[發明專利]一種用于燃料電池電源的增濕裝置

無效

• 申請號: 200910047553.1
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN101834299A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 徐亞強;錢建東;張蕾;賀永吉
• 申請（專利權）人: 上海博能同科燃料電池系統有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉粉寶

技術領域

本發明涉及一種燃料電池電源的增濕裝置，特別涉及一種用于水冷卻質子交換膜燃料電池電源中對氧化劑(空氣或氧氣)增濕的增濕裝置。

背景技術

通常，質子交換膜燃料電池工作時，燃料通過陽極氣體擴散層，在陽極催化層表面發生電化學反應，失去電子形成質子H⁺，質子H⁺可通過質子交換膜，到達膜電極的陰極一側；與此同時，氧化劑氣體通過陰極擴散層，在陰極催化層表面與透過質子膜的質子H⁺發生反應，生成水。

在采用氫氣作為燃料的質子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應的方程式為：

陽極反應：H₂→2H⁺+2e

陰極反應：O₂+4H⁺+4e→2H₂O

目前，質子交換膜燃料電池中所用的質子交換膜，在電池運行過程中需要有水分子存在，因為只有水化的質子才可以自由地穿過質子交換膜，從膜電極陽極到達電極陰極參加電化學反應，如果燃料電池缺水，將導致質子無法穿過質子交換膜，電極內阻急劇增加，電池性能急劇下降，為了使質子交換膜保持使質子從膜電極陽極到達電極陰極的傳輸能力，需要對質子交換膜增濕，增濕不足，質子交換膜傳輸能力差，影響電池性能；但是，過分增濕，會淹沒電極，同樣也會導致電池性能的下降；因此，對質子交換膜增濕是質子交換膜燃料電池的關鍵技術。

現有的燃料電池電源由燃料電池堆和附屬系統組成，其氧化劑供給系統通常需要進行增濕。目前應用于質子交換膜燃料電池電源的增濕大多采用膜增濕，水通過膜滲透對氧化劑進行增濕，是非直接接觸的。膜增濕器有與燃料電池做在一起的，也有單獨的膜管，另外還有用焓輪來進行增濕，但是，這些設備不但結構復雜，而且效率增濕不高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于燃料電池電源的增濕裝置，合理利用燃料電池發電過程中產生的熱量，降低冷卻介質的消耗量以及對周邊環境的熱耗散。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

一種用于燃料電池電源的增濕裝置，其特征在于，它包括一增濕容器，所述燃料電池的循環冷卻水的出水管連接在所述增濕容器的頂部，所述增濕容器的底部連接所述燃料電池的循環冷卻水的進水管；所述燃料電池的氧化劑的出氣管連接在所述增濕容器的底部，所述燃料電池的氧化劑的入氣管連接在所述增濕容器的頂部；所述循環冷卻水在所述增濕容器中自上而下流動形成回路，所述氧化劑在所述增濕容器中向上流動形成回路。

所述連接到所述增濕容器頂部的燃料電池的循環冷卻水的出水管的端部設置有噴淋，通過所述噴淋將所述出水管輸出循環冷卻水均勻噴在所述增濕容器內。

所述增濕容器中設置有使所述燃料電池的循環冷卻水與氧化劑直接接觸，確保所述增濕容器的傳質傳熱能力的高效填料，所述高效填料在氧化劑增濕的同時還充分利用了循環冷卻水從所述燃料電池帶出的熱量。

所述高效填料為比表面積為700～2000M²/M³的不銹鋼絲網結構，使增濕器內氣液相分布均勻，有很大的氣液交換面積，極大地提高了氣液交換地效率。

所述增濕裝置還包括一個氣水分離器，所述燃料電池的氧化劑出氣管通過所述氣水分離器連接到所述增濕容器的底部進行氣水分離，將分離的燃料電池的生成水對所述增濕裝置進行補水。

所述增濕裝置通過連接在所述增濕容器中的氣泵和連接在所述燃料電池的循環冷卻水的進水管上的水泵對所述增濕容器的中循環冷卻水和氧化劑的壓力狀態進行調節。

所述增濕容器中的燃料電池的循環冷卻水和氧化劑處于相同的壓力狀態下。

所述增濕裝置不僅適用于常壓燃料電池系統，也適用于中高壓燃料電池系統。

本發明為一種用于燃料電池電源的增濕裝置，通過所述燃料電池的循環冷卻水從所述燃料電池帶出的熱量在所述增濕容器中對氧化劑進行增濕，循環冷卻水與進入燃料電池的氧化劑直接接觸，合理利用燃料電池發電過程中產生的熱量，降低冷卻介質的消耗量以及對周邊環境的熱耗散，實現本發明的目的。

附圖說明

圖1是本發明的增濕裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。

實施例1