CN102332591A - 一种用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器 - Google Patents

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梁灵威
苏凌峰
万珍平
续志峰
刘彬
黄志诚
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Abstract

本发明公开了一种用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，包括以下组件：加湿罐、加热套、热电偶、多孔金属材料、进气管、出气管、纯净水、温控仪、气体流量控制器等部分组成。本发明可准确控制燃料电池反应气体湿度，具有加湿量可调，加湿效果理想，没有液态水滴，加湿迅速，装置简单可行，成本较低等特点。适用于质子交换膜燃料电池测试实验系统。

Description

一种用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器
技术领域
本发明涉及加湿器，特别是一种用于用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器。
背景技术
燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。燃料电池与一般发电装置的不同之处是直接通过电化学反应将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量转化效率高，对环境无污染，具有广阔的发展前景。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型、高效、清洁的燃料电池。它的发电效率可达到60％左右。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)主要组成部分有膜电极组件(MEA)、双极板和气体扩散层。影响PEMFC性能的因素很多，其中反应气湿度是影响质子交换膜燃料电池性能的关键因素之一。因为膜电极是质子传送的关键，PEMFC运行时膜电极的电导率一定范围内随其湿度增加而增加，从而提高反应效率。因此为提高电池的性能，反应气体加湿装置必不可少。
目前主要的加湿器有以下：(1)尾气冷凝回收自加湿；(2)超声波加湿法；(3)鼓泡法；(4)喷射法；(5)膜加湿。以上各种方法均有其不足之处。尾气冷凝回收自加湿效果较差，较难控制。超声波加湿法水温不能过高，否则会使加湿器寿命下降。鼓泡法加湿能控制加湿器的水温调节，但加湿器出口有液态水存在。喷射法需要高压气泵，对水质要求很高，有噪音干扰颗粒较粗，有滴水现象，汽化效率才30％左右。膜加湿缺点明显，需要的膜比较多，成本较高，难以操作。
发明内容
为了克服现有的燃料电池加湿器加湿差、难以控制、寿命较低、工作环境要求高、容易生成液态水的不足、容易倒灌、成本较高等特点，本发明提供一种用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器。其加湿效果理想、运行操作简单方便、能适应各种环境、能有效地过滤液态水、成本较低。
其具体技术方案如下：
一种用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于包括密封的加湿罐、所述加湿罐的顶部设置有进气管、出气管；所述加湿罐的内底部为盛水区，盛水层上方为水汽过滤层；所述进气管直接与盛水区相通，所述出气管直接与水汽过滤层相通；所述加湿罐下部的外壁设置有电加热器。
进气管的端部开有通气孔，进气管通过通气孔伸入盛水区。
所述水汽过滤层为多孔金属体，其孔径为0.1mm～1mm，孔隙率70％～95％。
所述多孔金属体为多孔铜纤维烧结毡层、不锈钢纤维烧结毡层或者泡沫金属层中的任意一种。
进气管的入口处设置有气体流量控制器。
所述盛水区还设置有热电偶，热电偶与温度控制器连接。
所述进气管的端部距离加湿罐1的内底1cm～2cm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明抗干扰性强，密封较好，可在高温高压条件下工作。
(2)本发明的加湿装置中，反应气体流量可调，通过调节气体流量控制器，有效精确调整进气流量。
(3)本发明加湿的气体经过水汽过滤层的过滤，液态的水滴得以过滤，水汽过滤层也延长了气体加湿的路径，加湿更迅速，加湿效果理想。
(4)本发明的通过间接测量并控制气体加湿温度来调节气体加湿湿度，节省成本。
(5)本发明技术手段简便易行，具备积极、有益地技术效果。
附图说明
图1是本发明内部结构示意图。
图2是本发明新型俯视结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、图2所示，本发明用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，包括密封的加湿罐1、所述加湿罐1的顶部设置有进气管6、出气管8；所述加湿罐1的内底部为盛水区9，盛水层9上方为水汽过滤层5；所述进气管6直接与盛水区9相通，所述出气管8直接与水汽过滤层5相通；所述加湿罐1下部的外壁设置有电加热器3。
电加热器3采用环状加热套，加热套紧密贴合于加湿罐1外壁，隔热材料包覆在加热套外表面。
所述水汽过滤层5为多孔金属体，其孔径为0.1mm～1mm，孔隙率70％～95％。
多孔金属体为多孔铜纤维烧结毡层、不锈钢纤维烧结毡层或者泡沫金属层中的任意一种。
进气管6的入口处设置有气体流量控制器11。
盛水区5还设置有热电偶4，以检测水温。热电偶4与温度控制器10连接。温度控制器10接220V交流电源，加热器3与温度控制器10。
进气管6的端部开有通气孔2，通气孔2伸入盛水区9的水中，其端部距离加湿罐1内底1cm～2cm，使气体充分得到加湿。
进气管6通过快速接头7与加湿罐1螺纹连接，之间缠以生料带，使加湿罐密封。
盛水区9内装入的水，最好采用纯净水，其液面高约为加湿罐1高度的一半。经加湿的气体，经过水汽过滤层5的过滤，去除液态的水滴。水汽过滤层5可采用铜纤维烧结毡层，其具有微孔特征，加湿的气体通过铜纤维烧结毡层可去除其液滴，并可延长其加湿气体路径，给气体充分加湿又不至于带出液态水滴。
所述的加湿罐1可由316不锈钢制成，不容易生锈。加湿罐1可由罐盖和罐体组成，罐盖和罐体采用螺纹连接，再缠以生料带，其机械性能好，满足密封性能要求，防腐蚀。
外部气体经进气口6进入气体流量控制器11，通过通气孔2进入盛水区9与水接触，加湿后的气体上升穿过水汽过滤层5，最后从出气管8流出。通过调节气体流量控制器11，可以控制进入加湿罐1内的气体量。
下面结合图1、图2具体说明本专利运行过程：
首先，在加湿罐1中加纯净水大致占罐体一半高位置，工作时先通过温度控制器10设定加湿温度，通过热电偶4检测反馈加热水温，温度控制器10进行PID控制，再输出给加热器3进行温度调节。通过调节加热温度从而调节气体相对加湿湿度。
经过一定时间，加热到足够的温度，由进气口6通入气体，调整流量控制器11。
干燥的气体进入加湿罐1，遇到热水，吸收其水分，增加湿度，在离开水面时通过水汽过滤层5，液态的水滴被过滤下来，最终气体从出气管8流出送达电池。
如上所述便可较好地实现本专利。

Claims (7)

1.一种用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于包括密封的加湿罐、所述加湿罐的顶部设置有进气管、出气管；所述加湿罐的内底部为盛水区，盛水层上方为水汽过滤层；所述进气管直接与盛水区相通，所述出气管直接与水汽过滤层相通；所述加湿罐下部的外壁设置有电加热器。
2.根据权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于进气管的端部开有通气孔，进气管通过通气孔伸入盛水区。
3.根据权利要求2所述的用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于所述水汽过滤层为多孔金属体，其孔径为0.1mm～1mm，孔隙率70％～95％。
4.根据权利要求3所述的用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于所述多孔金属体为多孔铜纤维烧结毡层、不锈钢纤维烧结毡层或者泡沫金属层中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于进气管的入口处设置有气体流量控制器。
6.根据权利要求5所述的用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于所述盛水区还设置有热电偶，热电偶与温度控制器连接。
7.根据权利要求6所述的用于质子交换膜燃料电池的反应气加湿器，其特征在于所述进气管的端部距离加湿罐1的内底1cm～2cm。
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