一种新型质子交换膜燃料电池的加湿器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种质子交换膜燃料电池的加湿器，属于燃料电池技术领域。
【背景技术】
[0002]燃料电池由于具有高效、清洁、低噪音、可靠性高以及比功率高等优点，而愈来愈广泛地受到各国政府的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。在各类燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其独有的特性而最有希望成为未来汽车、便携式电子设备和部队野外行动装备等的动力源:工作电流大、比能量高、能量效率高、常温下起动时间短等，其研宄和应用也是后来居上，在电池的成本和耐久性等方面都取得了突破性的进展。
[0003]质子交换膜燃料电池在其工作过程中，需要对新进入的反应气进行加湿，保持质子交换膜的水合性能够有效降低电阻、避免膜的坏死和电池性能降低。根据加湿的方式不同，现有的质子交换膜燃料电池加湿器通常有以下几种形式:一是鼓泡式，利用电阻丝加热去离子水，将氢气或者燃料气通入加热的水中把水汽带出来，从而实现对气体加湿和加热的目的，该方法体积大，不太适合作为便携式电源或燃料电池汽车加湿器。二是利用质子交换膜把加湿器加工成燃料电池电堆的结构形式，一面通水一面通入反应气，利用膜的透水和气体阻隔性来实现将加水一侧的水穿过膜而加湿的目的，这种加湿方法由于利用层叠成堆结构而有效降低了体积，但具有膜材料昂贵成本高等缺点。三是利用焓能转换原理的焙轮增湿器，通过旋转分别将尾气和反应气送入增湿器的两侧，使反应气被加热、加湿，此加湿法的缺点是不宜密封，不适合氢气的加湿。除上面三种外还有超声波加湿法和喷射法等都有实际的应用。由于质子交换膜型燃料电池用途很广，可用于小型便携式电源和电动汽车等等，所以保障燃料电池系统正常运行的加湿器也同样需求量很大，为了能够使燃料电池更实用化、商业化，本专利克服了常规燃料电池加湿器的现有的技术缺陷，提供了一种加湿、加热有效利用面积大，体积小，重量轻，成本低的新型高效率的质子交换膜燃料电池加湿器。除了国外和境外公司在我国申请的专利外，我国的研宄人员也在加湿器的设计作了许多创新性的设计，申请了一些专利(专利号:CN200420111794.0，CN200810301505.6，CN200710093264.6 及 CN201110257660.4)。然而，目前为止尚有许多技术问题没有很好解决，例如湿度的控制、湿度的均匀性和成本等。本发明拟在减小产品体积、降低成本和提高加湿效果等方面作些创新性设计。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种新型质子交换膜燃料电池的加湿器，该结构易加工制造，能有效提高加湿能力和加湿均匀性，因此加湿器尺寸和成本可大幅下降，适用于燃料电池汽车加湿器使用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0006]本发明公开了一种新型质子交换膜燃料电池的加湿器，加湿器包括加热区和加湿区，加热区主要完成热量的传递和反应气体的加热，包括湿通道和干通道，干湿通道通过特种镀金属纸分开；加湿区主要实现反应气的加湿功能，包括湿通道和干通道，干湿通道通过特种镀金属纸分开。
[0007]作为进一步地改进，本发明所述的特种镀金属纸一面为纸层面，一面为金属层面，金属层面朝向干通道，纸层面朝向湿通道。
[0008]作为进一步地改进，本发明所述加湿区和加热区的干通道和湿通道通过金属层面和纸层面上下位置改变实现，加湿区和加热区的具有同一个纸层面，加湿区和加热区的金属层面分别位于纸层面的不同层面，加湿区和加热区的金属层面分别位于纸层面的上层面和下层面或者下层面和上层面。
