CN109273742B - 一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统，包括依次连接的空气抽吸单元、空气压缩单元、空气湿度控制单元、空气温度稳定单元和空气过滤单元，其中：所述空气抽吸单元用于抽吸空气并将抽吸的空气传输至空气压缩单元；所述空气压缩单元用于将抽吸的空气压缩并传输至空气湿度控制单元；所述空气湿度控制单元用于控制空气的湿度，并将处理后的空气传输至空气温度稳定单元；所述空气温度稳定单元用于控制空气的温度；所述空气过滤单元通过进气管与所述甲醇水重整制氢燃料电池连通，用于将来自温控箱的空气进行过滤后传输至甲醇水重整制氢燃料电池。

Description

一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别是一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统。
背景技术
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。
甲醇水重整制氢燃料电池，在电池堆进行反应的时候，需要空气方可进行反应发电，空气一般是外置压缩设备经过压缩的，而空气在被压缩的时候，其温度会急剧升高，而甲醇水重整制氢燃料电池的工作温度一般不能超过80°，所以必须要将温度高的气体进行降温，同时大量的干燥空气进入后，极容易将质子交换膜上的水分子带走，由于质子水化不足无法穿过质子交换膜，导致电级内阻急剧增加，电极性能急剧下降。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统，包括依次连接的空气抽吸单元、空气压缩单元、空气湿度控制单元、空气温度稳定单元和空气过滤单元，其中：
所述空气抽吸单元用于抽吸空气并将抽吸的空气传输至空气压缩单元；所述空气压缩单元用于将抽吸的空气压缩并传输至空气湿度控制单元；
所述空气湿度控制单元用于控制空气的湿度，并将处理后的空气传输至空气温度稳定单元；
所述空气温度稳定单元用于控制来自湿控箱的空气的温度，其包括：底座、温控箱、降温箱、制冷片、蛇形管以及循环泵；
所述底座固定于支撑面上，所述温控箱安置于底座上，所述循环泵、蛇形管、降温箱、制冷片位于温控箱内，且制冷片与降温箱的外壁连接，用于对降温箱内的制冷剂进行制冷，所述循环泵、降温箱以及蛇形管依次连通形成回路，使得制冷剂不断的进行循环，所述温控箱通过第二管道与空气过滤单元连通；
所述空气过滤单元通过进气管与所述甲醇水重整制氢燃料电池连通，用于将来自温控箱的空气进行过滤后传输至甲醇水重整制氢燃料电池。
进一步地，所述空气抽吸单元包括：抽吸机以及空气收集罩体，所述抽吸机通过管道与空气收集罩体连通。
进一步地，所述空气压缩单元，其包括：进气管道、出气管道、空气压缩机以及安装架体；
所述进气管道和出气管道均与空气压缩机进行连通，所述空气压缩机位于安装架体上，所述进气管道的另一端与抽吸机连通，所述出气管道的另一端与空气湿度控制单元连通。
进一步地，所述空气湿度控制单元包括：水液存放箱、水管、水管接头、电磁阀、雾化箱、超声波发生器、U型管、喷嘴、湿控箱以及湿度检测仪；
所述水管一端连接水液存放箱，另一端通过所述水管接头连接雾化箱，所述电磁阀位于水管上，所述超声波发生器位于雾化箱内，所述U型管一端与雾化箱进行连通，另一端与喷嘴连通，所述喷嘴插装于湿控箱端面，且伸入其内；所述湿控箱通过第一管道与空气温度稳定单元连通，所述湿度检测仪位于所述第一管道上。
进一步地，所述空气过滤单元包括：第一空气过滤腔、第二空气过滤腔、过滤边框、过滤膜以及一组固定螺栓；
所述第一空气过滤腔与第二空气过滤腔外部均呈圆柱型，且内部具有空腔结构，并且圆周面具有用于管道连通的开口，所述第一空气过滤腔与第二空气过滤腔通过一组固定螺栓进行紧固，所述一组固定螺栓的数量为六个；
