[实用新型]一种燃料电池加湿器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池加湿器。

背景技术

燃料电池是藉由电池内发生燃料燃烧反应而将化学能转换为电能的装置，负极除作为燃料与电解质的共同界面，还催化燃料的氧化反应；而正极则为氧气与电解质的共同界面，还催化氧的还原反应。燃料电池因电解质不同分为磷酸型(PAFC，phosphate fuel cell)、熔融碳酸盐型(MCFC，melt carbonate fuel cell)、固态氧化物型(SOFC，solidoxide fuel cell)和质子交换膜型(PEMFC，proton exchange membrane fuel cell)。其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)可在低温环境下工作，由于其使用固态电解质，因此能应用在需要可移动性能源的产业上，例如汽车产业与电子3C产业，是目前所有燃料电池种类中最受关注的一种。质子交换膜燃料电池的核心元件包括膜电极组(Membrane FlectrodeAssembly，MEA)、气体扩散层与导电双极板。而膜电极组是由触媒电极与质子传导膜组装而成。

质子交换膜是PEMFC关键部件，在PEMFC运行时，质子交换膜在传导质子时必须有水的存在。其电导率与膜的含水量呈线性关系。为了确保燃料电池的性能，反应气体必须预增湿。目前主要的加湿器的设计有以下几种：

(1)尾气循环反应气增湿；(2)中空纤维增湿器；(3)鼓泡法；(4)喷射法；(5)膜加湿；(6)自增湿。其中能耗最小的加湿方式是膜增湿和尾气循环增湿，膜加湿缺点是膜的渗透量很小，加湿需要很大膜面积和片数。加湿量不容易任意调节，并且当反应电流小时，容易造成加湿过量，液态水容易堵塞流场，引起单片反极。鼓泡法的加湿能够控制加湿器的水温进行调节，但能耗较大，并且加湿器出口有液态水存在。所以对于大功率PEMFC电堆需要一个加湿量可调，能耗较小的加湿器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池加湿器，具有加湿量可调，无需储水罐，加湿速度快，能够快速达到设定的加湿温度和加湿量，并且能耗较低等特点。

其具体技术方案如下：一种燃料电池加湿器，包括气液交换区、位于其下部的换热区以及位于其上部的喷头控制区，其中所述的气液交换区的上部设有气体进口，所述的换热区与气体流出部分的下部相连通，所述的气体流出部分的上部设有气体出口。

所述的气液交换区设有多孔筛板，其孔径为0.1-1mm，可以采用不锈钢材料制成，其可以使多余的液态水流向装置下部，防止多余的水在气液交换区积聚。

所述的喷头控制区设有组合喷头，其流量可以通过切换不同孔径的喷头和调整水压进行手动控制，也可以通过电磁阀进行控制。

所述的换热区设有一块或多块多孔换热板，所述的多孔换热板可以是翅片管结构，包括若干平行设置的翅片和冷凝管，所述冷凝管可以设于所述翅片的下部，也可以是在平行设置的翅片上沿其横向至少在一排上设有多个通孔，将所述冷凝管沿垂直方向插入翅片通孔中；所述的翅片与冷凝管之间可以通过焊接或其它方式连接，所述的冷凝管内通有燃料电池冷凝水。

所述的多孔换热板也可以是热管换热器构成，其包括吸热端和放热端，由热管和平行设置的翅片构成；所述吸热端为热管结构，其上设有冷凝水进口和冷凝水出口，所述放热端为翅片管结构；所述热管可以设于所述翅片的下部，也可以是在平行设置的翅片上沿其横向至少在一排上设有多个通孔，将所述热管沿垂直方向插入翅片通孔中；所述的翅片与热管之间可以通过焊接或其它方式连接；所述的热管为密闭结构，其内设有换热介质，可以是丙酮、甲醇或氟利昂中的一种或者几种的其混合物。

所述的翅片、冷凝管以及热管可以是铜、铝、不锈钢等材料制成，为了防止翅片长期在高湿空气中的腐蚀，其表面可以烧结PTFE或喷涂铝镁涂层。

所述的热管换热器在工作时，首先使燃料电池电堆排出的冷凝水通过冷凝水进口进入所述吸热端，通过热管的换热后，冷凝水从冷凝水出口排出，热管内的工作介质被加热后，流到放热端，从而使得液态水逐渐气化。

所述的换热区的下方设有液态水存储区，其与所述的气体流出部分相连通，所述的液态水存储区设有液位计，用于检测液态水存储区内是否有未完全气化的水。

所述的气体流出部分设有电加热装置，其可以是电加热棒、电加热管或电加热板，当装置在低电流条件下工作时，换热区的热量较小，此时，所述的电加热装置可以对其进行补充。

所述的气体流出部分设有气体出口，所述的气体出口处设有过滤器，用于除去过量的液态水。