[發明專利]一種氣體加濕設備

在審

• 申請號: 201710351816.2
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN106935886A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 袁昆;徐博;吳偉;袁靜婕
• 申請（專利權）人: 上海泛町智能科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 吳林松,張潔

技術領域

本發明屬于加濕技術領域，涉及一種加濕設備，尤其是氣體加濕設備。

背景技術

燃料電池是一種電化學反應裝置，直接將化學能轉換為電能。根據電解質的不同，燃料電池具有多種類型。其中，質子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應速度快，性能穩定；而且反應生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質子交換膜燃料電池可以廣泛地應用于移動電源領域。質子交換膜燃料電池利用氫氣和氧氣反應產生電能。當分別向燃料電池陽極和陰極供給氫氣與氧氣時，反應氣體經擴散層擴散，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，氫離子經由質子交換膜轉移到陰極，電子在電極內傳遞至負極集流板經外電路負載流向陰極，在陰極催化層上氫離子和氧離子結合成水分子。而電子通過外電路產生電能。作為電解質的質子交換膜必須濕潤，才能更好地傳導質子。研究表明，質子交換膜的導電性與其含水量成正比。因此，為了提高轉換效率，必須加濕質子交換膜。

目前燃料電池所用的加濕方法主要是加濕反應的氣體，利用濕潤的氣體所攜帶的水汽來加濕質子交換膜，如焓輪加濕、中空纖維管束加濕和鼓泡加濕等。焓輪加濕利用陶瓷轉輪吸收尾氣中的水汽和熱量來對新鮮的進氣加濕，但因為具有旋轉部件，容易躥氣并且增加了耗能。中空纖維管束加濕利用親水材質制備無孔中空纖維束，水從中空纖維束的外側流過，加濕氣體從纖維管束內側流過，水由于濃差的作用從水側擴散到氣體進而完成對氣體的加濕。所涉及的加濕器具有結構緊湊，無額外耗能等優點，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。鼓泡加濕將反應的氣體通入盛有一定溫度的水中，利用氣泡表面傳熱傳質達到加濕氣體的目的。鼓泡加濕的加濕器結構簡單，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，且加濕效果較差。

公開號為CN 102332591的中國專利申請公開了一種用于燃料電池的反應氣體加濕器，該加濕器基于鼓泡加濕的原理，但是沒有設置鼓泡器，因此氣泡大，加濕效率低，從而一般僅適用于小功率的燃料電池實驗室測試，而對大功率(10kW以上)的燃料電池而言則不能滿足要求。公開號為CN 203774400的中國專利申請提出了一種針對移動應用場合的高效燃料電池加濕器，該加濕器采用了一種具有微孔結構的膜片結構來對氣體進行鼓泡處理，提高了加濕效率，但是仍存在一些技術缺陷，如鼓泡后氣泡尺寸較大，鼓泡器剛度不足、耐老化性能差、加濕性能不穩定等的缺點。公開號為CN101577338的中國專利申請公開了一種燃料電池加濕器，提出了采用霧化和換熱器結合的方法，提高了加濕效率，但額外的換熱器結構增加了結構的復雜性，且對于大流量的氣流來說，換熱效果不太好，導致加濕不穩定(氣體中存在冷凝水或不能充分加濕)。

對于大功率(10kW以上)的燃料電池的加濕器，氣體流量大，而采用以上燃料電池加濕器在大流量氣體加濕時存在諸多技術問題，如何解決這些技術問題具有極強的研究意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氣體加濕設備，以克服現有技術存在的技術缺陷，在簡化結構，降低成本的基礎上提高加濕效率，優化加濕性能，進而更適應如大功率燃料電池等含大流量氣體的加濕需求。

為了達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種氣體加濕設備，包括儲液裝置和從下到上依次設置的鼓泡部分、噴霧部分以及升溫除水部分，以對氣體進行分層加濕；所述鼓泡部分包括鼓泡裝置和加濕液，所述加濕液盛于所述儲液裝置中，以由所述鼓泡裝置將氣體送入所述加濕液中；所述噴霧部分包括噴霧裝置，以對從所述加濕液中散出的氣體進行噴霧加濕；所述升溫除水部分包括升溫除水裝置，以對經過所述噴霧加濕的氣體進行升溫和除水。

所述鼓泡裝置包括鼓泡器基座和至少一個曝氣器；所述鼓泡器基座與所述儲液裝置的底部連接；所述鼓泡器基座包括內部空腔；所述曝氣器安裝在所述鼓泡器基座上，入口與所述鼓泡器基座的內部空腔連通，出口與所述鼓泡部分的加濕液連通；優選地，所述鼓泡器基座與所述儲液裝置的底部之間通過螺栓連接；優選地，所述曝氣器包括由金屬粉末高溫燒結而成的具有微孔的結構；進一步優選地，所述微孔的孔徑均勻且孔形穩定；優選地，所述微孔的孔徑為1～50微米。

所述鼓泡器基座上開有進氣孔，所述進氣孔通過進氣管連接至氣源；優選地，所述進氣管在與所述進氣孔連接的相反端安裝有單向閥，以防止加濕液逆流進入所述進氣管；優選地，所述進氣管經過所述加濕液，以由所述加濕液對所述進氣管中的氣體進行預熱。