本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種用于燃料電池的膜加濕器。

背景技術(shù)：

新能源汽車主要包括混合動力汽車、電動汽車和燃料電池汽車，其中燃料電池汽車以燃料電池為動力來源，借助氫氣和氧氣之間的電化學(xué)反應(yīng)將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，然后將電能提供給電機，以驅(qū)動汽車向前行駛。由于該過程不是氣體燃燒將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制，效率比傳統(tǒng)內(nèi)燃機要高很多；同時在該過程中僅產(chǎn)生水和電能，因此不會給環(huán)境產(chǎn)生任何污染；燃料電池工作時運動部件少，產(chǎn)生的噪聲低；當(dāng)氫氣消耗完后，氫氣補充也能夠快速的完成，基于以上幾點，燃料電池汽車是未來汽車的發(fā)展趨勢之一。

根據(jù)電解質(zhì)的不同，目前常用的燃料電池有：聚合物電解質(zhì)膜燃料電池、磷酸鹽燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池。其中質(zhì)子交換膜燃料電池(protonexchangemembranefuelcell,pemfc)是聚合物電解質(zhì)膜燃料電池中的一種，因其能量密度高、操作溫度低、啟動速度快、工作壽命長等優(yōu)點，很適合應(yīng)用于運輸工具，因此目前大多數(shù)汽車公司開發(fā)的燃料電池也都著重于質(zhì)子交換膜燃料電池。

質(zhì)子交換膜燃料電池在將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化過程中，由質(zhì)子交換膜和催化劑層組成的膜電極(mea)起到了十分關(guān)鍵的作用。質(zhì)子交換膜為了保持良好的導(dǎo)電率，必須在工作過程中保證一定的濕度，為此必須保證進入燃料電池的反應(yīng)氣體具有一定的含濕量，因此燃料電池系統(tǒng)中需要使用加濕器以完成上述任務(wù)。在陽極側(cè)，在催化劑的作用下，氫氣反應(yīng)生成質(zhì)子和電子，質(zhì)子交換膜是質(zhì)子傳遞的媒介，而氣體和電子則不能通過，電子只能通過外電路到達陰極，同時對外輸出電能；在陰極側(cè)，在催化劑的作用下，電子、質(zhì)子和氧氣反應(yīng)生成水。

為了保證燃料電池具有較高的工作性能，需要對通入其中的空氣加濕。燃料電池系統(tǒng)常常借助加濕器實現(xiàn)對空氣的加濕，但是加濕效果不佳，影響了燃料電池的發(fā)電效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、加濕效果好的用于燃料電池的膜加濕器。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種用于燃料電池的膜加濕器，所述膜加濕器包括中部呈長方體的流場單元以及設(shè)置在流場單元外側(cè)的封箱，所述流場單元包括多個堆疊的流場子單元，每個流場子單元包括干側(cè)氣體流場板、濕側(cè)氣體流場板以及位于干側(cè)氣體流場板、濕側(cè)氣體流場板之間的透水膜，干氣在干側(cè)氣體流場板和透水膜之間流動，濕氣在濕側(cè)氣體流場板和透水膜之間流動，所述干氣和濕氣的流動方向垂直，所述封箱包括四塊設(shè)置在流場單元外側(cè)的框型封板，設(shè)置在流場單元相對兩個側(cè)面的兩塊封板上分別設(shè)有干氣進口和干氣出口，設(shè)置在流場單元另外兩個相對側(cè)面的兩塊封板上分別設(shè)有濕氣進口和濕氣出口。

干側(cè)氣體流場板上的流體通道與濕側(cè)氣體流場板上的流體通道相互垂直放置，干側(cè)氣體和濕側(cè)氣體進出口方向呈十字交叉進出，可以強化兩者之間的水分交換。

所述的干側(cè)氣體流場板包括矩形頂板以及設(shè)置在頂板相對兩條側(cè)邊上并與頂板垂直的干側(cè)擋板，頂板未設(shè)干側(cè)擋板的兩條側(cè)邊分別與設(shè)置干氣進口和干氣出口的兩塊封板連通。

所述的濕側(cè)氣體流場板包括矩形底板、設(shè)置在底板相對兩條側(cè)邊上并與底板垂直的濕側(cè)擋板以及設(shè)置在底板上并與濕側(cè)擋板平行的n條支撐肋，n條所述支撐肋與濕側(cè)擋板將底板分成n+1條濕氣流道，底板未設(shè)濕側(cè)擋板的兩條側(cè)邊分別與設(shè)置濕氣進口和濕氣出口的兩塊封板連通。

優(yōu)選的，所述的n≥1。

所述的支撐肋連續(xù)或間斷，當(dāng)支撐肋間斷時，支撐肋斷口形成的連線與濕氣通道垂直。采用間斷的支撐肋所形成的流體通道，傳質(zhì)面積大、氣體分布均勻性好；采用連續(xù)的支撐肋所形成的流體通道加工復(fù)雜度小，采用間斷還是連續(xù)支撐肋可根據(jù)性能要求改變。

