[實用新型]一種帶壓力自平衡功能的燃料電池膜增濕器裝置

有效

• 申請號: 201922493025.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN210956853U
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 大連宇科創新科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/0438
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;劉麗媛

本實用新型公開了一種帶壓力自平衡功能的燃料電池膜增濕器裝置，包括膜增濕器、增濕水罐和連通管，所述增濕水罐為密封結構，所述增濕水罐的靠近底部的一側為循環水，所述增濕水罐的靠近頂部的一側為氣腔，所述膜增濕器中設有氣體流道和循環水流道，所述氣體流道通過所述連通管與所述增濕水罐中的氣腔相通，所述循環水流道的進口通過循環水管與所述增濕水罐內的循環水相通，所述循環水流道的出口通過循環水管與所述增濕水罐的內部相通，所述循環水管上設有用于給循環水提供動力的循環泵。本實用新型為膜增濕器提供了壓力自平衡功能，拓展了膜增濕的適用壓力范圍和應用領域，延長了膜增濕器的使用壽命。

技術領域

本實用新型涉及一種燃料電池增濕裝置，具體涉及一種帶壓力自平衡功能的燃料電池膜增濕器裝置。

背景技術

燃料電池工作過程中，氫氣經催化劑作用在陽極形成的氫離子，通過質子交換膜滲透到陰極，而質子只有與水結合后才能透過膜到達陰極。因此透過膜的質子數量越多，同質子一起從陽極滲透到陰極的水也越多，陽極側的水會不斷減少，而陰極側得到從陽極側滲透過來的水加上自身反應生成水，會導致陰極側的水越來越多。最終導致質子交換膜的陽極側脫水，膜電導率降低、催化劑活性下降，電池的歐姆壓降也會增大，如果質子交換膜脫水嚴重會造成膜的破裂，致使氫氣和氧氣直接混合。為了避免膜失水，需要通過增濕對陽極側補充水，空氣中的氧氣含量較少，如果陰極反應氣為空氣，為提高氧氣濃度，需提高流速，陰極氣體未加濕會使得陽極到陰極的水遷移量更多，因此在燃料電池工作過程中，陰極、陽極都要進行適量增濕。過量增濕會淹沒電極，破壞電化學反應，致使燃料電池不能正常工作，因此，增濕系統的控制在燃料電池工作中顯現尤為重要，將直接影響燃料電池的工作效率。

目前常用于質子交換膜燃料電池的增濕方法為外增濕法和內增濕法，外增濕法主要有三種：鼓泡增濕、噴淋增濕、膜增濕；內增濕法主要有兩種：滲透膜法、多空碳板法。

其中，膜增濕法具有結構簡單、增濕快速、高效的優點，適合集成到燃料電池成套系統中，是燃料電池配套增濕系統的主要方式，但膜增濕法也具有耐壓能力低，易破裂的明顯缺點。尤其是為保證燃料電池高效運行，除需要增濕外，還需進行氣體背壓以提高燃料電池內部氣體濃度，背壓系統會使膜增濕器的氣相壓力升高，若膜增濕器內部氣-液兩相壓差超過膜增濕器承受能力，會使膜增濕器內的膜破裂。因此，設計一種帶壓力自平衡功能的燃料電池膜增濕器裝置顯得尤為重要。

專利CN201220730440.9提供了一種燃料電池發動機進氣增濕可調裝置，其原理是利用增濕器和循環水對氣體進行增濕，在其設計中沒有對膜增濕器的氣-液兩相壓差進行有效控制和相應保護措施，若出現氣-液兩相壓差超出膜增濕器承受范圍的情況，很容易導致增濕膜破裂。

實用新型內容

本實用新型針對以上問題的提出，而研究設計一種帶壓力自平衡功能的燃料電池膜增濕器裝置，來解決使用膜增濕器對燃料電池進行增濕時，由于氣-液兩相壓差過大而導致增濕膜易破裂的問題。本實用新型采用的技術手段如下：

一種帶壓力自平衡功能的燃料電池膜增濕器裝置，包括膜增濕器、增濕水罐和連通管，所述增濕水罐為密封結構，所述增濕水罐的靠近底部的一側為循環水，所述增濕水罐的靠近頂部的一側為氣腔，所述膜增濕器中設有氣體流道和循環水流道，所述氣體流道通過所述連通管與所述增濕水罐中的氣腔相通，所述循環水流道的進口通過循環水管與所述增濕水罐內的循環水相通，所述循環水流道的出口通過循環水管與所述增濕水罐的內部相通，所述循環水管上設有用于給循環水提供動力的循環泵。

優選地，所述增濕水罐上設有進液管，所述進液管上設有進液控制閥。

優選地，所述增濕水罐上設有液位管，所述液位管的一端與所述增濕水罐的靠近頂部的一側相通，另一端與所述增濕水罐的靠近底部的一側相通，所述液位管的靠近增濕水罐頂部的一端上設有第一液位計，所述液位管的靠近增濕水罐底部的一端上設有第二液位計。