[發明專利]一種質子交換膜燃料電池超聲加濕加熱裝置

有效

• 申請號: 201711317898.5
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108023100B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 陳濤;楊立;劉士華;唐夢南;紀合超
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04119;H01M8/04701;H01M8/04828
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明公開了一種質子交換膜燃料電池超聲加濕加熱裝置，包括加濕加熱部分、燃料供給部分和超聲驅動部分，加濕加熱部分包括殼體和溫濕度控制系統，殼體內設頂部開口的空腔，空腔內置多孔吸液透氣芯，多孔吸液透氣芯上端的空腔內鋪設多孔金屬纖維板，多孔金屬纖維板上設有壓電陶瓷片；隔板將空腔分隔為加熱腔和吸液腔，吸液腔與燃料供給部分相連；加熱腔內安裝有光纖光柵溫濕度傳感器，光纖光柵溫濕度傳感器與溫濕度控制系統相連，溫濕度控制系統、壓電陶瓷片均分別與超聲驅動部分相連。本發明的有益效果為：利用多孔吸液透氣芯較強的吸附力和彈性，將燃料吸附并轉移至多孔金屬纖維板的下面；利用壓電陶瓷片將加熱加濕后的氫氣燃料射出，提高了燃料電池的能量密度。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池超聲加濕加熱裝置。

背景技術

能源緊缺與環境破壞迫使各國政府制定并深耕長期的能源戰略，尤其是近年來新能源汽車的爆發式增長，更迫使全球學者、企業的個人與群體集中力量開發經濟、高效的新能源解決方案，重點研究可再生能源與可持續利用能源，在此技術背景下，燃料電池(FuelCells)技術迅速崛起，并獲得了巨大的發展。

燃料電池通常是在催化劑的作用下直接將化學能轉化成電能，理論上只要能夠及時地為燃料電池補充燃料，那么其能量輸出可以認為是無限的，因此燃料電池被視為現階段化石燃料最理想的替代產品之一。質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種低溫燃料電池，由于其電解質是由質子(H+)導電聚合物構成而得其名，在原理上相當于水電解的“逆”裝置。PEMFC的半電池反應和總反應可表示如下：

陽極反應為：H₂→2H+2e^-

陰極反應為：

總反應:

質子交換膜燃料電池性能優越，結構簡單、燃料易得且便于儲存、比能量密度高、燃料補充迅速，此外，還具備以下特點：工作溫度低，在室溫下可快速啟動；可以氫氣、天然氣/甲醇重整氣等為燃料，以空氣為氧化劑；運行安靜，污染排放低；功率密度高，機動性好，在催化劑的作用下與氧氣快速反應放電。因此，質子交換膜燃料電池具有代替鋰離子電池等可充電電源的巨大潛力。

然而，如何進一步提高燃料電池的效率是當今研究的熱點，燃料電池需要在一定的溫度和濕度下工作，通過控制和調節燃料的溫度以及濕度使燃料電池的性能達到最佳，從而提高燃料電池的運行效率，加濕以及加熱氫氣到指定溫度和濕度，提高燃料電池的啟動速度、保證定量供給燃料到電池陽極。針對現有質子交換膜燃料電池，電池性能弱，最大能量密度低的問題，現有燃料電池供料系統加熱和加濕是分開進行，系統龐大繁雜，效率較低，成本較高。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種響應速度快的質子交換膜燃料電池超聲加濕加熱裝置。

本發明采用的技術方案為：一種質子交換膜燃料電池超聲加濕加熱裝置，主要包括加濕加熱部分、燃料供給部分和超聲驅動部分，所述加濕加熱部分包括殼體和溫濕度控制系統，殼體內設頂部開口的空腔，空腔內置多孔吸液透氣芯，多孔吸液透氣芯上端的空腔內鋪設多孔金屬纖維板，多孔金屬纖維板封閉空腔的上部開口；所述多孔金屬纖維板上設有壓電陶瓷片，壓電陶瓷片與超聲驅動部分相連；在空腔的上部設置有隔板，隔板將空腔分隔為加熱腔和吸液腔；所述吸液腔內注滿液態水，吸液腔與燃料供給部分相連；在加熱腔內設有加熱組件，加熱組件與超聲驅動部分相連；加熱腔內安裝有光纖光柵溫濕度傳感器，光纖光柵溫濕度傳感器與溫濕度控制系統相連；溫濕度控制系統與超聲驅動部分相連；溫濕度控制系統將光纖光柵溫濕度傳感器測得的溫濕度信號傳輸至超聲驅動部分，超聲驅動部分根據溫濕度信號驅動加熱組件和壓電陶瓷片工作。

按上述方案，所述加熱組件包括金屬加熱絲，金屬加熱絲與超聲驅動部分相連；金屬加熱絲內置于封閉的加熱槽內，加熱槽外壁固定有散熱片。

按上述方案，所述加熱槽的外側涂有絕熱材料。