[发明专利]一种中空纤维膜增湿器

说明书

本发明公开了一种中空纤维膜增湿器。该中空纤维膜增湿器包括端盖单元具有与端板单元形成压合密封的端面，端盖单元具有与主体外壳单元形成压合紧固的法兰面，主体外壳单元的两端均具有端盖单元和端板单元中空纤维膜模块单元包括壳体部和中空纤维膜，壳体部的内部空心，中空纤维膜设置于壳体部内，壳体部的上表面和下表面具有连通的气窗，壳体部上还设置有卡扣，卡扣用于将壳体部固定在主体外壳单元中。该中空纤维膜增湿器不仅装配简单，且可局部更换中空纤维膜模块单元，具有易于生产、易于维护修理、易于迭代升级的优势。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种中空纤维膜增湿器。

背景技术

燃料电池是利用电化学反应的发电装置，在目前的诸多工程应用场景中，参与电化学反应的物质通常以气态工质的形式输送至反应区。

对于各类燃料电池，工程应用汇总存在一种基本需求，即气态反应物在进入反应区之前，应被一定程度増湿。

増湿的技术手段有多种，在大量燃料电池装置中，都采用了膜増湿的方式，即干湿气体通过薄膜介质进行水分传递，以实现对干气体的増湿。膜増湿法的一个重要优势是膜介质传递的是气态水，不会向干气体内混入液态水滴，而液态水输入反应区对燃料电池是有害的。

膜增湿法通常采用中空纤维膜，中空纤维膜截面呈吸管状环状中空，在运行时，干气通过中空纤维膜内部，湿气通过中空纤维膜外部，通过中空纤维膜壁面进行水分子传输，最终使得干气流经中空纤维膜后，含湿量升高。采用膜増湿法的增湿器被称为膜增湿器。

膜增湿器的増湿效率与膜的有效传质面积直接相关。为了提高膜增湿器的有效传质面积，在有限的长度下必然需要增加中空纤维膜管的数量，在此基础上，通常采用将多个相互独立的中空纤维膜组件封装在膜增湿器外壳中的方式以确保湿气能均匀流布在膜管表面。

在将多个盒装的中空纤维膜组件安装至膜增湿器壳体中时，必须实现干气与湿气流道的隔离，使得干、湿气体只能通过膜壁面间接接触，而不能直接接触，目前普遍使用树脂灌封的方式，即：使用树脂填充中空纤维膜之间、中空纤维膜与组件壳体之间、多个中空纤维膜组件之间、中空纤维膜组件与膜增湿器主体外壳之间的缝隙，实现流道的隔离；将待増湿流体称为第一流体，将高温高湿的湿源流体称为第二流体。图1示出了现有的这种中空纤维膜增湿器的结构，其中，端盖单元10包含了第一流体入口11、第一流体出口12，主体单元包含了第二流体入口21、第二流体出口22，主体单元内部包含灌封树脂层23、膜盒24、中空纤维膜25。

其中，第一流体入口11与第一流体出口12通过中空纤维膜25的中空结构形成连通；第二流体入口21与第二流体出口22通过膜盒24与中空纤维膜25之间的缝隙形成连通。通过灌封树脂层隔断第一流体与第二流体，第一流体与第二流体在中空纤维膜的壁面发生水分传递。

此类产品存在一些问题：

基于树脂粘接的强度考虑，树脂灌封层一般较厚，因此不利于在一定体积的外壳内形成更可观的有效膜面积；

树脂粘接过程为一次性过程，一经生产，膜组件无法取下、置换，且中空纤维膜属于超薄的纤维，在产品生命周期内容易破损，目前主流应用中的膜增湿器中空纤维膜管数量达到数千至上万根，一旦出现局部损坏，则整台膜增湿器几乎报废，不可维修或维修效果不佳、维修成本高。

树脂灌封的膜增湿器产品一经设计生产，则整体完全固定，无法在产品匹配过程中做进一步灵活调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中空纤维膜增湿器，不仅装配简单，且可局部更换中空纤维膜模块单元，具有易于生产、易于维护修理、易于迭代升级的优势。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种中空纤维膜增湿器，包括：主体外壳单元、端盖单元、端板单元、多个中空纤维膜模块单元；