CN107331875B - 一种碳纸疏水处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纸疏水处理设备，包括水平方向依次设置的第一伸缩机构、浸渍装置和辊吸装置，所述浸渍装置包括盛液盆、第一支架、第一辊筒、网状的工装板和升降机构，所述升降机构连接于第一支架，所述第一辊筒的转动轴固定于第一支架上，所述工装板可活动的搁置于所述第一辊筒上，所述盛液盆设置于所述第一支架的下方；所述辊吸装置包括第二支架、第二辊筒、挤压辊和吸液片，所述第二辊筒的转动轴固定于第二支架上，所述吸液片绕设于所述挤压辊外，所述挤压辊设置于第二辊筒的上方，且第二辊筒与挤压辊之间的间距小于或等于工装板加碳纸的厚度。该设备结构简单，制造成本低；将碳纸的浸泡和辊吸两个过程实现自动化连续处理，简化工艺。

Description

一种碳纸疏水处理设备

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种碳纸疏水处理设备。

背景技术

燃料电池是一种将化学能通过化学反应直接转化成电能的装置，具有能量转换效率高(可达40％～60％)、模块化结构紧凑、低噪音、环境友好、可靠性高故障率低等特点，在基站电源、中小型电站和区域性分散电站、固定式备用电源、可移动便携式电源及各种电动车等方面，具有广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池作为燃料电池中的一种，因其低操作温度、低温启动迅速等优势而备注关注，在国内外已经被认可为今后动力技术发展的主要方向，欧洲和日本的各大汽车公司纷纷投入巨资进行质子交换膜燃料电池汽车的研发和实验，各国政府也在政策法规上给予了极大的支持。虽然全球范围内质子交换膜燃料电池的发展如火如荼，但由于性能和成本两方面的限制，目前还未真正的实现大规模商业化。

膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，由阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层组成。膜电极是电化学反应发生的场所，反应时，在阳极燃料通过阳极催化层，在催化剂作用下被氧化；在阴极作为阴极反应物的氧气或空气通过阴极气体扩散层进入阴极催化层，被阴极催化剂还原生成产物水，生成的水通过气体扩散层随反应尾气排出。如果不处理好水管理的问题，那么在高电流密度下生成的水就无法及时排出，造成电极水淹，会严重阻碍反应气体的进入以及气体与催化剂的接触，使得气体密度减小，有效催化面积减小，电流密度急剧下降，因此必须要处理好水管理的问题。

为了提高气体扩散层的水管理能力，就需要对气体扩散层材料(碳纸)进行疏水处理。一般采用浸渍疏水剂溶液如聚四氟乙烯(PTFE)溶液的方法来进行疏水处理，浸渍完后对碳纸进行干燥和烧结处理，使疏水剂在碳纸内形成网络，从而形成良好的排水性能。但由于碳纸既脆又薄，常规的夹持浸泡方法很容易将碳纸弄碎，且在浸泡后PTFE附着在碳纸上的均匀一致性难以保证。

中国专利ZL200620137261.9公开了一种用于气体扩散层材料进行疏水处理的设备，该专利设备可以在气体扩散层材料浸渍后、干燥前对气体扩散层材料进行两面辊吸处理，利用由多个辊筒带动的吸液片将气体扩散层材料表面的疏水剂吸去，从而在下一次浸渍气体扩散层材料时，可以使疏水剂容易地进入气体扩散层材料内部而不在气体扩散层材料表面积聚，从而有利于气体扩散层形成更好的开孔结构。但该设备只能进行辊吸功能，不能进行浸泡、辊吸连续处理，而且反面辊吸处理起不到实质作用，增加了设备的复杂性和生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种碳纸疏水处理设备，不仅结构简单，而且能够实现对碳纸进行浸泡和辊吸的连续处理。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种碳纸疏水处理设备，包括水平方向依次设置的第一伸缩机构、浸渍装置和辊吸装置，所述浸渍装置包括盛液盆、第一支架、第一辊筒、网状的工装板和升降机构，所述升降机构连接于第一支架，所述第一辊筒的转动轴固定于第一支架上，所述工装板可活动的搁置于所述第一辊筒上，所述盛液盆设置于所述第一支架的下方；所述辊吸装置包括第二支架、第二辊筒、挤压辊和吸液片，所述第二辊筒的转动轴固定于第二支架上，所述吸液片绕设于所述挤压辊外，所述挤压辊设置于第二辊筒的上方，且第二辊筒与挤压辊之间的间距小于或等于工装板加碳纸的厚度。

