[发明专利]一种用于燃料电池电源的增湿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池电源的增湿装置，特别涉及一种用于水冷却质子交换膜燃料电池电源中对氧化剂(空气或氧气)增湿的增湿装置。

背景技术

通常，质子交换膜燃料电池工作时，燃料通过阳极气体扩散层，在阳极催化层表面发生电化学反应，失去电子形成质子H⁺，质子H⁺可通过质子交换膜，到达膜电极的阴极一侧；与此同时，氧化剂气体通过阴极扩散层，在阴极催化层表面与透过质子膜的质子H⁺发生反应，生成水。

在采用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应的方程式为：

阳极反应：H₂→2H⁺+2e

阴极反应：O₂+4H⁺+4e→2H₂O

目前，质子交换膜燃料电池中所用的质子交换膜，在电池运行过程中需要有水分子存在，因为只有水化的质子才可以自由地穿过质子交换膜，从膜电极阳极到达电极阴极参加电化学反应，如果燃料电池缺水，将导致质子无法穿过质子交换膜，电极内阻急剧增加，电池性能急剧下降，为了使质子交换膜保持使质子从膜电极阳极到达电极阴极的传输能力，需要对质子交换膜增湿，增湿不足，质子交换膜传输能力差，影响电池性能；但是，过分增湿，会淹没电极，同样也会导致电池性能的下降；因此，对质子交换膜增湿是质子交换膜燃料电池的关键技术。

现有的燃料电池电源由燃料电池堆和附属系统组成，其氧化剂供给系统通常需要进行增湿。目前应用于质子交换膜燃料电池电源的增湿大多采用膜增湿，水通过膜渗透对氧化剂进行增湿，是非直接接触的。膜增湿器有与燃料电池做在一起的，也有单独的膜管，另外还有用焓轮来进行增湿，但是，这些设备不但结构复杂，而且效率增湿不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于燃料电池电源的增湿装置，合理利用燃料电池发电过程中产生的热量，降低冷却介质的消耗量以及对周边环境的热耗散。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于燃料电池电源的增湿装置，其特征在于，它包括一增湿容器，所述燃料电池的循环冷却水的出水管连接在所述增湿容器的顶部，所述增湿容器的底部连接所述燃料电池的循环冷却水的进水管；所述燃料电池的氧化剂的出气管连接在所述增湿容器的底部，所述燃料电池的氧化剂的入气管连接在所述增湿容器的顶部；所述循环冷却水在所述增湿容器中自上而下流动形成回路，所述氧化剂在所述增湿容器中向上流动形成回路。

所述连接到所述增湿容器顶部的燃料电池的循环冷却水的出水管的端部设置有喷淋，通过所述喷淋将所述出水管输出循环冷却水均匀喷在所述增湿容器内。

所述增湿容器中设置有使所述燃料电池的循环冷却水与氧化剂直接接触，确保所述增湿容器的传质传热能力的高效填料，所述高效填料在氧化剂增湿的同时还充分利用了循环冷却水从所述燃料电池带出的热量。

所述高效填料为比表面积为700～2000M²/M³的不锈钢丝网结构，使增湿器内气液相分布均匀，有很大的气液交换面积，极大地提高了气液交换地效率。

所述增湿装置还包括一个气水分离器，所述燃料电池的氧化剂出气管通过所述气水分离器连接到所述增湿容器的底部进行气水分离，将分离的燃料电池的生成水对所述增湿装置进行补水。

所述增湿装置通过连接在所述增湿容器中的气泵和连接在所述燃料电池的循环冷却水的进水管上的水泵对所述增湿容器的中循环冷却水和氧化剂的压力状态进行调节。

所述增湿容器中的燃料电池的循环冷却水和氧化剂处于相同的压力状态下。

所述增湿装置不仅适用于常压燃料电池系统，也适用于中高压燃料电池系统。

本发明为一种用于燃料电池电源的增湿装置，通过所述燃料电池的循环冷却水从所述燃料电池带出的热量在所述增湿容器中对氧化剂进行增湿，循环冷却水与进入燃料电池的氧化剂直接接触，合理利用燃料电池发电过程中产生的热量，降低冷却介质的消耗量以及对周边环境的热耗散，实现本发明的目的。

附图说明

图1是本发明的增湿装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1