一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池、帶有水?dāng)r截裝置的膜分離結(jié)構(gòu)分水器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池模塊化技術(shù)，具體地說是涉及一種燃料電池模塊 中的水管理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC)是一種能夠?qū)⑷剂现谢瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā) 電裝置，它具有能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點，已被公認(rèn)為電動汽 車、固定電站、潛艇的首選電源。
[0003]PEMFC通常是以氫氣為燃料、以空氣或氧氣為氧化劑，其生成物為水。由于PEMFC 是在低溫（60~90°C)下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，故其反應(yīng)生成水大部分是以液態(tài)形式存在。在 電池工作過程中，為避免電池中發(fā)生水淹，需要及時將生成水排除。
[0004] 李曉錦等（專利【申請?zhí)枴?01010048477. 9)提出了一種具有分水功能的PEMFC模 塊，此模塊采用氣路并串聯(lián)相結(jié)合的多級電池組結(jié)構(gòu)，并在各級電池組間串聯(lián)膜分離結(jié)構(gòu) 分水器，可有效地排出各級電池組的生成水，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)集成度。
[0005]然而在此具有分水功能PEMFC模塊的實際使用過程中，發(fā)現(xiàn)膜分離結(jié)構(gòu)分水器中 氣/水分離不徹底，少量未分離的液態(tài)水進(jìn)入下一級電池組，導(dǎo)致此電池組中的部分電池 發(fā)生水淹，降低了PEMFC模塊運行的穩(wěn)定性和壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種用于PEMFC、具有攔水功能的膜分離結(jié)構(gòu)分水器，此膜 分離結(jié)構(gòu)分水器通過對分水器添加水?dāng)r截裝置，將部分未分離的液態(tài)水進(jìn)行攔截，避免其 進(jìn)入下一級電池組，可有效地降低電池水淹的可能性。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種具有分水功能的膜分離結(jié)構(gòu)分水 器，主要部件包括分水板和水?dāng)r截裝置。
[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 上刻有水腔流場、排水通道及流體進(jìn)出通道，分水子板上刻有氣水混合流場，分水膜位于分 水母板與分水子板之間。分水膜是由透水阻氣的微孔材料制成，如石棉膜、NafionKf、陶 瓷膜、纖維膜等。分水子板與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與分水膜間，可采用面密封、線密封等方 式實現(xiàn)密封，避免分水器內(nèi)流體向環(huán)境泄露。另外，在分水子板上也可以雕刻密封槽，里面 放置密封膠線，可防止流體不經(jīng)過氣水混合流場，而直接從氣水混合流場表面穿過。所述密 封件材料可以是硅橡膠、丁基橡膠、丁二烯/苯乙烯橡膠、氟橡膠等彈性材料。
[0010] 所述水?dāng)r截裝置位于分水板的流體出口處，作用是攔截經(jīng)過氣水混合流場后的流 體中尚未徹底分離的少量液態(tài)水。水?dāng)r截裝置可以是親水憎氣性材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物 質(zhì)，也可以是具有圓弧形外表面的攔水板。此攔水板可改變氣液混合流體流動路徑，從而避 免氣液混合物中的液態(tài)水直接流出分水器、進(jìn)入下一級電池組。
[0011] 所述攔水板可以作為獨立部件在分水器加工完成后固定在分水器的流體出口處， 也可以作為分水器的一部分，在加工分水器時與分水器整體成型。
[0012] 通過水?dāng)r截裝置攔截下來的液態(tài)水可返回分水子板的氣水混合流場中，也可以通 過石棉、棉線等引水材料利用毛細(xì)作用返回到下一級電池組的氧化劑出口腔或分水母板的 水腔流場中。
[0013] 所述分水母板、分水子板可采用金屬材質(zhì)(如銀、銅、鈦等)，以保證分水器的導(dǎo)電 性；也可以采用非金屬材質(zhì)(如聚四氟乙烯、聚甲醛、絕緣材料紙基板等)，但在將分水器安 裝于PEMFC模塊中時，應(yīng)在分水器的兩側(cè)設(shè)置金屬材質(zhì)極板，并且這兩塊極板間用銅條等 金屬材質(zhì)連接，起到集流與導(dǎo)電功能。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：
[0015] 1.通過對分水器添加液態(tài)水?dāng)r截裝置，將部分未分離的液態(tài)水進(jìn)行攔截，避免其 進(jìn)入下一級電池組，有效地降低電池水淹的可能性。
[0016] 2.本發(fā)明的膜分離結(jié)構(gòu)分水器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧等特點，易于實現(xiàn)。
【附圖說明】：
[0017] 圖1實施例1的分水器：Ia為組裝后的整體圖，Ib為分解圖
[0018] 圖2實施例1分水器中帶水?dāng)r截裝置的分水母板結(jié)構(gòu)示意圖 [0019]圖3實施例1分水器中的分水子板結(jié)構(gòu)示意圖
[0020] 圖4實施例2的分水器：4a為組裝后的整體圖，4b為分解圖
[0021] 圖5實施例2分水器中帶水?dāng)r截裝置的分水母板結(jié)構(gòu)示意圖
[0022] 圖6實施例2分水器中的導(dǎo)電板結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實施方式】：
[0023] 為使熟悉該項技藝人士了解本發(fā)明的目的、特征及功效，由下述具體實施例，并配 合所附圖式，對本發(fā)明詳加說明，說明如后。
[0024] 實施例1 :
[0025] 圖1為根據(jù)本發(fā)明所制作、用于PEMFC陰極偵彳、帶有水?dāng)r截裝置的膜分離結(jié)構(gòu)分水 器，圖Ia為組裝后的分水器視圖，圖Ib為分水器的分解圖。此分水器主要用于將前一級電 池組陰極反應(yīng)之后氣水混合物中的液態(tài)水分離出來，分離后的氣體則進(jìn)入下一級電池組繼 續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。
[0026] 此分水器主要部件為分水板和水?dāng)r截裝置。分水板由分水母板1、分水子板2、分 水膜3、密封件4構(gòu)成，其中分水母板1、分水子板2均為紅銅材質(zhì)，分水膜4為石棉膜。在 分水母板1與分水膜3之間還存在密封膠線4,其作用是防止分水器中氣體不經(jīng)分水膜進(jìn)入 分水母板的水腔流場。本實施例中的水?dāng)r截裝置設(shè)置在分水板上，并且在加工時與分水母 板整體成型。帶有水?dāng)r截裝置的分水母板、分水子板的詳細(xì)結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖3所示。
[0027] 圖2中5、6、7分別表示分水母板上02、H2、以及冷卻水通道，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場8和排水孔9,水流場8將透過分水膜的液態(tài)水 匯集并通過排水孔9排出分水器。水?dāng)r截裝置由擋水板10和11組成。其中，10面向氣流 的一側(cè)為弧形曲面，可改變氣流的路徑，從而對其中所含的液態(tài)水起到攔截作用。擋水板11 在