[實用新型]加濕裝置與燃料電池系統

有效

• 申請號: 201720727805.5
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN206961949U
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 劉志偉;孫萬虎;宋彥斌;練勇
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04029
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 韓建偉,謝湘寧

技術領域

本申請涉及燃料電池領域，具體而言，涉及一種加濕裝置與燃料電池系統。

背景技術

燃料電池是一種將貯存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。由于不受卡諾循環的限制，其直接發電效率可高達45％以上，具有環境友好、能量轉化效率高、壽命長等特點，在航空航天、潛艇、電動車、電站、移動設備、居民家庭等領域存在廣泛的應用前景。

以質子交換膜燃料電池(PEMFC)為例，電池核心發電模塊——電堆由若干個單電池串聯組成，單電池由膜電極裝置、陽極板和陰極板(或雙極板)配合形成三明治結構。其中膜電極裝置的主要組件為質子交換膜，陽極板和陰極板上刻有流道，為反應氣體提供運輸通道。燃料氫氣沿陽極板流道分配在膜電極的陽極側，在陽極催化劑的作用下解離成電子和質子，電子經外電路到達陰極，質子直接穿過膜電極裝置到達陰極，與陰極反應氣體氧氣反應生成水。此過程的產物為電能、熱和水。以電堆為核心，燃料電池系統集成了電源管理與熱管理等模塊，具有氣、電、熱和水統籌管理的特征。

燃料電池測試平臺是燃料電池系統開發的關鍵設備，為燃料電池性能測試、壽命評估和理論基礎研究提供實驗支撐。燃料電池測試平臺具備完善的系統功能，可模擬各種工況，實現反應物輸送實時調節，并可以對水、熱與電產物進行控制以達到平衡，具有強大的功率等級變換適應能力，是一種集多種功能于一體的燃料電池系統。

燃料電池系統工作時，對電堆對反應氣體的相對濕度具有較高要求。一般來說，電池堆的性能隨著反應氣體相對濕度的增大而提高。如果反應氣體濕度達不到濕度要求，電池堆的性能會降低，同時會縮短運行壽命；如果反應氣體濕度超過100％，則極容易夾雜液態水進入電池堆，容易影響電池堆的運行穩定性。

用于燃料電池測試平臺中的加濕裝置主要包括鼓泡加濕裝置和膜滲透加濕裝置。由于膜滲透加濕裝置在溫度控制好、響應速度快以及不易夾帶液態水等優勢，被廣泛用于燃料電池測試平臺中，常見的膜滲透加濕裝置如圖1所示。

如圖1所示，該裝置中，加濕器2'獨立于去離子水箱1'，去離子水箱1'具有快速制熱功能。根據氣體相對濕度的需要，去離子水箱1'內的去離子水被加熱到某一溫度；同時去離子水箱1'內的去離子水在泵3'的作用下被泵入到加濕器中，并從加濕器2'的另一端流出最后回到去離子水箱1'中。在此過程中，干氣體按照與加濕器內去離子水流向相反的方向流入，并最終以具有一定濕度的濕氣體流出加濕器，完成加濕的過程。加濕氣體在后續管路中，通過加熱并保溫的管路進入燃料電池堆。

在該加濕模塊中，主要存在以下幾個問題：

第一，氣體濕度控制不準確，尤其在需要加濕的氣體流量大以及加濕溫度高的情況下，加濕效果與預期氣體加濕的相對濕度之間的差異更加明顯。加濕器獨立于加熱狀態下的去離子水箱，加濕器的溫度和環境溫度相當，而泵入加濕器的去離子水是經去離子水箱中加熱的。因此，加濕器的溫度和進入加濕器的去離子水溫度存在差異，不利于準確控制加濕后的氣體溫度，影響加濕氣體的相對濕度；

第二，加濕氣體通過加濕器后，在后續管路中容易形成冷凝水，流入到燃料電池堆中，影響電堆運行的穩定性；

第三，該加濕方式中，加濕后的氣體相對濕度接近100％，氣體加濕濕度的調節范圍小；

第四、該加濕方式中，由于去離子水路只具備制熱功能，而不具備散熱功能，不利于快速調節氣體加濕溫度。

因此，亟需一種能夠準確控制加濕后的氣體的溫度與濕度的加濕裝置。

實用新型內容

本申請的主要目的在于提供一種加濕裝置與燃料電池系統，以解決現有技術中無法準確控制加濕后的氣體的溫度以及濕度的問題。

為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種加濕裝置，該加濕裝置包括：水箱，包括加熱結構，上述加熱結構用于對上述水箱中的水進行加熱；膜滲透加濕器，設置在上述水箱中，用于對氣體進行加濕；第一動力設備，一端與上述水箱連通，另一端與上述膜滲透加濕器連通，用于將上述水箱中的水輸送至上述膜滲透加濕器中。

進一步地，上述加濕裝置還包括：濕氣輸送管路，一端與上述膜滲透加濕器的氣體出口連通，另一端與電堆連通。

進一步地，上述加濕裝置還包括：保溫設備，環繞上述濕氣輸送管路的管壁設置。

進一步地，上述加濕裝置還包括：加熱設備，環繞上述保溫設備設置。

進一步地，上述加濕裝置還包括：第一溫濕度傳感器，設置在上述保溫設備與上述加熱設備之間。