[實用新型]一種質子交換膜燃料電池空氣加濕裝置

有效

• 申請號: 201820340166.1
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN207977405U
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 周嵬;陳莉;王潔
• 申請（專利權）人: 南京攀峰賽奧能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本實用新型涉及一種質子交換膜燃料電池空氣加濕裝置，屬于質子交換膜燃料電池技術領域。包括：質子交換膜電堆，是由多塊質子交換膜片層疊而成，質子交換膜電堆的上下兩端分別設有上固定板和下固定板；在下固定板上連接有空氣進口和氫氣進口，分別用于向質子交換膜電堆中供入空氣和氫氣；還包括加濕裝置，加濕裝置包括罐體，在罐體的上方設有濕空氣出口與空氣進口連接；罐體內存儲有水；罐體上還連接有第一空氣進口和第二空氣進口，第一空氣進口的高度在水面之上，第二空氣進口的高度在水面之下，第一空氣進口和第二空氣進口都是用于向加濕裝置供入空氣；在罐體的底部還設有加熱裝置；第一空氣進口上還連接有空氣輸送泵。

技術領域

本實用新型涉及一種質子交換膜燃料電池空氣加濕裝置，屬于質子交換膜燃料電池技術領域。

背景技術

隨著傳統能源儲量的不斷減少及其利用方式所造成的環境污染的不斷增加，人類必須盡快尋找開發能替代傳統能源的新能源。而被稱為第四代發電技術的燃料電池發電，由于其發電效率高、無污染而倍受人們的重視。燃料電池(FC)是一種對氫能進行利用的能量轉換裝置，它可以連續地將燃料(氫氣)和氧化劑(氧氣或空氣)的化學能通過電化學反應直接轉換成電能，同時消耗反應物，排出產物，釋放熱量。

FC按所用電解質的不同，可分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、固體氧化物燃料電池( SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和質子交換膜燃料電池( PEMFC)五類。其中PEMFC除了具有FC所共有的能量轉換效率高、環境友好、噪聲低、可靠性好和燃料多樣性等特點外，還由于其工作溫度低，啟動快，最佳工作溫度為80℃左右，甚至在室溫也能正常工作，適宜于較頻繁啟動的場合，可用空氣做氧化劑，因此被認為是取代目前汽車動力的最具可選性、最有競爭力的動力源之一。同時，以多片PEMFC組PEMFC中的水包括氣態和液態兩種，來源于由電化學反應生成的水（在陰極）和由加濕的反應氣體帶人的水。水在PEMFC內的遷移主要表現為如下兩種形式：一是電滲作用，即在電滲力的作用下被水化的質子攜帶，由陽極向陰極運動。而且越過膜的質子數愈多（電流密度愈大），每個質子攜帶的水分子也愈多（電滲系數愈大），則隨同質子從陽極遷移至陰極的水也愈多；另一種形式是擴散作用，即水在濃度梯度下的擴散，擴散速度正比于濃度梯度。電滲作用和擴散作用分別使水向相反的方向運動，如果兩者的速率相等，膜中的水仍處于平衡狀態。而在實際運行中，隨著放電電流的增加，反向擴散水量愈來愈低于正向電滲遷移的水量，形成所謂的水凈遷移，即總結果是水從膜的陽極側遷移至陰極側，導致膜的陽極側脫水，為了建立新的水平衡，必須設法補充水，而且要求其補充量是可調的。同時，PEM的導電性隨其含水量的增加而增加。若進入電池的反應氣不加濕，則由于在陰極生成的水向陽極擴散的不足，會造成陽極側(特別是人口處)PEM失水變干，在大氣量通過時，陰極人口處的PEM也會被吹干，造成電池的內阻大幅度上升，PEMFC性能下降，甚至難以工作。因此在排放陰極生成水的同時，必須對進入電堆的反應氣體加濕。當采用空氣為氧化劑時，對空氣的加濕顯得尤為重要。這主要有以下兩種原因：①空氣中的氧分壓較低；②為了獲得同樣的氧需要較大的空氣流速，這種高速的干燥氣體，使陰極氣室保持很低的水分壓，增大了水的凈遷移，從而使膜在陽極側失水更為嚴重。由于外增濕具有增濕穩定、可控性強、增濕量大等優點，增濕系統大多采用外增濕。

然而，外加濕方式存在的一個問題是外加濕的空氣濕度不能根據質子交換膜表面的實際空氣濕度的變化而進行調整，往往無法通過反饋方式對加濕進行實時調節，導致了外加濕的空氣溫度并不能使PEMFC工作在穩定狀態下，影響到了運行性能。

發明內容

本實用新型的目的是：提供一種具有自反饋調節模式的質子交換膜燃料電池的加濕裝置，能夠有效地根據質子交換膜燃料電池的電堆上的濕度對進入的空氣濕度進行實時調節。

技術方案是：