[發明專利]一種質子交換膜燃料電池自增濕系統

有效

• 申請號: 202210478732.6
• 申請日: 2022-05-05
• 公開（公告）號: CN114792827B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 徐洪峰;李玉平;張旭;張萍俊;呂建剛;申德
• 申請（專利權）人: 上海安池科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119
• 代理公司: 大連優路智權專利代理事務所(普通合伙) 21249
• 代理人: 尤理

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，具體公開了一種質子交換膜燃料電池自增濕系統，包括燃料電池、第一分水器、超聲波霧化器、空壓機和中冷器，第一分水器設在燃料電池的陰極出口處，第一分水器的出水口與超聲波霧化器的入口連接，超聲波霧化器的出口與空壓機的出口連接，超聲波霧化器形成的霧化水能夠在空壓機的出口處被高溫空氣氣化成水蒸汽；空壓機的出口與中冷器的入口連接，中冷器的出口與燃料電池的陰極入口連接。本發明利用汽化燃料電池陰極出口排出的液態水，通過超聲波霧化器、空壓氣、中冷器等把收集到的液態水汽化并引入空氣系統，實現燃料電池對其反應空氣的自增濕。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，尤其涉及一種質子交換膜燃料電池自增濕系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池以空氣為氧化劑，氫氣為燃料，通過電化學反應向外輸出直流電，排出的廢氣為水。電化學反應的核心部件是由電解質膜和陽極與陰極組成的膜電極，其中，電解質膜的電導率大小強烈依賴膜中的含水量，即要保持電解質具有一定的含水量，電解質膜才能保持良好質子傳導。因此，需要反應氣氫氣和空氣中含有適當的水汽，這樣就需要對氫氣和空氣反應氣進行增濕，目前氫氣的增濕主要是依靠氫氣循環泵把燃料電池堆氫氣出口的部分含水汽的氫氣泵入進口，與進口反應氣混合增濕氫氣。而空氣的增濕通常采用兩種方式，一是利用膜增濕器或焓輪增濕器對空氣進行增濕；另一方案是利用超薄的電解質膜，只通過循環氫氣增濕電解質膜，空氣不增濕，以達到降低發電系統體積的目的。但是研究發現，空氣的適當增濕，無論是采用薄的還是較厚的電解質膜，對燃料電池電池性能的提高和保持膜電極壽命都是有利的。

發明內容

本發明的目的是提供一種質子交換膜燃料電池自增濕系統，以通過汽化燃料電池陰極出口排出的液態水，實現燃料電池對其反應空氣的自增濕。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種質子交換膜燃料電池自增濕系統，包括燃料電池、第一分水器、超聲波霧化器、空壓機和中冷器；所述第一分水器設在所述燃料電池的陰極出口處，所述第一分水器用于收集燃料電池電化學反應生成的液態水；所述第一分水器的出水口與所述超聲波霧化器的入口連接，所述超聲波霧化器用于將所述第一分水器收集的液態水形成霧化水；所述超聲波霧化器的出口與所述空壓機的出口連接，所述超聲波霧化器形成的霧化水能夠在所述空壓機的出口處被高溫空氣氣化成水蒸汽；所述空壓機的出口與所述中冷器的入口連接，所述中冷器用于把所述空壓機排出的帶有水蒸汽的空氣溫度降低到適合燃料電池工作的溫度；所述中冷器的出口與所述燃料電池的陰極入口連接。

優選地，所述第一分水器的出水口通過水泵與所述超聲波霧化器的入口連接，所述水泵用于將所述第一分水器收集的液態水引入所述超聲波霧化器中。

或者，所述第一分水器的出水口通過射流器與所述超聲波霧化器的入口連接，所述射流器用于將所述第一分水器收集的液態水引入所述超聲波霧化器中。

優選地，所述中冷器的出口處設有第二分水器，所述第二分水器用于收集所述中冷器中流出的液態水。

優選地，所述第一分水器與所述水泵之間設有流量閥，所述流量閥用于控制進入所述水泵的水量。

優選地，所述第一分水器與所述射流器之間設有流量閥，所述流量閥用于控制進入所述射流器的水量。

優選地，所述流量閥通過調節水量使空氣中的水蒸汽在中冷器中的相對濕度控制為40％-60％。

本發明的質子交換膜燃料電池自增濕系統利用收集部分燃料電池陰極出口排出的液態水，通過超聲波霧化器、空壓氣、中冷器等把收集到的液態水汽化并引入空氣系統，實現燃料電池發電系統的自增濕。本發明不需要外部引入水，通過一個巧妙的流程和少量部件實現了空氣自增濕，比傳統增濕方式簡單，引入超聲波霧化，可以使水氣進入空氣主流道中迅速汽化，不會產生液態水，通過控制進水量，可以使空氣中的水蒸汽通過中冷器進入電池前不發生冷凝，從而不產生液態水。

附圖說明