[0009]作为进一步地改进，本发明所述的特种镀金属纸是瓦楞型的结构，顶部为圆弧形，能有效提高加湿器的热质交换面积和保持结构的强度，大大增加了热/质传递面积，有利于做成体积小和加湿效果好的加湿器。
[0010]作为进一步地改进，本发明所述干通道和湿通道形状相对应，金属层有效导热且阻隔气体，纸层面有效疏运液态水并实现加湿功能。
[0011]作为进一步地改进，本发明所述加湿器的一个入口连接燃料电池的出口，加湿器的一个出口连接燃料电池的入口用以提供加热加湿后的反应气体，加湿器利用燃料电池反应生成的湿热尾气作为加热加湿气体。
[0012]作为进一步地改进，本发明所述的反应生成气体进入加热区的湿通道，新鲜反应气进入加热区的干通道，通过特种镀金属纸发生热量传递，新鲜反应气被加热升温，燃料电池排出的湿热生成气体降温冷凝结水附着在加热区的纸层面里并通过毛细力运输到加湿区的纸层面里。
[0013]作为进一步地改进，本发明所述加热区加热后的反应气进一步流入加湿区的湿通道，降温降湿后的生成气体流入加湿区的干通道，进一步加热加湿区气体，并从加湿器的另一出口排出。
[0014]作为进一步地改进，本发明所述高温干反应气加热加湿区纸层面里的水，水将蒸发进入气流，从而达到加热和加湿的双重作用。
[0015]作为进一步地改进，本发明所述的加热区湿通道生成的水通过毛细力渗透运输到加湿区的纸层面里，有效保证水的自供给和洁净。
[0016]作为进一步地改进，本发明所述特种镀金属纸厚度约为3mm，金属0.2mm，纸
2.8mmο
[0017]本发明的有益效果在于，结构简单，具有易加工的特点，通过反应生成尾气自身的热量和水来实现新鲜反应气的加热加湿，有效减少了附加的外部辅助设备。湿通道和干通道通过复合纸隔开，纸的结构简单，生产工艺成熟，价格便宜，这种纸一面为金属，一面为纸，可以兼具水的传输、热量有效传导和气体阻隔等功能，且可保证良好的力学性能和内部结构。内部分成多层和瓦楞结构，有效增加了热/质交换面积，可大大减少加湿器的体积和提尚加湿效果。
[0018]总之，该结构具有加工方便容易，结构简单，能有效降低成本，改善气流和湿度的分布均匀性，提高湿度可控性以及电池最终工作性能的特性。
【附图说明】
[0019]图1是燃料电池与加湿器连接示意图；
[0020]图2是加湿器内部结构示意图；
[0021 ] 图3是复合纸瓦楞结构示意图；
[0022]图4是加湿器核心结构示意图；
[0023]图中，I一燃料电池反应气入口 ；2—燃料电池；3—燃料电池尾气出口 ；4一加湿器加热加湿气入口 ；5—新鲜反应气入口 ；6—加湿器；7—加湿加热后反应气出口 ；8—加湿器尾气排出口 ；9—加热区；10—加湿区；11—金属层面；12—纸层面；13—干通道；14—湿通道。
【具体实施方式】
[0024]本发明公开了一种新型质子交换膜燃料电池的加湿器，图2是加湿器内部结构示意图，包括分别作为加热区(9)和加湿区(10)两部分，加湿区(10)和加热区(9)通过干通道(13)和湿通道(14)的上下位置改变实现，即金属层分别镀于纸的下面或上面；加热区
(9)主要完成热量的传递和反应气的加热，含有湿通道(14)和干通道(13)，干湿通道通过特种镀金属纸分开，金属层面(11)朝向干通道(13)，纸层面(12)朝向湿通道(14);加湿区
(10)主要实现反应气的加湿功能，同样含有湿通道(14)和干通道(13)，干湿通道通过镀金属纸分开，金属层面(11)朝向干通道，纸层面(12)朝向湿通道。
[0025]图3是复合纸瓦楞结构示意图，镀金属纸通过成型机做成瓦楞型，顶部为圆弧形，瓦楞高度为0.5cm左右，有效提高热/质交换面积和保持结构的强度，从而可降低成本和加湿器体积；干通道和湿通道形状相对应，干侧为金属层面(11)，湿侧为纸层面(12)，金属层面(11)有效导热且阻隔气体。
[0026]加湿器(6)利用燃料电池(2)反应生成湿热的尾气作为加热加湿气体，加湿器(6)的一个入口接燃料电池⑵的出口，加湿器(6)的一个出口接燃料电池⑵的入口提供加热加湿后的气体