[发明专利]一种用于燃料电池的多孔介质增湿器

说明书

本发明属于燃料电池水管理领域，具体涉及一种用于燃料电池的多孔介质增湿器。本发明所述的增湿器包括端板、多孔介质板、隔板、筒状容器、循环泵与密封紧固件等。采用类燃料电池结构，多孔介质板与隔板依次排开，并与两端的端板通过密封紧固件组装于筒状容器中。与现有技术相比，本发明的增湿装置可以同时给燃料电池的燃料气与氧化剂增湿，提高了气体增湿的效率，既可以单独使用作为燃料电池的气体增湿器，也可以与燃料电池电堆集成，提高燃料电池电堆系统的集成度。

技术领域：

本发明属于燃料电池水管理领域，具体涉及一种用于燃料电池的多孔介质增湿器。

技术背景：

能源问题与环境的日益严峻迫使人们不断地寻求新能源装置，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将化学能直接转化为电能的能量转化装置，具有能量转化效率高、能量密度高、环境友好、兼容可再生能源等优势，受到了学术界与工业界的多方关注，成为了全球的热点课题。

PEMFC中的核心部件为膜电极(MEA)，MEA由电解质膜、催化层与扩散层组成，其中电解质膜的作用是传导质子、隔绝燃料与氧化剂，目前通常使用杜邦公司的Nafion膜作为质子交换膜，由于Nafion膜在传导质子时是以水合质子的形式传导，因此通常要给反应气体进行增湿处理，使膜达到较高的质子传导率与使用寿命。PEMFC中常见的增湿方法有内增湿与外增湿。内增湿技术又称为假电池增湿法，是燃料电池发展早期的一种增湿方法，采用一段没有催化剂的燃料电池结构，一侧通入热水，另一侧通入增湿气体，这种方法通常只能给一侧气体进行增湿，且增湿效率低、增加了系统的体积、重量与复杂度。目前，外增湿技术的应用最广，主要包括鼓泡增湿法、喷淋增湿法、渗透膜增湿法以及焓轮增湿法等。鼓泡增湿法的原理是在增湿罐中放入一定的水量，将气体自下而上进入增湿罐，采用鼓泡的方式给气体增湿，可以通过调节增湿罐的水位、温度与气体流速来控制气体的增湿度，如中国专利CN104716357。该方法设备简单、工艺成熟、成本低廉，在小流量时能够得到很高的湿度，但是大流量时会出现出口处液态水聚集的问题，因此该方法主要适用于实验室研究。喷淋增湿法是将液态水直接注入到反应气体中进行增湿，可以起到很好的补水与冷却作用，起到水热管理的双重作用，但是这种增湿方法可能会造成扩散层内的水淹问题。渗透膜增湿器是目前常用的大功率增湿器之一，如中国专利CN102832402，它在膜的一侧通入燃料电池进气，另一侧通入燃料电池尾气或者液态水，然后在浓度差的作用下对进气进行有效的增湿。此类增湿器具有工艺成熟、易于操作的优势，但是通常采用商用的Nafion膜最为渗透膜材料，因此承压能力与机械强度较差，长时间的使用中会出现破损串气的现象。此外，增湿效率较低，因此大功率电堆所需的膜增湿器体积较大。焓轮增湿法的原理是采用多孔陶瓷转轮，将燃料电池湿热的尾气中的水与热量转移到燃料电池进气之中，如中国专利CN203056020。此类增湿器的技术成熟、简化系统、可以同时进行水热管理，但是多孔陶瓷的密度较大，操作时尾气会混入反应气中，并且需要焓轮需要外界的动力才会转动。此外，中国专利CN101510619采用多孔板作为车用燃料电池的增湿器，采用尾排气体给进气增湿，该方法可以解决Nafion膜强度不够的问题，但是该方法只能同时给一种气体增湿，且也可能出现尾气与进气的混合。

发明内容

针对以上PEMFC用增湿器的常见问题，本发明开发了一种燃料电池用的多孔介质增湿器，可以同时将燃料气与氧化剂进行高效的增湿，达到良好的增湿效果，并且采用强度较好的材料作为主体，提升了增湿器的密封性能与机械性能，此外，可以与燃料电池电堆进行很好的集成。

为了实现以上目的，本发明采用如下的技术方案：

所述的一种用于燃料电池的多孔介质增湿器，它包括上下二端开口的筒状容器，于容器的二开口端分别设有端板，端板与开口端密闭连接；

于容器内横向设有一块多孔介质板；多孔介质板的四周边缘与容器内壁面间相固接，于多孔介质板上表面或端板下表面设有作为第一进气通道的流场，于多孔介质板下表面或端板上表面设有作为第二进气通道的流场；