頭之間和外管與封頭之間的密封。所述的所有部件除Nafion管束及固定螺絲外均由工程塑料加工，成本低，適合大批量加工。所述的Nafion管束中的Nafion細(xì)管的數(shù)量要保證比較小的氣體阻力降。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，電池尾氣走加濕器殼層，原料氣走Nafion管層，兩種流體沒有直接接觸，利用Nafion材料的吸水特性，管式換熱器的高效率，達(dá)到最有效的加濕和加熱的目的，保證燃料電池的正常高效率運(yùn)行，與現(xiàn)行的幾種方式的加濕器相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)1，大大增加了換熱和加濕的有效面積，更有效地保障了燃料電池系統(tǒng)的可靠性， 延長了燃料電池壽命；2，回收燃料電池系統(tǒng)尾氣中的水分和能量，不需要另外加熱，加水，提高系統(tǒng)效率，使用方便，用途范圍廣；3，避免原料氣直接接觸，容易密封，大大減小了氣體滲漏；4，沒有移動(dòng)部件，使用壽命長達(dá)8000小時(shí)以上，基本上免維修，大大提高了加濕器的性價(jià)比；5，結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；6，選材普通，體積小，重量輕，降低了加工成本，提高了燃料電池系統(tǒng)的能量密度；7，沒有移動(dòng)部件，不需要外加電源驅(qū)動(dòng)，提高燃料電池系統(tǒng)的效率。


圖1為本發(fā)明的新型高效加濕器的外觀2為不包括封頭的加濕器的示意3為內(nèi)管，外管和Nafion管束相互連接的示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1，圖2，圖3所示，一種新型燃料電池加濕器，包括一組Nafion管束4，一個(gè)外管3，兩個(gè)稍細(xì)的內(nèi)管短管15和16，兩個(gè)封頭1和2，一個(gè)原料氣進(jìn)口 7，一個(gè)原料氣出口 8，一個(gè)燃料電池尾氣進(jìn)口 5，一個(gè)尾氣出口 6以及兩個(gè)固定螺絲9和10。所述的外管3和封頭1和2之間由兩個(gè)密封圈13和14密封，所述的內(nèi)管于封頭1和2之間由密封圈11和 12密封，所述的一組Nafion管束4中的多個(gè)Nafion細(xì)管由環(huán)氧膠粘合并被固定在內(nèi)管15 和16里面，為了達(dá)到應(yīng)用的需要，根據(jù)不同大小的燃料電池所需要的進(jìn)氣量，可以適當(dāng)增加
4或減少Nafion管束4中Nafion細(xì)管數(shù)量，使進(jìn)電堆原料氣達(dá)到合適的溫度和濕度，相應(yīng)的也要改變外管3和內(nèi)管15，16的管徑大小，以及進(jìn)氣口 6，7和出氣口 5，8的大小。
權(quán)利要求
1.一種新型高效燃料電池加濕器使用Nafion管束為主要加濕部件，利用燃料電池尾氣對(duì)原料進(jìn)氣進(jìn)行加熱、加濕，主要包括Nafion管束、管殼、封頭、密封圈及固定螺絲等，其特征在于所述的Nafion管束是主要的加濕部件，燃料電池尾氣經(jīng)過加濕器的殼層，原料進(jìn)氣通過Nafion管束的管層，利用Nafion膜的特有的吸水性，形成管層和殼層并在兩個(gè)部位之間形成水分的平衡。
2.本新型高效加濕器涉及到的主要加濕部件Nafion管束也可以是由其他的具有吸水性并且不透氣的任何材料所制造的管束。
3.本新型高效加濕器的結(jié)構(gòu)為管式換熱器結(jié)構(gòu)，所述的Nafion管束被封頭和四個(gè)密封圈固定在管殼內(nèi)(以下稱外管)。
4.本新型高效加濕器的主要部件Nafion管束兩頭由一種環(huán)氧膠粘接并固定在一個(gè)比管殼細(xì)的短塑料管內(nèi)(以下稱內(nèi)管)。
5.本新型高效加濕器可以應(yīng)用于汽一氣加濕和水一氣加濕兩種方式，即殼層的流體既可以是帶水蒸汽的氣體，也可以是水，經(jīng)過管層的氣體可以通過這兩種方式得到加濕和加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用燃料電池尾氣對(duì)原料氣進(jìn)行加熱、加濕的新型高效Nafion管加濕器，包括Nafion管束，管殼，封頭，密封圈及固定螺絲等，所述的Nafion管束是主要的加濕部件，被封頭和密封圈固定在管殼內(nèi)，形成管層和殼層，并在兩個(gè)部位之間形成水分的平衡。與現(xiàn)有燃料電池所使用的加濕器技術(shù)相比具有增濕效果好，易密封，免維修，制造簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102195049SQ201010118209
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者沈建躍 申請(qǐng)人:蘇州氫潔電源科技有限公司