[實用新型]一種高效燃料電池加濕器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420098055.6
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN203774400U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁昆;姚汛;牛遠春;馬天才;孫澤昌;章桐
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及加濕器，尤其是用于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體加濕器。

背景技術(shù)

燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同，可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池，堿性燃料電池，磷酸型燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定。而且反應(yīng)生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池可以廣泛地應(yīng)用于移動電源領(lǐng)域。

質(zhì)子交換膜燃料電池利用氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能。當分別向燃料電池陽極和陰極供給氫氣與氧氣時，反應(yīng)氣體經(jīng)擴散層擴散，進入多孔陽極的氫原子被催化劑吸附并離化為氫離子和電子，氫離子經(jīng)由質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移到陰極，電子在電極內(nèi)傳遞至負極集流板經(jīng)外電路負載流向陰極，在陰極催化層上氫離子和氧離子結(jié)合成水分子。而電子通過外電路通過產(chǎn)生電能。

作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜必須濕潤，這樣才能更好地傳導(dǎo)質(zhì)子，研究表明，質(zhì)子交換膜的導(dǎo)電性與其含水量成正比。因此，為了提高轉(zhuǎn)換效率，必須加濕質(zhì)子交換膜。

目前燃料電池所用的加濕方法主要是通過加濕反應(yīng)的氣體，利用濕潤的氣體所攜帶的水汽來加濕質(zhì)子交換膜。例如焓輪加濕，利用陶瓷轉(zhuǎn)輪吸收尾氣中的水汽和熱量來對新鮮的進氣加濕，但因為具有旋轉(zhuǎn)部件，容易躥氣并且增加了耗能。中空纖維管束加濕器，該加濕器利用親水材質(zhì)制備的無孔中空纖維束，水從中空纖維束的外側(cè)流過，加濕氣體從纖維管束內(nèi)側(cè)流過，水由于濃差的作用從水側(cè)擴散到氣體進而完成對氣體的加濕。該加濕具有結(jié)構(gòu)緊湊，無額外耗能等優(yōu)點，可以廣泛適用于各種用于移動電源的場合，但是價格昂貴，顯然不利降低燃料電池的成本。鼓泡加濕，將反應(yīng)的氣體通入盛有一定溫度的水中，利用氣泡表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)達到加濕氣體的目的。該加濕器結(jié)構(gòu)簡單，材料便宜。但因其加濕效率低，因此需要比較大的水箱，體積龐大，一般不能適用于移動場合，僅作為實驗室用。專利CN102332591A所申請的一種用于燃料電池的反應(yīng)氣體加濕器也是基于鼓泡加濕的原理，但是其需要額外的加熱套來加熱水溫，耗能大，而且沒有起泡器，會導(dǎo)致氣泡大，加濕效率低，不適用于移動場合，僅適用于小功率的燃料電池實驗室測試。

另外燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生熱量，需要對燃料電池進行冷卻，穩(wěn)定運行工況下燃料電池循環(huán)冷卻水的溫度一般為60-65℃左右，并且循環(huán)冷卻水通過散熱器散熱。而氣體加濕需要消耗熱量，因此可以將循環(huán)水從電堆內(nèi)部攜帶出來的熱量用于加濕氣體。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種提高了鼓泡加濕的效率，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本較低，可以適用于移動電源場合的高效燃料電池加濕器。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，包括盛水罐，該盛水罐頂部有排氣管和進水管，底部有進氣管和排水管；所述的盛水罐內(nèi)部安裝有曝氣氣囊；所述的盛水罐液面有浮子和與其連接的杠桿；所述盛水罐的排水管端口有手動流量調(diào)節(jié)閥并與浮子相連接。

所述的曝氣氣囊底部和盛水罐底面緊密結(jié)合，所述進氣管通過盛水罐底部直接連通曝氣氣囊。

所述的曝氣氣囊為具有細小微孔的三元乙丙橡膠材質(zhì)(或者其它類似的具有細微小孔的材質(zhì))的曝氣氣囊，其結(jié)構(gòu)為凹凸的同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)(或者其他類似的結(jié)構(gòu))。

所述的曝氣氣囊呈多個凹凸的同心環(huán)狀，每兩個環(huán)狀氣囊之間的凹部具有均布的若干個排水支管(如4個)，各個排水支管匯流于排水總管，由一個排水總管口排水，所述的若干個排水支管和排水總管組成所述排水管。

所述的排水總管的排水口處具有手動流量調(diào)節(jié)閥。

所述的盛水罐液面高度大于曝氣氣囊的高度，液面上有浮子。

所述的浮子與以嵌入盛水罐壁內(nèi)部的密封球狀物作為支點的杠桿一端連接，杠桿的另一端通過球鉸與桿件連接，桿件的另一端通過球鉸與手動流量調(diào)節(jié)閥的手柄連接，通過浮子運動來推動流量調(diào)節(jié)閥手柄轉(zhuǎn)動，改變流通孔徑大小。

所述的盛水罐為具有保溫材質(zhì)填充的密封罐。

利用鼓泡加濕的原理，較其他鼓泡加濕器相比，綜合利用電堆循環(huán)冷卻水，不需要額外的加熱絲來加熱水溫，無額外耗能。采用新型鼓泡材質(zhì)提高了鼓泡加濕的效率，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本較低。可以適用于移動電源場合，例如車載燃料電池發(fā)動機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：