所述过滤边框嵌装于所述第一空气过滤腔与第二空气过滤腔配合形成的空腔的中心处，所述过滤膜嵌装于过滤边框内。
进一步地，所述系统还包括电控单元，所述电控单元包括：单片机以及电控箱；
所述单片机位于电控箱内，所述循环泵、湿度检测仪、超声波发生器、电磁阀以及抽吸机均与单片机电性连接。
进一步地，所述温控箱外壁设有检修口，该检修口用于对温控箱内部结构进行检修。
本发明提供的甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统，通过空气过滤单元、空气温度稳定单元，空气湿度控制单元、空气压缩单元以及空气抽吸单元的共同配合，对进入甲醇水重整制氢燃料电池的空气的温度和湿度进行了有效控制，提升了电池的电极性能。进一步地，对空气湿度控制单元和空气温度稳定单元的具体结构进行了设计，结构简单、节约空间，且控制精准。
附图说明
图1是本发明所述一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统的结构示意图；
图2是本发明所述一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统的俯视结构示意图；
图3是本发明所述一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统的框架结构示意图；
图4是本发明所述第一空气过滤腔的结构示意图；
图5是图1的局部放大的结构示意图；
图6是图1的局部放大的结构示意图；
图7是图1的局部放大的结构示意图；
图中，1、甲醇水重整制氢燃料电池电堆；2、进气管；3、水液存放箱；4、第一空气过滤腔；5、第二空气过滤腔；6、过滤边框；7、过滤膜；8、固定螺栓；9、底座；10、温控箱；11、降温箱；12、制冷片；13、蛇形管；14、制冷剂；15、循环泵；16、水管接头；17、湿控箱；18、湿度检测仪；19、喷嘴；20、雾化箱；21、超声波发生器；22、电磁阀；23、U型管；24、水管；25、进气管道；26、出气管道；27、空气压缩机；28、安装架体；29、抽吸机；30、空气收集罩体；31、电控箱；32、单片机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述。
如图1-图7所示，一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统，包括甲醇水重整制氢燃料电池电堆1、空气抽吸单元、空气压缩单元、空气湿度控制单元、空气温度稳定单元和空气过滤单元。
其中，空气抽吸单元包括：抽吸机29以及空气收集罩体30，抽吸机29通过管道与空气收集罩体30连通；空气抽吸单元用于抽吸空气并将抽吸的空气传输至空气压缩单元。
空气压缩单元，包括：进气管道25、出气管道26、空气压缩机27以及安装架体28。空气压缩单元通过进气管道25与空气抽吸单元连通，进气管道25的另一端与空气压缩机27连通。空气压缩机27设置于安装架体28上，空气压缩机27的另一端与出气管道26连通。出气管道26的另一端与空气湿度控制单元连通。空气抽吸单元吸入的空气通过进气管道25进入空气压缩单元，经过空气压缩机27压缩后通过出气通道26进入空气湿度控制单元。
空气湿度控制单元，用于控制流通的空气的湿度，包括水液存放箱3、水管24、水管接头16、电磁阀22、雾化箱20、超声波发生器21、U型管23、喷嘴19、湿控箱17以及湿度检测仪18；水液存放箱3用于存放水液。水管24的一端与水液存放箱3连接，另一端通过水管接头16连接雾化箱20，水管接头16设置于雾化箱的外壁。水管24上设置有电磁阀22。湿控箱17，其内部为空腔结构，且外部呈矩形结构；雾化箱20设置在湿控箱17的外侧(例如上端面)并与湿控箱贴合，超声波发生器21位于雾化箱20内，用于将水液雾化。U型管23是一种外部结构“U”型的管体，其一端与雾化箱20连通，另一端与喷嘴19连通。喷嘴19插装于湿控箱17端面，且伸入其内，用于将雾化汽喷入湿控箱17增加空气湿度。第一管道上设置有湿度检测仪18，用于检测加湿后的空气湿度，便于人工调节操作。湿控箱17通过第一管道与空气温度稳定单元连通。
