一种碳纸疏水处理装置和方法

本发明涉及燃料电池疏水处理，具体涉及一种碳纸疏水处理装置和方法。

背景技术：

1、燃料电池（pemfc）的核心部件是膜电极组件，由两个催化层（cl）、两个气体扩散层（gdl）和一个质子交换膜（pem）组成。气体扩散层是膜电极中的关键部分，起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的作用。常用的气体扩散层（gdl）基材的最理想材料是碳纸，具有高导电性、耐腐蚀性以及出色的尺寸稳定性。为了提高气体扩散层的水管理能力、构建高效的气体通道以及增加碳纸强度，需要对碳纸进行疏水处理才能应用。

2、在现有技术中，碳纸疏水处理流程一般包括：将碳纸在疏水溶液中浸渍、吸附碳纸表面多余疏水溶液、将碳纸在高温烘箱中烧结。该过程在不同设备中进行，并且操作繁琐，耗时较长。并且，将碳纸放在疏水溶液中浸泡的方式，疏水处理效果一般，时间较长。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种碳纸疏水处理装置和方法，所述碳纸疏水处理装置能够高效地对碳纸进行连续疏水处理。

2、为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种碳纸疏水处理装置，包括放卷组件、传动组件、疏水组件、风淋组件、烘干组件、收卷组件，碳纸的一端缠绕在所述放卷组件上，另一端依次经过传动组件、疏水组件、风淋组件、烘干组件后，缠绕在所述收卷组件上，所述传动组件用于带动碳纸从放卷组件朝向收卷组件运动，所述风淋组件用于对疏水处理后的碳纸进行风干，所述烘干组件用于对疏水处理后的碳纸进行高温干燥，所述疏水组件包括压力浸渍辊、浸渍槽、抽料泵单元以及第一驱动单元，所述浸渍槽盛装有疏水溶液，所述压力浸渍辊设置在所述浸渍槽液面的上方，所述压力浸渍辊包括环形多孔板、液体分配腔，所述环形多孔板的表面均匀设置有多个通孔，所述液体分配腔设置在所述环形多孔板的内部空腔内，所述液体分配腔的顶部设有开口，开口的侧壁与所述环形多孔板的内表面接触，所述抽料泵单元的输入端设置在所述浸渍槽内，输出端与所述液体分配腔连通，用于将浸渍槽内的疏水溶液输送至液体分配腔内，所述第一驱动单元与所述环形多孔板连接，用于带动所述环形多孔板转动，所述液体分配腔内的疏水溶液通过其顶部的开口以及环形多孔板上的通孔流向环形多孔板的外表面，以对碳纸进行浸渍，碳纸的运动路径依次经过浸渍槽的液面下方以及压力浸渍辊，从而在浸渍槽液面下方进行浸泡疏水处理以及在压力浸渍辊处进行压力渗透疏水处理。

4、优选的，所述液体分配腔与所述环形多孔板的接触位置还设有密封组件，以防止液体分配腔内的疏水溶液通过液体分配腔与环形多孔板的接触位置处的缝隙泄漏。

5、优选的，所述压力浸渍辊还包括传动封头、支撑法兰环，所述疏水组件还包括第一机架、第二机架、第三机架，所述环形多孔板为圆柱形的空腔结构，所述传动封头固定安装在所述环形多孔板的一端，所述第一驱动单元与所述传动封头连接，从而带动所述环形多孔板转动，所述支撑法兰环固定安装在所述环形多孔板的另一端，所述第一机架伸入所述环形多孔板的内部空腔，所述液体分配腔固定安装在所述第一机架上，所述第二机架设置在所述支撑法兰环的上方，所述第三机架设置在所述支撑法兰环的下方，并且所述第二机架的下表面安装有第一支撑轮，所述第三机架的上表面间隔安装有第二支撑轮和第三支撑轮，所述第一支撑轮、第二支撑轮、第三支撑轮分别与所述支撑法兰环接触。

6、优选的，所述碳纸疏水处理装置还包括第二驱动单元和偏心辊，所述偏心辊包括转轴和接触辊子，所述接触辊子套设在所述转轴上，所述转轴和所述接触辊子均为圆柱形结构，并且所述转轴的圆心与所述接触辊子的圆心存在偏心距，所述偏心距的范围为0-1mm，所述第二驱动单元与所述转轴连接，用于带动所述转轴转动，所述碳纸搭接在所述接触辊子的外表面。

7、优选的，所述碳纸疏水处理装置还包括第三驱动单元，所述传动组件包括主动辊和传送辊，所述主动辊和所述传送辊依次间隔设置在所述放卷组件与所述收卷组件之间，碳纸依次搭接在所述主动辊和所述传送辊的外表面，所述第三驱动单元与所述主动辊连接，以带动所述主动辊转动，从而带动碳纸运动。

8、优选的，所述碳纸疏水处理装置还包括导向组件，所述导向组件包括第一导向辊和第二导向辊，所述第一导向辊设置在所述偏心辊靠近所述收卷组件的一侧，碳纸依次搭接在所述偏心辊和所述第一导向辊上，所述第一导向辊和所述偏心辊设置在不同的高度，从而增大碳纸在偏心辊上的包角，所述第二导向辊设置在所述浸渍槽尾端的上方，碳纸搭接在所述第二导向辊上，第二导向辊将碳纸的传送方向改变为竖直方向。

9、优选的，所述碳纸疏水处理装置还包括倾斜风管，所述倾斜风管设置在所述第二导向辊的正上方，所述倾斜风管包括对称设置在所述碳纸两侧的第一风管和第二风管，用于吹扫碳纸表面多余的疏水溶液，所述第一风管和所述第二风管均与水平面呈45°的倾斜角度，所述第一风管和所述第二风管的倾斜方向相反，并且所述第一风管和所述第二风管的风速范围为1.5-3.5m/s。