本发明的有益效果在于：该设备的结构简单，制造成本低；能够有效解决人工夹持浸泡导致的碳纸破损率高的问题，还可以将碳纸的浸泡和辊吸两个过程实现自动化连续处理，简化工艺，节省时间。

附图说明

图1为本发明实施例的碳纸疏水处理设备的结构示意图；

标号说明：

1、第一伸缩机构；2、盛液盆；3、第一支架；4、第一辊筒；5、工装板；6、升降机构；7、第二支架；8、第二辊筒；9、第三支架；10、第三辊筒；

11、高度调节装置；12、第二伸缩机构；13、碳纸；14、挤压辊；15、吸液片。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:在浸渍装置中设置升降机构6，能够实现碳纸13的浸泡过程；浸渍装置和辊吸装置中分别设置有第一辊筒4和第二辊筒8；设置第一伸缩机构1，能够推动工装板5在第一辊筒4和第二辊筒8上移动，即自动从浸渍装置移动到辊吸装置，同时完成辊吸过程。

请参照图1，一种碳纸疏水处理设备，包括水平方向依次设置的第一伸缩机构1、浸渍装置和辊吸装置，所述浸渍装置包括盛液盆2、第一支架3、第一辊筒4、网状的工装板5和升降机构6，所述升降机构6连接于第一支架3，所述第一辊筒4的转动轴固定于第一支架3上，所述工装板5可活动的搁置于所述第一辊筒4上，所述盛液盆2设置于所述第一支架3的下方；所述辊吸装置包括第二支架7、第二辊筒8、挤压辊14和吸液片15，所述第二辊筒8的转动轴固定于第二支架7上，所述吸液片15绕设于所述挤压辊14外，所述挤压辊14设置于第二辊筒8的上方，且第二辊筒8与挤压辊14之间的间距小于或等于工装板5加碳纸13的厚度。

本发明工作原理：将碳纸13放置于工装板5上后，升降机构6带动第一支架3下降，使碳纸13浸泡于盛液盆2中，浸泡一定时间后，升降机构6抬起第一支架3，并使第一支架3上的第一辊筒4上升至与辊吸装置中的第二辊筒8一致的高度；然后第一伸缩机构1启动，推动工装板5及碳纸13向辊吸装置方向移动，碳纸13经过挤压辊14和第二辊筒8之间，挤压辊14表面的吸液片15即会吸走碳纸13表面的疏水剂溶液。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：该设备的结构简单，制造成本低；能够有效解决人工夹持浸泡导致的碳纸破损率高的问题，还可以将碳纸的浸泡和辊吸两个过程实现自动化连续处理，简化工艺，节省时间。

进一步的，还包括第二伸缩机构12，所述第二伸缩机构12与所述第一伸缩机构1相对设置，所述浸渍装置和辊吸装置设置于第一伸缩机构1和第二伸缩机构12之间。

由上述描述可知，第一伸缩机构能够推送工装板和碳纸至辊吸装置内，第二伸缩机构能够将工装板送回至原来的位置，以便下一个碳纸的疏水处理。

进一步的，所述第一辊筒4和第二辊筒8的数目均为多个；所述挤压辊14设置于其中一个第二辊筒8的上方。

进一步的，所述辊吸装置还包括第三支架9和两个第三辊筒10，两个第三辊筒10和所述挤压辊14呈三角状固定于所述第三支架9上；所述吸液片15绕设于两个第三辊筒10和挤压辊14外。

