[發明專利]一種氫燃料電池全自動加濕和水管理系統

有效

• 申請號: 200710030353.6
• 申請日: 2007-09-21
• 公開（公告）號: CN101170190A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 徐豐彩
• 申請（專利權）人: 徐豐彩
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/02
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司
• 代理人: 梁永宏

技術領域：

本發明涉及氫燃料電池的技術領域，特別是指一種氫燃料電池全自動加濕和水管理系統。

技術背景：

氫氣和氧氣進行電化學反應會釋放出大量的能量，反應后的剩余物質是水，水不會污染環境。因此氫燃料是燃料利用率高、無污染、環保型、最理想的新能源。因此，氫燃料電池系統作為可再生能源系統已被世界各國高度關注。

近幾十年來，雖然燃料電池技術及氫燃料電池系統得到了長足發展，但在一些關鍵技術方面還存在很多問題，制約著它的批量生產和使用。其中一個問題即為氫燃料電池的全自動加濕和水管理問題。目前的氫燃料電池系統對氫燃料電池加濕分內部加濕和外部加濕兩種方式，根據國內外的技術報告得知，至今均未取得良好的效果：如Büchi和Srinivasan對不經反應氣加濕(內加濕)的PEM燃料電池操作數據進行了深入研究，不經外部加濕的電池性能比反應氣加濕(外加濕)的電池效率低40％；而這些年來人們對氫燃料電池系統采用外部加濕的方法已達7種之多，同樣均存在難以克服的敝病：

1.如將反應氣通過水溫可控的鼓泡器進行加濕，這種方法只適用于實驗室；

2.用高壓泵和控制噴射器的螺線閥門的加濕方法，使電池的價格、重量和自身能耗很高；

3.用金屬泡沫產生細小的噴射水來加濕進氣，能耗高，很難控制；

??4.在質子交換膜的氣體擴散層加入燈芯加濕，其缺點是增加了電池的密封難度；

5.將液態水直接注入電池的方法，該方法需要對雙極板采用特殊的“交指狀流場”迷宮設計，但對電極破損和電極的長期性能也沒有確知；

6.采用吸水材料做成旋片，即把出口空氣通道的水旋到進口空氣通道中，其缺點是體積大，功耗大，很難控制；

7.隔膜法，即將出口空氣通道和進口空氣通道相重疊，在兩通道中間加一層吸水材料膜，膜吸收了出口空氣中大量的水分，通過滲透被進口空氣吸收，達到給進口空氣加濕的目的。其缺點是不能隨意控制。

因此，到目前為止氫燃料電池系統的氫燃料電池的加濕問題仍是存在的技術難點之一。

發明內容：

本發明針對上述現有技術所存在的不足，提供一種加濕量可全自動控制，加濕器件可根據各種電池功率的不同而隨意配置的氫燃料電池的全自動加濕和水管理系統。

為實現上述之目的，本發明采用如下技術方案。

一種氫燃料電池全自動加濕和水管理系統，其包括超聲波霧化箱、冷凝器、連接有空氣鼓入泵的電堆、冷卻風機、冷卻器和控制組件，其特征在于：在超聲波霧化箱中安裝有集成化超聲波霧化器和水位傳感器，在超聲波霧化箱上裝有導霧管，導霧管的一端與超聲波霧化箱連接，導霧管另一端設有水霧噴口；在超聲波霧化箱的側壁設有進水進氣口；所述冷凝器安裝在電堆的排氣管道中，冷卻器安裝在冷卻風機的送風管道中，系統內還設置有循環水泵及水箱，循環水泵、水箱、冷卻器、冷凝器通過冷卻水管相連通；在冷凝器下方裝有接水盤，接水盤下安裝有與超聲波霧化箱相通的冷凝水及熱空氣管道，所述控制組件與安裝在超聲波霧化箱中的水位傳感器、安裝在電堆排氣管中的溫濕度傳感器、循環水泵、冷卻風機、電堆相連通。

所述的導霧管的水霧噴口安裝在空氣鼓入泵的喇叭狀空氣入口內。

所述的集成化超聲波霧化器為灌鑄型全密封結構。

所述冷凝器和冷卻器由特殊設計的具有波紋角度和交叉設置的不銹鋼濕膜和冷卻水管構成，冷卻水管盤旋插設在不銹鋼濕膜中。

本發明的有益效果在于：其包括超聲波霧化箱、冷凝器、連接有空氣鼓入泵的電堆、冷卻風機、冷卻器和控制組件，在超聲波霧化箱中安裝有集成化超聲波霧化器和水位傳感器，在超聲波霧化箱上裝有導霧管，導霧管的一端與超聲波霧化箱連接，導霧管另一端設有水霧噴口；在超聲波霧化箱的側壁設有進水進氣口；所述冷凝器安裝在電堆的排氣管道中，冷卻器安裝在冷卻風機的送風管道中，系統內還設置有循環水泵及水箱，循環水泵、水箱、冷卻器、冷凝器通過冷卻水管相連通；在冷凝器下方裝有接水盤，接水盤下安裝有與超聲波霧化箱相通的冷凝水及熱空氣管道，所述控制組件與安裝在超聲波霧化箱中的水位傳感器、安裝在電堆排氣管中的溫濕度傳感器、循環水泵、冷卻風機、電堆電堆相連通，與現有技術相比，其優點如下：

1、其通過集成化超聲波霧化器進行水霧化對電堆加濕，霧粒直徑小，易被空氣和氫氣吸收。同時霧粒吸收空氣中的潛熱二次氣化時，可降低燃料電池的工作溫度。同時該超聲波霧化器體積小，重量輕，全灌鑄密封，使用壽命長。能耗小，產生1.2kg/h的加濕量僅需0.08kw可滿足功率為2kw燃料電池加濕。