所述的流場子單元包括用于支撐透水膜的支撐層，所述支撐層的底面與濕側(cè)氣體流場板的支撐肋接觸連接，支撐層的頂面與透水膜接觸連接，所述支撐層上分布透水孔道。由于透水膜很薄，本發(fā)明膜加濕器在工作時，干側(cè)氣體壓力大于濕側(cè)氣體壓力，所以可能會壓破透水膜，設(shè)置支撐層可以支撐透水膜，避免膜被擠壓，堵塞濕側(cè)氣體流道。透水膜可以是任意一種只允許水分子透過而不允許其它物質(zhì)透過的材料所制成的膜。

所述的封板呈框型，包括頂面、底面和三個相連的側(cè)面，其中，頂面或底面中設(shè)有氣體進口或氣體出口，三個側(cè)面中兩個相對的側(cè)面與流場單元的側(cè)邊接觸連接，剩余一個側(cè)面與流場單元的側(cè)面平行。

所述的流場單元包括至少兩個流場子單元。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，加工成本低；

(2)具有更大的傳質(zhì)有效面積，加濕效果更好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為膜加濕器爆炸示意圖；

圖3為本發(fā)明流場單元的爆炸示意圖；

圖4為安裝有間斷型支撐肋的實測流場板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為安裝有連續(xù)型支撐肋的實測流場板的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為封箱，11為封板，111為干氣進口，112為干氣出口，113為濕氣進口，114為濕氣出口，2為流場單元，21為干側(cè)氣體流場板，211為頂板，212為干側(cè)擋板，22為透水膜，23為支撐層，24為濕側(cè)氣體流場板，241為底板，242為濕側(cè)擋板，243為支撐肋，244為流體通道。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

一種用于燃料電池的膜加濕器，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括中部呈長方體的流場單元2以及設(shè)置在流場單元2外側(cè)的封箱1，流場單元2包括10個堆疊的流場子單元，封箱1包括四塊設(shè)置在流場單元2外側(cè)的框型封板11，設(shè)置在流場單元2相對兩個側(cè)面的兩塊封板11上分別設(shè)有干氣進口111和干氣出口112，設(shè)置在流場單元2另外兩個相對側(cè)面的兩塊封板11上分別設(shè)有濕氣進口113和濕氣出口114。

流場子單元的節(jié)后如圖3所示，包括干側(cè)氣體流場板21、濕側(cè)氣體流場板24以及位于干側(cè)氣體流場板21、濕側(cè)氣體流場板24之間的透水膜22，干氣在干側(cè)氣體流場板21和透水膜22之間流動，濕氣在濕側(cè)氣體流場板24和透水膜22之間流動，干氣和濕氣的流動方向垂直，干側(cè)氣體流場板21上的流體通道244與濕側(cè)氣體流場板24上的流體通道244相互垂直放置，干側(cè)氣體和濕側(cè)氣體進出口方向呈十字交叉進出，可以強化兩者之間的水分交換。

干側(cè)氣體流場板21包括矩形頂板211以及設(shè)置在頂板211相對兩條側(cè)邊上并與頂板211垂直的干側(cè)擋板212，頂板211未設(shè)干側(cè)擋板212的兩條側(cè)邊分別與設(shè)置干氣進口111和干氣出口112的兩塊封板11連通。

濕側(cè)氣體流場板24的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示，包括矩形底板241、設(shè)置在底板241相對兩條側(cè)邊上并與底板241垂直的濕側(cè)擋板242以及設(shè)置在底板241上并與濕側(cè)擋板242平行的32條支撐肋243，32條支撐肋243與濕側(cè)擋板242將底板241分成33條濕氣流道，底板241未設(shè)濕側(cè)擋板242的兩條側(cè)邊分別與設(shè)置濕氣進口113和濕氣出口114的兩塊封板11連通。

支撐肋243連續(xù)或間斷，連續(xù)型支撐肋如圖5所示，間斷型支撐肋如圖4所示，當(dāng)支撐肋243間斷時，支撐肋243斷口形成的連線與濕氣通道垂直。

流場子單元包括用于支撐透水膜22的支撐層23，支撐層23的底面與濕側(cè)氣體流場板24的支撐肋243接觸連接，支撐層23的頂面與透水膜22接觸連接，支撐層23上分布透水孔道。

封板11呈框型，包括頂面、底面和三個相連的側(cè)面，其中，頂面或底面中設(shè)有氣體進口或氣體出口，三個側(cè)面中兩個相對的側(cè)面與流場單元2的側(cè)邊接觸連接，剩余一個側(cè)面與流場單元2的側(cè)面平行。