本发明专利技术提供了一种采用水缓冲来增加水通量的输水装置。该输水装置包括被输水膜和亲水性扩散介质分开的第一和第二流动通道。该亲水性扩散介质被布置在输水膜和第一流动通道之间。流过第一流动通道的第一流体流的水分被传输通过扩散介质和输水膜并且进入流过第二流动通道的第二流体流。亲水性扩散介质可操作以吸收第一流体流中的液态水并且保持所吸收的液态水与输水膜接触。亲水性扩散介质还可操作以扩散第一流体流中的水汽并且将水汽输送到输水膜。输水膜将与其接触的水传输给流过第二流动通道的第二流体流。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输水装置，并且尤其涉及输水膜组件，其促进水在 流过输水装置的流体流之间的传输。
技术介绍
I () () 0 21本节陈述只是提供与本教示相关的背景信息，可能并不构成现有技术。在保持彼此分开的流体流之间输水的能力可以对各种应用有 用。举例来说，这种应用之一是在燃料电池系统中，其中， 一个或多 个反应物流一皮另 一 个流体流湿润。10004]燃料电池可以以保持膜例如质子交换膜(PEM)处于湿润状态 的方式进行工作。该膜的湿度等级可以影响燃料电池的性能。如果在 干燥的情况下工作，该膜就可能受到损坏，这可能导致燃料电池的直 接故障或使用年限的减少。为了湿润该膜，该燃料电池可以在浸没状 态下工作，在这期间，燃料电池内的湿度等级大于100%并且在产生 电的期间会形成液态水。为了更进一步湿润该膜，提供给燃料电池的阴极和/或阳极反应 性气体可以在输水装置中被湿润。该输水装置可以接收从燃料电池流 出的阴极流出物，其可以包含处于气态和/或液态的水。阴极流出物的 一部分水分可以被输送到同样流经输水装置的阴极或阳极反应性气 体。如此，在被提供给燃料电池之前，便可增加阴极或阳极反应性气 体的湿度。 —种利用了根据本教示的输水装置的方法可包括(1 )提供第 一流体流给输水装置中的第 一 流动通道，该第 一 流体流在刚进入第一 流动通道时具有第一水分；(2)提供第二流体流给输水装置中的第二 流动通道，第二流体流在刚进入第二流动通道时具有小于第 一 水分的 第二水分；(3 )用亲水性扩散介质从第一流体流吸收液态水；(4 ) 将被亲水性扩散介质所吸收的液态水输送到输水膜；(5 )从第一流 体流扩散水汽进入亲水性扩散介质之内；(6 )将扩散进亲水性扩散 介质的水汽输送到输水膜；以及(7 )将来自亲水性扩散介质的水传 输通过输水膜并且进入流过第二流动通道的第二流体流之内。 10010]从本文提供的详细描述中将更明显地看出本专利技术的更广的适用 范围。应当理解，本专利技术的描述和特定例子只是起到举例的作用，并 非意图限制本教示的范围。附图说明本文描述的附图只是起到举例说明的作用，并非意图以任何方式限制本教示的范围。图1是利用了根据本教示的输水装置的示例性燃料电池系统的图示；图4是图1的水汽输送装置内的对立流动通道的放大局部侧视图，所迷对立流动通道被根据本教示的输水膜组件分开；图5是关于输水膜、典型的现有技术输水膜组件和根据本教示的输水膜组件的理论水通量作为与其相连的第 一 流体的相对湿度的函数的图示；图7是在燃料电池系统的非稳态和稳态工作交替期间，不同输 水膜组件的理论水通量响应的图示。具体实施例方式1009j下面描述本质上仅仅是示例性，并非意图限制本教示、应用或用途。根据本教示的一种输水装置(WTD) 20可以被用在燃料电池系 统22中，如图1所示。燃料电池系统22可以包括WTD 20、燃料电 池堆24、燃料(阳极反应物)供给26、氧化剂(阴极反应物)供给 28和一对调节阀30、 31。阳极反应物供给26通过适当的供给管道32 连到堆24。阳极反应物流34 (比如氢)从阳极反应物供给26通过管 道32供给堆24。阴极反应物供给28通过适当的供给管道33连到堆 24并且提供阴极反应物流36 (比如压缩空气或氧)到堆24。 WTD20 和调节阀30、 31可被布置在堆24和阴极反应物供给28之间的供给 管道33中。第一调节阀30可调整提供给WTD20的第一阴极反应物 流38。第二调节阀31可调整绕过WTD20的第二阴极反应物流40。 流38、 40在WTD20的下游合并从而形成提供给堆24的阴极反应物 流36。堆24可操作以将阳极和阴极反应物流34、 36转换成电、阳极 流出流41和阴;f及流出流42。阳^f及流出流41可以>夂人堆24流出。阴相_ 流出流42可在从燃料电池系统22排出之前流过WTD 20。 