10、优选的，所述风淋组件设置在所述疏水组件与所述收卷组件之间，其包括风淋箱、第三风管、第四风管，所述第三风管设置在所述风淋箱内部的上表面，所述第四风管设置在所述风淋箱内部的下表面，所述碳纸从风淋箱的中部穿过，所述第三风管和所述第四风管用于对碳纸进行吹扫风干，所述烘干组件设置在所述风淋组件与所述收卷组件之间，其包括烘干箱、第一红外灯管、第二红外灯管，所述第一红外灯管设置在所述烘干箱内部的上表面，所述第二红外灯管设置在所述烘干箱内部的下表面，所述碳纸从烘干箱的中部穿过，所述第一红外灯管和所述第二红外灯管用于对碳纸进行加热烘干。

11、优选的，所述碳纸疏水处理装置还包括张力组件，所述张力组件包括张力辊和张力控制器，所述张力辊设置在所述放卷组件的一侧，碳纸搭接在所述张力辊上，所述张力控制器用于控制放卷组件放卷时的张力。

12、本发明还提供一种碳纸疏水处理方法，采用上述的碳纸疏水处理装置，包括以下步骤：

13、向浸渍槽内添加疏水溶液；

14、启动抽料泵单元，将浸渍槽内的疏水溶液输送至液体分配腔；

15、启动放卷组件放卷，使碳纸在传动组件的作用下，依次经过浸渍槽和压力浸渍辊进行疏水处理，

16、疏水处理后的碳纸经过风淋组件风干以及烘干组件烘干后在收卷组件处收卷。

17、本发明中的碳纸疏水处理装置将放卷、疏水处理、风淋处理、烘干处理、收卷集成一体，大大地提高了碳纸疏水处理的效率。并且，通过压力浸渍辊对移动中的碳纸进行疏水处理，疏水溶液在高压作用下通过环形多孔板上的通孔溢出，高压作用能够使得疏水溶液在短时间内充分渗透碳纸内部，增强了疏水处理效果，缩短了疏水处理时间。

技术特征：

1.一种碳纸疏水处理装置，其特征在于，包括放卷组件（700）、传动组件、疏水组件（100）、风淋组件（400）、烘干组件（500）、收卷组件（800），

2.根据权利要求1所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，所述液体分配腔（112）与所述环形多孔板（111）的接触位置还设有密封组件（117），以防止液体分配腔（112）内的疏水溶液通过液体分配腔（112）与环形多孔板（111）的接触位置处的缝隙泄漏。

3.根据权利要求1所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，所述压力浸渍辊（110）还包括传动封头（113）、支撑法兰环（114），

4.根据权利要求3所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，还包括第二驱动单元和偏心辊（900），所述偏心辊（900）包括转轴（910）和接触辊子（920），所述接触辊子（920）套设在所述转轴（910）上，所述转轴（910）和所述接触辊子（920）均为圆柱形结构，并且所述转轴（910）的圆心与所述接触辊子（920）的圆心存在偏心距，所述偏心距的范围为0-1mm，

5.根据权利要求4所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，还包括第三驱动单元，所述传动组件包括主动辊（210）和传送辊，所述主动辊（210）和所述传送辊依次间隔设置在所述放卷组件（700）与所述收卷组件（800）之间，碳纸（1000）依次搭接在所述主动辊（210）和所述传送辊的外表面，

6.根据权利要求5所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，还包括导向组件（300），所述导向组件（300）包括第一导向辊（310）和第二导向辊（320），所述第一导向辊（310）设置在所述偏心辊（900）靠近所述收卷组件（800）的一侧，碳纸（1000）依次搭接在所述偏心辊（900）和所述第一导向辊（310）上，所述第一导向辊（310）和所述偏心辊（900）设置在不同的高度，从而增大碳纸（1000）在偏心辊（900）上的包角，

7.根据权利要求6所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，还包括倾斜风管（180），所述倾斜风管（180）设置在所述第二导向辊（320）的正上方，所述倾斜风管（180）包括对称设置在所述碳纸（1000）两侧的第一风管和第二风管，用于吹扫碳纸（1000）表面多余的疏水溶液，

8.根据权利要求1所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，

9.根据权利要求1-8任一项所述的碳纸疏水处理装置，其特征在于，还包括张力组件，所述张力组件包括张力辊（600）和张力控制器，

10.一种碳纸疏水处理方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的碳纸疏水处理装置，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及燃料电池疏水处理技术领域，公开一种碳纸疏水处理装置和方法，碳纸疏水处理装置包括放卷组件、传动组件、疏水组件、风淋组件、烘干组件、收卷组件，碳纸的一端缠绕在放卷组件上，另一端经过传动组件、疏水组件、风淋组件、烘干组件，缠绕在收卷组件，疏水组件包括压力浸渍辊、浸渍槽、抽料泵单元，浸渍槽盛装有疏水溶液，压力浸渍辊位于浸渍槽上方，压力浸渍辊包括环形多孔板、液体分配腔，环形多孔板设有通孔，液体分配腔设置在环形多孔板内，与环形多孔板内表面接触，抽料泵单元将疏水溶液输送至液体分配腔，疏水溶液从通孔流向环形多孔板外以浸渍碳纸，碳纸依次经过浸渍槽以及压力浸渍辊。该装置能够高效地对碳纸进行疏水处理。技术研发人员：洪小波,姜萍,阮殿波,谭健民,张力为受保护的技术使用者：宁波大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5