进一步的，所述辊吸装置还包括高度调节装置11，所述挤压辊14通过所述高度调节装置11固定于所述第三支架9上。

由上述描述可知，通过高度调节装置，可以调节挤压辊和第二辊筒之间的间距，从而可对不同厚度的碳纸进行辊吸过程。

进一步的，所述第三支架9包括沿高度方向设置的滑槽，所述挤压辊14通过锁紧件固定于所述滑槽。

进一步的，所述辊吸装置还包括驱动装置，所述挤压辊14的转动轴由所述驱动装置驱动。

由上述描述可知，所述驱动装置可驱动挤压辊以及挤压辊上的吸液片转动。

进一步的，所述吸液片15为柔性的吸水纸、吸水海绵或吸水碳纤维布。

进一步的，所述第一伸缩机构1和升降机构6均为气缸。

进一步的，所述工装板5为表面光滑的环氧树脂板。

实施例一

请参照图1，本发明的实施例一为：一种碳纸疏水处理设备，包括在水平方向依次设置的第一伸缩机构1、浸渍装置、辊吸装置和第二伸缩机构12，所述第一伸缩机构1和第二伸缩机构12相对设置，在本实施例中，所述第一伸缩机构1和第二伸缩机构12均包括气缸，第一伸缩机构1和第二伸缩机构12的伸缩方向均与浸渍装置和辊吸装置之间的连线相平行。

所述浸渍装置包括盛液盆2、第一支架3、多个第一辊筒4、网状的工装板5和升降机构6。所述升降机构6连接于第一支架3，优选的，所述升降机构6为气缸，该气缸的活塞杆连接于所述第一支架3。多个第一辊筒4平行间隔设置，第一辊筒4的转动轴固定于第一支架3上，且第一辊筒4的转动轴与第一伸缩机构1的伸缩方向相垂直。所述工装板5可活动的搁置于所述第一辊筒4上，工装板5可在第一辊筒4上面移动；初始状态时，第一伸缩机构1和第二伸缩机构12的伸缩头与工装板5在同一水平线上；所述工装板5用于放置碳纸13，工装板5的面积等于或稍大于碳纸13的面积，为避免碳纸13磨损，工装板5可选用表面光滑的网状的环氧树脂板。所述盛液盆2设置于所述第一支架3的下方，所述盛液盆2内盛装有一定浓度的聚四氟乙烯乳液。

所述辊吸装置包括第二支架7、多个第二辊筒8、第三支架9、两个第三辊筒10、挤压辊14和吸液片15，多个第二辊筒8平行间隔设置，且第二辊筒8的转动轴与第一伸缩机构1的伸缩方向相垂直，所述第二辊筒8的转动轴固定于第二支架7上。第三支架9设置于所述第二支架7的侧边或固定于第二支架7上，两个第三辊筒10和所述挤压辊14呈三角状固定于所述第三支架9上，其中所述挤压辊14设置于第二辊筒8的上方，且第二辊筒8与挤压辊14之间的间距小于或等于工装板5加碳纸13的厚度；所述吸液片15绕设于两个第三辊筒10和挤压辊14外。所述辊吸装置还包括高度调节装置11，所述挤压辊14通过所述高度调节装置11固定于所述第三支架9上。具体的，所述第三支架9包括沿高度方向设置的滑槽，所述挤压辊14通过锁紧件固定于所述滑槽，通过调节挤压辊14与滑槽的相对位置，可以调节挤压辊14的高度，从而调节挤压辊14与第二辊筒8之间的间距。所述辊吸装置还包括驱动装置，所述驱动装置包括电机以及连接于电机的减速器和皮带，通过皮带驱动挤压辊14转动，从而带动吸液片15转动。所述吸液片15为柔性的吸水纸、吸水海绵或吸水碳纤维布，厚度为0.2mm，吸液片15的宽度与挤压辊14以及第三辊筒10的长度一致。挤压辊14的长度与工装板5的宽度一致。

