[發(fā)明專利]一種氣體加濕設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710351816.2
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN106935886A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁昆;徐博;吳偉;袁靜婕
• 申請（專利權(quán)）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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于加濕技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加濕設(shè)備，尤其是氣體加濕設(shè)備。

背景技術(shù)

燃料電池是一種電化學反應(yīng)裝置，直接將化學能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池具有多種類型。其中，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。而電子通過外電路產(chǎn)生電能。作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜必須濕潤，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，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(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。中空纖維管束加濕利用親水材質(zhì)制備無孔中空纖維束，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。所涉及的加濕器具有結(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。鼓泡加濕的加濕器結(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，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(yīng)氣體加濕器，該加濕器基于鼓泡加濕的原理，但是沒有設(shè)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?zhí)岢隽艘环N針對移動應(yīng)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(jié)構(gòu)的膜片結(jié)構(gòu)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(shù)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(wěn)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(jié)合的方法，提高了加濕效率，但額外的換熱器結(jié)構(gòu)增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，且對于大流量的氣流來說，換熱效果不太好，導(dǎo)致加濕不穩(wěn)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(shù)問題，如何解決這些技術(shù)問題具有極強的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氣體加濕設(shè)備，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，在簡化結(jié)構(gòu)，降低成本的基礎(chǔ)上提高加濕效率，優(yōu)化加濕性能，進而更適應(yīng)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(fā)明的解決方案是：

一種氣體加濕設(shè)備，包括儲液裝置和從下到上依次設(shè)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(jīng)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(nèi)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(nèi)部空腔連通，出口與所述鼓泡部分的加濕液連通；優(yōu)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(yōu)選地，所述曝氣器包括由金屬粉末高溫燒結(jié)而成的具有微孔的結(jié)構(gòu)；進一步優(yōu)選地，所述微孔的孔徑均勻且孔形穩(wěn)定；優(yōu)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(yōu)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(yōu)選地，所述進氣管經(jīng)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(yù)熱。