[发明专利]燃料电池增湿系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池增湿系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种产生氢离子的燃料与氧气或空气等含氧化性气体发生电化学反应而产生电能的装置。在质子交换膜燃料电池工作时，电池中的质子都是要通过质子交换膜传导。具体的说是以一种水合质子的方式进行质子传递，从而形成电流。因此，为了保证质子交换膜燃料电池能持续不断的工作，必须要使燃料电池中的质子交换膜保持湿润。在燃料电池运行过程中，尤其是燃料电池堆的运行过程，会产生大量的热量，很容易将阴极区域产生的产物水汽化，而反应气体的快速流动，会迅速带走这些水分，使得燃料电池中的膜失去水分，导致燃料电池的内阻迅速增加，从而电池的性能急剧下降。因此，在反应气体参与反应前，需要对反应气体进行增湿。

目前，对燃料电池的反应气体进行增湿的方法主要有内增湿和外增湿两类。

内增湿就是将增湿系统和燃料电池制作成一个整体，无需外加增湿装置，增湿可以被看作是在电池的内部进行。这种增湿的方法可以减少燃料电池系统所占的重量和体积，但是，这种增湿的方式难以对反应气体进入反应区域的湿度进行控制，如果增湿过分容易导致电极被水淹没，电池的性能也下降。

外增湿就是另外配置一个增湿系统，在反应气体进入燃料电池前进行增湿。目前，采用外增湿的方法也有很多，比如超声波雾化增湿，中空纤维增湿法等。上海神力科技有限公司专利(公开号：CN2751449)公开了一种高效的燃料电池增湿装置，即向为燃料电池输送空气的空气压缩装置中喷入一定量的去离子水，喷入的水量与该装置向燃料电池输送的空气量成一定的比例，并经过一高效增湿器，使进入燃料电池的压缩空气达到增湿的目的。但这类增湿方法对于输出功率变化很大的燃料电池仍存在一定的缺陷，如不能及时调节气体的湿度，加湿时消耗能量太大。

发明内容

本发明的目的是针对现有燃料电池增湿系统难以对进入燃料电池的反应气体的湿度进行及时调节的缺点，提供一种可以对反应气体的湿度进行实时控制的燃料电池增湿系统。

本发明提供的燃料电池增湿系统包括增湿装置、水气分离器和去离子器，所述水气分离器与去离子器连接；其中，所述增湿装置包括气体容器、雾化喷嘴、水量调节阀和湿度测量装置；气体容器具有与气体容器内部连通的气体进气口和气体出气口，气体进气口用于向气体容器引入待增湿的气体，气体出气口用于将增湿后的气体引入燃料电池的膜电极；雾化喷嘴包括雾化部件和水雾出口，雾化部件用于将水雾化，水雾出口位于所述气体容器的内部，用于将经过雾化后的水雾喷入气体容器中；水量调节阀用于调节雾化喷嘴的进水量；水气分离器用于将燃料电池反应生成的气体和水分离，去离子器用于将水气分离器分离出的水去离子化；湿度测量装置位于气体容器的气体出气口处，用于检测流经气体出气口的气体的湿度，当湿度测量装置检测到的气体湿度不在预定范围内时，通过水量调节阀调节雾化喷嘴的进水量，直至湿度测量装置检测到的气体湿度达到预定范围内。

本发明提供的燃料电池增湿系统所包含的增湿装置引入了湿度测量装置，用于检测进入燃料电池的反应气体的湿度，根据检测到的湿度调节雾化喷嘴的进水量，从而可以对气体的湿度进行实时控制，克服了现有技术中燃料电池增湿装置不能及时调节进入燃料电池反应气体湿度的缺点。

附图说明

图1为本发明提供的燃料电池增湿系统的结构图。

图2为本发明提供的燃料增湿系统中燃料电池增湿装置的雾化喷嘴的结构图。

图3为本发明提供的燃料增湿系统的一种优选的具体实施方式的结构图。

图4为本发明提供的燃料增湿系统的一种优选的具体实施方式的结构图。

图5a、图5b和图5c为本发明提供的燃料电池增湿系统的一种优选的具体实施方式的结构图。

图6为本发明提供的燃料电池增湿系统的第一种具体实施方式和第三种具体实施方式的结构图。

图6a、图6b、图6c及图6d为本发明提供的燃料电池增湿系统的湿度控制单元以及湿度信号传递的结构框图。

图7为本发明提供的燃料电池增湿系统的第二种具体实施方式和第四种具体实施方式的结构图。

图8为本发明提供的燃料电池增湿系统的第五种具体实施方式和第七种具体实施方式的结构图；

图9为本发明提供的燃料电池增湿系统的第六种具体实施方式和第八种具体实施方式的结构图；

图10a、图10b、图10c及图10d为本发明提供的燃料电池增湿系统的液位控制单元以及液位信号传递的结构框图。