[實用新型]質子交換膜燃料電池增濕及陽極尾氣處理裝置

有效

• 申請號: 201320840672.4
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN203690407U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 仙存妮
• 申請（專利權）人: 南京雙登科技發展研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

????本實用新型涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種質子交換膜燃料電池增濕及陽極尾氣處理裝置。

背景技術

燃料電池是一種清潔、高效的發電裝置，其將燃料的化學能直接轉化為電能，效率高達60%以上。質子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，由于其工作溫度低，在室溫下就可以啟動。質子交換膜燃料電池以氫氣為燃料，氫氣在電池陽極吸附解離為氫離子，電解質膜是一種特殊的膜，其只允許氫離子通過，目前使用最廣泛的是氟化磺酸膜，氫離子在此膜中以水合質子（H₃O⁺）的形式，從陽極遷移至陰極，與陰極的氧氣發生反應生成水。氟化磺酸膜在足夠的濕度下才具有很好的氫離子導電性，當缺水時膜內阻急劇增加，電池性能會迅速下降。雖然燃料電池在陰極端會生成水，但是當使用空氣作為氧化劑時，需要通入過量空氣，當大量干空氣吹入時，未反應的高溫氣體會將生成的水分帶走，致使陰極端缺水。為此在進電堆前一般對空氣進行加濕。

質子交換膜燃料電池的加濕方式一般有以下幾種：

蒸汽加濕：利用電阻絲加熱去離子水，產生水蒸氣，將需要加濕的氣體通過來加濕。此方法需要加熱裝置和額外的加水，具有體積大，耗能等缺點。

質子交換膜加濕：該加濕方法利用質子交換膜的阻氣特性和水在膜內的濃差擴散實現，在膜的一側通水，一側通氣體，水分通過膜達到另一側，將氣體加濕。此方法使用昂貴的質子交換膜，一般做成與電堆一樣的結構，和電堆裝在一起。其缺點是成本高，增大了電堆體積，增濕效率低，需要額外提供去離子水。

焓輪增濕器：燃料電池的尾氣和原料氣分別進入增濕器兩側，利用陶瓷材料的微孔吸收尾氣中的水分和熱量，電機驅動轉動焓輪，原料氣再將陶瓷材料中的水分和熱量吸收，進而加濕。然而尾氣中的余熱和水分有限，加濕效果不佳。

質子交換膜燃料電池陽極尾氣一般含有少量氫氣，目前對陽極尾氣大都不做任何處理，直接排入大氣，不僅會造成燃料浪費，也會對環境造成污染，同時也存在燃燒和爆炸等危險。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種成本低、使用方便，能減少燃料浪費和環境污染，避免危險事故發生的質子交換膜燃料電池增濕及陽極尾氣處理裝置。

本實用新型的技術方案是：質子交換膜燃料電池增濕及陽極尾氣處理裝置，與燃料電池電堆相連接，該裝置主要由內筒、外筒、傳動軸、連接桿構成，內筒中的空腔為內腔，內、外筒之間的空腔為外腔，內筒由連接桿與傳動軸相連，外筒、內筒同軸設置，兩端有端蓋，其中靠近燃料電池電堆一端的端蓋上設有內腔連接口和外腔連接口，另一端的端蓋上設有與外腔相通的原料氣入口和與內腔相通的尾氣出口，尾氣出口上有排氣閥，內筒的筒壁上有孔徑為1nm～1mm的小孔，孔隙率為10%～90%，內筒的內壁上分布大小不一的小凸起，并且內筒內壁上有催化劑涂層。

進一步的方案是：所述內筒為導熱性好的圓筒，外筒為絕熱性好的圓筒；所述內筒端面與端蓋之間有密封圈，實現動態密封；所述內筒內壁上的小凸起為多孔狀結構，凸起孔隙率為5%～80%；所述催化劑涂層厚度為1nm～50μm。

????上述增濕及陽極尾氣處理裝置的工作過程是：待增濕與加熱的原料氣從入口進入外腔中，通過外腔連接口進入燃料電池電堆中，微量的原料氣通過內筒壁上的小孔進行內腔中；燃料電池陽極尾氣通過內腔連接口進入內腔中，尾氣中的燃料氣在內筒內壁上的薄層催化劑作用下，與內腔中的微量空氣發生反應生成水和熱。內筒通過連接桿與傳動軸相連，在傳動軸的帶動下轉動，生成的水在離心力作用下通過內筒壁上的小孔被甩入外腔中，對外腔中的原料氣進行加濕加熱，陽極尾氣中的其他氣體通過尾氣出口排入大氣中；陽極尾氣攜帶的熱和反應生成的熱量通過熱導性好的內筒傳遞給外腔中的原料氣，對其預熱。

與傳統的增濕器相比，本裝置增濕、加熱效果更佳，同時充分利用了陽極尾氣，減少了燃料氣浪費，減少了對大氣的污染和燃燒、爆炸危險事故的發生，該裝置結構簡單、成本低、加濕加熱效率高、使用方便。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

????下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。