空气温度稳定单元，用于控制空气的温度，包括：底座9、温控箱10、降温箱11、制冷片12、蛇形管13、制冷剂14以及循环泵15；底座9固定于支撑面上，且该底座9上设有整体结构的电控单元；可选地，温控箱10和湿控箱17均安置于底座9上，用于对温控箱10和湿控箱17进行支撑。温控箱10的内部为空腔结构，且外部呈矩形结构。温控箱10外壁设有检修口，该检修口用于对温控箱10内部结构进行检修。温控箱10的内部设置有降温箱11，优选地，降温箱11位于接近底座9的箱体壁上；制冷片12，设置在温控箱10内，制冷片12与降温箱11的外壁连接，可选地，完整地贴合在降温箱11的外壁上。降温箱11内设置有制冷剂14，制冷片12能够对降温箱11内的制冷剂14进行制冷。循环泵15安置于温控箱10底部。蛇形管13均匀地分布在温控箱10的内壁上，蛇形管13与降温箱11以及循环泵15依次连通，且形成回路，使得制冷剂14可不断的进行循环，可以使温控箱内部处于常温状态。温控箱10通过第二管道与空气过滤单元连通；
空气过滤单元，用于将来自温控箱10的空气进行过滤，包括：第一空气过滤腔4、第二空气过滤腔5、过滤边框6、过滤膜7以及一组固定螺栓8。第一空气过滤腔4与第二空气过滤腔5外部均呈圆柱型，且内部具有空腔结构，并且圆周面具有用于管道连通的开口。第一空气过滤腔4与第二空气过滤腔5通过一组固定螺栓8进行紧固，一组固定螺栓8的数量为六个。过滤边框6为一种圆环型框架，其嵌装于第一空气过滤腔4与第二空气过滤腔5配合形成的空腔的中心处，过滤膜7嵌装于过滤边框6内，用于过滤进入的空气。
空气过滤单元通过进气管2与甲醇水重整制氢燃料电池电堆1连通，实现整个空气供应系统的连通作用，供给甲醇水重整制氢燃料电池反应所需的空气。
通过采用上述空气温度稳定单元，能够对空气温度进行有效控制，进一步结合本发明提出的空气湿度控制单元，可以提供具有固定温度和湿度的空气，提升电池的电极性能。并且，本发明提出了一种空气湿度控制单元和空气温度稳定单元的具体结构，该结构设计紧凑，节省了设备空间，且能够实时监控效果。
本发明提出的一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统还包括电控单元。电控单元包括：单片机32以及电控箱31；单片机32位于电控箱31内，循环泵15、湿度检测仪18、超声波发生器21、电磁阀22以及抽吸机29均与单片机32电性连接。通过该电控单元能够更精准地控制设备运行。
通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
下列为本案中的电气件采用的种类以及作用：
小型循环泵15：采用日本电装DENSO的型号为DSL2-12-374系列的循环泵，该设备可用于对液体进行循环。
湿度检测仪18：采用发泰的型号为Ft60SP-3X系列的多功能检测仪，用于对空气内的湿度进行检测。
超声波发生器21：采用品牌为晟利的型号为2020系列的超声波发生器，是一种将市电转换为换能器相应的高频交流电以驱动换能器进行工作的设备。
单片机PLC32：采用品牌西门子的，型号为6ES7317-2EK14-0AB0。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
电磁阀22：采用BOPU的2P025-08系列电磁阀。其是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。
制冷片12：采用半导体制冷片，制冷片也叫热电半导体制冷组件，帕尔贴等，是指一种分为两面，一面吸热，一面散热的部件。