f0021]WTD 20既可以接收从堆24流出的阴极流出流42，又可以接收8第一阴极反应物流38。 WTD 20可以保持阴极流出流42与第一阴极 反应物流38分开，同时将阴极流出流42的 一部分水分传输到第 一 阴 极反应物流38，由此湿润才是供给堆24的阴极反应物流36。旁通阀30、 31可以调整第一和第二阴极反应物流38、 40的比例，从而获得阴极 反应物流36的期望相对湿度。I0022JWTD 20的流体流动通道在图2-4中更详细示出。参照图2，WTD 20可包括多块彼此相邻布置的板60,且输水膜组件(WTMA)64被布 置在它们之间。板60和WTMAs 64可以被夹在一起从而形成层叠结 构62。作为非限制性例子，板60可以是金属薄板(比如不锈钢)或 聚合物。板60具有第一表面65，其带有多个凹槽或通道66，所述多 个凹槽或通道66被它们之间多个槽脊68分开。第一表面65上的凹 槽66和槽脊68在板60的第二表面74上分别形成多个槽脊70和凹 槽72。凹槽66、 72和槽脊68、 70能够以多种结构布置从而提供通过 WTI) 20的期望流动通道。板60可以被布置成使一块板60的第一表 面65面对相邻板60的第二表面74， O从而令面对着的第一和第二表 面65、 74上的槽脊68、 70对齐，并且压住它们之间的WTMA 64。 在面对着的第一和第二表面65、 74中的凹槽66、 72由此形成分别用 于第 一 阴极反应物流38和阴极流出流42并且被WTMA 64分开的多 个相邻流动通道78、 80。流动通道78、 80与板60中形成的凹槽66、 72的路径相似。水通过WTMA 64从横穿流动通道80的阴极流出流 42传输到横穿流动通道78的第一阴极反应物流38，如下所述。之间 带有WTMAs 64的相邻板60的数量和尺寸可以根据WTD 20的期望 尺寸和工作进行改变。参照图4,每个流动通道78、 80具有沿着板60的一侧或边缘 的各自的入口82、 84,和沿着板60另一侧或边缘形成的各自的出口 86、 88，用于分别接收和排出第一阴极反应物流38和阴极流出流42。 流动通道78的多个入口 82和出口 86分别连接第一进入歧管90 (图 1)，第一阴极反应物流38由此进入WTD20,以及连接第一排出歧管 92 (图1 )，第一阴极反应物流38由此离开WTD 20。同样地，流动 通道80的多个入口 84和出口 88分别连接第二进入歧管94 (图1 ), 阴极流出流42由此进入WTD20,以及连接第二排出歧管96(图1 ), 阴极流出流42由此离开WTD 20。第一和第二进入歧管90、 94以及第一和第二排出歧管92、 96可被安置在WTD 20的对立两侧上，如图所示，从而使得第一阴极反应物流38和阴极流出流42以相反方向(对流)流过WTD20。然而应当"i人识到，也可以利用同向流动或交叉流动布置。另外，尽管示出了大致水平的流动通道78、 80,但应当认识到，尽管可能难以实现本教示的所有益处，但还是可以利用它们之间大致竖直的流动通道或布置。|0024]参照图2-4, WTMA64可包括布置在第一和第二扩散介质102、104之间的输水膜100。第一扩散介质102可面对流动通道78并且连通第一阴极反应物流38,同时第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种输水装置，包括： 第一流动通道，其具有用于接收和排出第一流体流的入口和出口； 第二流动通道，其具有用于接收和排出第二流体流的入口和出口； 输水膜，其与所述第一和第二流动通道相连并将它们分开，所述输水膜可操作以将流过所述 第一流动通道的第一流体流的一部分水分传输到流过所述第二流动通道的第二流体流；以及 第一扩散介质，其布置在所述输水膜和所述第一流动通道之间，所述第一扩散介质是亲水性的并且可操作以吸收所述第一流动通道中的液态水，保持所述被吸收的液态水与所 述输水膜接触，并且将水传输到所述输水膜，并且可操作以扩散水汽，将所述第一流动通道中的所述水汽输送到所述输水膜，并且将所述水汽传输到所述输水膜。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：GW斯卡拉，Y张，AM布伦纳，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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