需要对碳纸13进行疏水处理时，先将碳纸13放置到工装板5上，通过高度调节装置11调节挤压辊14和第二辊筒8之间的间距小于工装板5加碳纸13的厚度，本实施例中，工装板5加碳纸13的厚度为1.19mm，调节挤压辊14和第二辊筒8之间的间距为1.16mm。启动升降机构6带动第一支架3下降时，第一支架3上的工装板5和碳纸13可浸泡于聚四氟乙烯乳液中。浸泡至预定时间后，升降机构6复位，将工装板5和碳纸13抬起，使工装板5的高度、第一伸缩机构1的动力输出轴的高度和第二辊筒8的高度在同一水平线上。启动辊吸装置中的驱动装置，使吸液片15沿挤压辊14和第三辊筒10转动，调节挤辊的转速为20转每分钟，为逆时针转动。同时启动第一伸缩机构1，第一伸缩机构1推送工装板5以及碳纸13，使其经过挤压辊14和第二辊筒8之间，缠绕与挤压辊14表面的吸液片15会吸去碳纸13表面多余的聚四氟乙烯乳液；整个碳纸13过完辊吸程序后，人工取下碳纸13，第一伸缩机构1复位；然后第二伸缩机构12启动，将工装板5送回至原来的位置，最后第二伸缩机构12回程。

综上所述，本发明提供的碳纸疏水处理装置结构简单，制造成本低，便于操作，能够将碳纸的浸渍和辊吸程序进行连续自动化生产，可有效解决人工浸泡处理导致的碳纸破损率高的问题，还可适应于不同厚度的碳纸的疏水处理。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种碳纸疏水处理设备，其特征在于，包括水平方向依次设置的第一伸缩机构、浸渍装置和辊吸装置，所述浸渍装置包括盛液盆、第一支架、第一辊筒、网状的工装板和升降机构，所述升降机构连接于第一支架，所述第一辊筒的转动轴固定于第一支架上，所述工装板可活动的搁置于所述第一辊筒上，所述盛液盆设置于所述第一支架的下方；所述辊吸装置包括第二支架、第二辊筒、挤压辊和吸液片，所述第二辊筒的转动轴固定于第二支架上，所述吸液片绕设于所述挤压辊外，所述挤压辊设置于第二辊筒的上方，且第二辊筒与挤压辊之间的间距小于或等于工装板加碳纸的厚度；

还包括第二伸缩机构，所述第二伸缩机构与所述第一伸缩机构相对设置，所述浸渍装置和辊吸装置设置于第一伸缩机构和第二伸缩机构之间；

所述第一辊筒和第二辊筒的数目均为多个；所述挤压辊设置于其中一个第二辊筒的上方。

2.如权利要求1所述的碳纸疏水处理设备，其特征在于，所述辊吸装置还包括第三支架和两个第三辊筒，两个第三辊筒和所述挤压辊呈三角状固定于所述第三支架上；所述吸液片绕设于两个第三辊筒和挤压辊外。

3.如权利要求2所述的碳纸疏水处理设备，其特征在于，所述辊吸装置还包括高度调节装置，所述挤压辊通过所述高度调节装置固定于所述第三支架上。

4.如权利要求2所述的碳纸疏水处理设备，其特征在于，所述第三支架包括沿高度方向设置的滑槽，所述挤压辊通过锁紧件固定于所述滑槽。

5.如权利要求1所述的碳纸疏水处理设备，其特征在于，所述辊吸装置还包括驱动装置，所述挤压辊的转动轴由所述驱动装置驱动。

6.如权利要求1所述的碳纸疏水处理设备，其特征在于，所述吸液片为柔性的吸水纸、吸水海绵或吸水碳纤维布。

7.如权利要求1所述的碳纸疏水处理设备，其特征在于，所述第一伸缩机构和升降机构均为气缸。

8.如权利要求1所述的碳纸疏水处理设备，其特征在于，所述工装板为表面光滑的环氧树脂板。

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