[實(shí)用新型]一種氫燃料電池進(jìn)氣增濕裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201920920008.8
• 申請(qǐng)日: 2019-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN209860060U
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 勢(shì)加透博(北京)科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04119
• 分類號(hào): H01M8/04119
• 代理公司: 33314 浙江和納律師事務(wù)所
• 代理人: 鄭重

本實(shí)用新型公開了一種氫燃料電池進(jìn)氣增濕裝置，包括燃料電池和增濕裝置，所述增濕裝置包括排氣冷凝裝置和泵水霧化裝置，所述排氣冷凝裝置包括膨脹單元和水氣分離裝置，所述膨脹單元與所述燃料電池管連接，所述水氣分離裝置與所述膨脹單元管連接，所述泵水霧化裝置包括用于收集水氣分離裝置流出的液態(tài)水的蓄水罐、用于提高噴霧器噴射壓力的水泵和進(jìn)氣霧化器，所述蓄水罐與所述水氣分離裝置管連接，所述水泵與所述蓄水罐管連接，所述進(jìn)氣霧化器與所述水泵管連接，所述進(jìn)氣霧化器與燃料電池的進(jìn)氣管相連接，所述進(jìn)氣管的一端與壓縮供氣系統(tǒng)管連接，另一端與燃料電池管連接，所述進(jìn)氣管上設(shè)置有噴霧進(jìn)口。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及氫燃料電池系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氫燃料電池進(jìn)氣增濕裝置。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池運(yùn)行時(shí)，質(zhì)子經(jīng)質(zhì)子交換膜由陽(yáng)極到達(dá)陰極與氧離子結(jié)合為水完成化學(xué)反應(yīng)，釋放電能。質(zhì)子經(jīng)過(guò)交換膜時(shí)必須要有水作為其載體，水的含量過(guò)低將會(huì)產(chǎn)生干膜的現(xiàn)象，進(jìn)而會(huì)影響到質(zhì)子的傳輸，通常需要采用外加的增濕輔助系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入電池組的反應(yīng)氣體進(jìn)行增濕處理來(lái)保持質(zhì)子交換膜的水含量。

目前燃料電池系統(tǒng)中采用的主要增濕方法為外增濕，外增濕即在反應(yīng)氣體進(jìn)入電池之前對(duì)其進(jìn)行加濕，常見的外增濕方法有鼓泡增濕、直接液態(tài)水噴射、平板膜增濕或中空纖維膜增濕、焓輪增濕及多孔介質(zhì)增濕等。鼓泡增濕由于很容易在盛水容器的出口造成液態(tài)水聚集的情況，因此一般僅用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究；液態(tài)水噴射法是將水直接噴射到氣體當(dāng)中，由于燃料電池進(jìn)口的氣體是經(jīng)過(guò)了壓縮的氣體，直接進(jìn)行霧化可以將噴水汽化，同時(shí)氣體也得到了冷卻，該方法的使用需要有成熟的技術(shù)作為載體，是目前在大型燃料電池體系中被廣泛采用的一種方法，但是此方法需要專門配備儲(chǔ)水裝置，導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)體積增大，同時(shí)制造和維護(hù)的成本均會(huì)增大；焓輪增濕法的核心部件為多孔陶瓷轉(zhuǎn)輪，依靠表明覆蓋的吸水材料吸收排氣中的熱量和水分。當(dāng)干燥的空氣進(jìn)入焓輪時(shí)，將焓輪內(nèi)的水分蒸發(fā)帶走實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增濕。此方法技術(shù)發(fā)展成熟，加濕量可以控制，充分利用了排氣中的水分，但是其質(zhì)量大不易密封，同時(shí)需要外界能量驅(qū)動(dòng)；多孔介質(zhì)增濕利用多孔介質(zhì)中微孔的毛細(xì)作用，用供給氣體冷卻燃料電池排氣使排氣中的水分在多孔板的一側(cè)凝結(jié)，并在毛細(xì)力的作用下通過(guò)多孔板另一側(cè)(供給空氣側(cè))，并擴(kuò)散進(jìn)入供給干空氣實(shí)現(xiàn)對(duì)其加濕。利用多孔介質(zhì)板直接將高溫高濕的燃料電池排氣中的水分傳遞給供給空氣進(jìn)行加濕，節(jié)省空間，但增濕效果較難保證。

目前相對(duì)成熟的增濕方法主要存在的問(wèn)題為以下兩點(diǎn)：首先進(jìn)氣噴水或水蒸氣增濕需要單獨(dú)設(shè)置儲(chǔ)水裝置，導(dǎo)致體積、成本增大，在車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)中較難應(yīng)用；其次焓輪增濕或多孔介質(zhì)增濕可利用燃料電池排氣水分，但是增濕效果難保證。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供了一種氫燃料電池進(jìn)氣增濕裝置，利用冷凝燃料電池排氣中的水分并泵送至進(jìn)氣端對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行增濕處理的裝置，蓄水罐儲(chǔ)存燃料電池排氣冷凝水，由噴霧器噴入燃料電池進(jìn)氣管，對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行增濕，解決了已有增濕方法中增濕水源和增濕效果的問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)的體積較小，便于在車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)中使用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：一種氫燃料電池進(jìn)氣增濕裝置，包括燃料電池和增濕裝置，所述增濕裝置包括排氣冷凝裝置和泵水霧化裝置，所述排氣冷凝裝置包括膨脹單元和水氣分離裝置，膨脹單元可以將氣體的溫度和壓力降低，進(jìn)一步將排氣中的水分冷凝為液態(tài)水，水氣分離裝置將管道中的水和氣分開，分離之后的氣通過(guò)出氣管排出，水進(jìn)入到蓄水罐之中，所述膨脹單元與所述燃料電池為管連接，所述水氣分離裝置與所述膨脹單元管連接，所述泵水霧化裝置包括用于收集水氣分離裝置流出的液態(tài)水的蓄水罐、用于提高噴霧器噴射壓力的水泵和進(jìn)氣霧化器，所述蓄水罐與所述水氣分離裝置管連接，所述水泵與所述蓄水罐管連接，所述進(jìn)氣霧化器與所述水泵管連接，所述進(jìn)氣霧化器與燃料電池的進(jìn)氣管相連接，進(jìn)氣霧化器將液態(tài)的水變成霧化的水，所述進(jìn)氣管的一端與壓縮供氣系統(tǒng)管連接，另一端與燃料電池管連接，所述進(jìn)氣管上設(shè)置有噴霧進(jìn)口，進(jìn)氣霧化器通過(guò)噴霧進(jìn)口與進(jìn)氣管相通，將霧化的水混合到空氣中。