[發明專利]一種燃料電池系統的氣體加濕裝置

有效

• 申請號: 202011348440.8
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112490474B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 羅小鵬;陳峰;錢鑫;崔春然;唐德平
• 申請（專利權）人: 合肥科威爾電源系統股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04828;H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/04701;H05B3/20
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 杜丹丹

本發明公開了一種燃料電池系統的氣體加濕裝置以及加濕方法，包括加濕箱、氣體均布裝置、超聲加濕裝置、混流裝置、加熱裝置和水汽分離裝置，所述加濕箱為內部中空的箱體，所述加濕箱內部由底部至頂部依次設置所述氣體均布裝置、超聲加濕裝置、混流裝置、加熱裝置和水汽分離裝置，所述加濕箱上分別設置有第一進氣口、第二進氣口、第三進氣口、進水口以及出氣口。本發明的優點在于，該加濕裝置不僅結構和工藝簡單，成本低，并且還可以適用于不同的應用現場，可靈活切換工作模式，控制出氣口的出氣量大小來適應不同功率燃料電池的加濕需求，以及通過加熱裝置來控制加濕后氣體的溫度，通過水汽分離裝置防止加濕氣體中含有水分損壞燃料電池。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體為一種燃料電池系統的氣體加濕裝置以及加濕方法。

背景技術

燃料電池是一種零排放污染、高轉換效率、低噪聲的能量轉換裝置。它的主要組成部件包括：膜電極、雙極板、集流板、端板，其中膜電極為其核心部件。質子交換膜在濕潤狀態下才能發揮其最大的離子傳導作用，同時提高電堆整體性能和壽命。所以在測試系統中必須加入氣體加濕裝置，增濕的方式主要有：鼓泡、噴淋、膜滲透等。第一，鼓泡增濕的原理是將氣體分散到鼓泡水箱之中，通過加熱鼓泡水箱中的水的溫度使水蒸發，來加濕氣體流經鼓泡水箱的氣體，例如中國實用新型專利公告號為CN202792334U公開了一種氣體加濕系統，包括加濕裝置，加濕裝置包括第一容器、第二容器、噴淋頭和循環泵，第一容器設置為筒狀，循環泵從第一容器的底端將第一容器內的加濕液泵入第二容器中，并通過第二容器加熱后將加濕液回流至第一容器內的噴淋頭中噴出；空氣從第一容器的下端進入第一容器中，出氣口設置于第一容器的上端；空氣進入加濕裝置后先通過鼓泡的方式通過第一容器內的加濕液，再通過噴淋的方式進行進一步加濕，使氣體得到充分的濕潤。但這種方式受鼓泡箱高度的限制，只適用于小功率測試設備使用。第二，淋增濕的原理是降水通過噴頭噴出，和氣體短時間的混合增濕氣體，但這種方式極易將液態的水帶進測試系統及被測電堆，造成相對濕度傳感元件甚至燃料電池的損壞。第三，膜滲透增濕原理是通過水的濃度差，使水滲透到膜的另一邊和氣體混合來實現增濕氣體，但該種滲透膜價格昂貴，且工藝復雜、成本高，濕度可調范圍較窄。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于如何提供一種結構簡單、能夠適應大功率燃料電池的加濕以及防止燃料電池損壞的加濕裝置以及加濕方法。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種燃料電池系統的氣體加濕裝置，包括加濕箱、氣體均布裝置、超聲加濕裝置、混流裝置、加熱裝置和水汽分離裝置，所述加濕箱為內部中空的箱體，所述加濕箱內部由底部至頂部依次設置所述氣體均布裝置、超聲加濕裝置、混流裝置、加熱裝置和水汽分離裝置，所述加濕箱上分別設置有第一進氣口、第二進氣口、第三進氣口、進水口以及出氣口，所述第一進氣口和第二進氣口分別與所述氣體均布裝置和混流裝置連接，所述第三進氣口與混流裝置遠離第二進氣口的一端連接，所述進水口設置在加濕箱底部，所述出氣口設置在加濕箱頂部。

該加濕裝置不僅結構和工藝簡單，成本低，并且還可以適用于不同的應用現場，可靈活切換工作模式，通過調整所述第二進氣口與第三進氣口的流量大小來控制出氣口的出氣量大小來適應不同功率燃料電池的加濕需求，又或者是調整第一進氣口的流量與超聲加濕裝置的電壓來控制出氣口的出氣量大小來適應不同功率燃料電池的加濕需求，以及通過加熱裝置來控制加濕后氣體的溫度，通過水汽分離裝置防止出氣口排出的加濕氣體中含有水分損壞燃料電池。

優選地，所述混流裝置包括多組混流結構，所述混流結構疊加設置，所述混流結構包括混流層、傳質層和緩沖層，所述混流層、傳質層和緩沖層依次由下至上設置，所述混流層兩端分別與所述第二進氣口和第三進氣口連接；通過混流層和傳質層的配合設置，保證待加濕氣體與蒸汽的充分混合來實現第一級傳熱、傳質以及為混合后的氣體提供有效接觸的“溫床”，完成第二級傳熱、傳質。