实施例：首先抽吸机29(即风机)将空气收集罩体30收集的空气吸入到进气管道25内，然后由安装架体28上的空气压缩机27对空气进行初步压缩，完成压缩的空气温度较高，由出气管道26排出到湿控箱17内，此时，水液存放箱3通过与水管接头16连通的水管24向雾化箱20内进行注水，注入的水经超声波发生器21进行雾化后，通过U型管23以及喷嘴19排入到湿控箱17内，对空气进行补水，完成水分补充后，空气通过第一管道进入到温控箱10内，同时湿度检测仪18对管道内的空气内的湿度进行检测，供工作人员参考；在温控箱10内，由制冷片12对降温箱11内的制冷剂14进行制冷，通过循环泵15使得制冷剂14在降温箱11和蛇形管13内进行循环，从而使得温控箱10内部处于一个常温状态，空气的温度得到降低；完成温度降低的空气会进入到第一空气过滤腔4，再通过滤框6上的过滤膜7进入第二空气过滤腔5，从而完成过滤，最后经由进气管2进入到甲醇水重整制氢燃料电池电堆1。可选地，在温控箱10外壁设有检修口，该检修口用于对温控箱10内部结构进行检修；温控箱10以及湿控箱17底部共同安装底座9；该底座9用于对温控箱10以及湿控箱17进行支撑。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统，其特征在于，包括依次连接的空气抽吸单元、空气压缩单元、空气湿度控制单元、空气温度稳定单元和空气过滤单元，其中：
所述空气抽吸单元用于抽吸空气并将抽吸的空气传输至空气压缩单元；所述空气压缩单元用于将抽吸的空气压缩并传输至空气湿度控制单元；
所述空气湿度控制单元用于控制空气的湿度，并将处理后的空气传输至空气温度稳定单元；
所述空气温度稳定单元用于控制空气的温度，其包括：底座(9)、温控箱(10)、降温箱(11)、制冷片(12)、蛇形管(13)以及循环泵(15)；
所述底座(9)固定于支撑面上，所述温控箱(10)安置于底座(9)上，所述循环泵(15)、蛇形管(13)、降温箱(11)、制冷片(12)位于温控箱(10)内，且制冷片(12)与降温箱(11)的外壁连接，用于对降温箱(11)内的制冷剂(14)进行制冷，所述循环泵(15)、降温箱(11)以及蛇形管(13)依次连通形成回路，使得制冷剂(14)不断的进行循环，所述温控箱(10)通过第二管道与空气过滤单元连通；
所述空气过滤单元通过进气管(2)与所述甲醇水重整制氢燃料电池连通，用于将来自温控箱(10)的空气进行过滤后传输至所述甲醇水重整制氢燃料电池；
所述空气抽吸单元包括：抽吸机(29)以及空气收集罩体(30)，所述抽吸机(29)通过管道与空气收集罩体(30)连通；
所述空气压缩单元包括：进气管道(25)、出气管道(26)、空气压缩机(27)以及安装架体(28)；
所述进气管道(25)和出气管道(26)均与空气压缩机(27)连通，所述空气压缩机(27)位于安装架体(28)上，所述进气管道(25)的另一端与抽吸机(29)连通，所述出气管道(26)的另一端与空气湿度控制单元连通；
所述空气湿度控制单元包括：水液存放箱(3)、水管(24)、水管接头(16)、电磁阀(22)、雾化箱(20)、超声波发生器(21)、U型管(23)、喷嘴(19)、湿控箱(17)以及湿度检测仪(18)；
所述水管(24)一端连接水液存放箱(3)，另一端通过所述水管接头(16)连接雾化箱(20)，所述电磁阀(22)位于水管(24)上，所述超声波发生器(21)位于雾化箱(20)内，所述U型管(23)一端与雾化箱(20)进行连通，另一端与喷嘴(19)连通，所述喷嘴(19)插装于湿控箱(17)端面，且伸入其内；所述湿控箱(17)通过第一管道与空气温度稳定单元连通，所述湿度检测仪(18)位于所述第一管道上；
所述空气过滤单元包括：第一空气过滤腔(4)、第二空气过滤腔(5)、过滤边框(6)、过滤膜(7)以及一组固定螺栓(8)；
所述第一空气过滤腔(4)与第二空气过滤腔(5)外部均呈圆柱型，且内部具有空腔结构，并且圆周面具有用于管道连通的开口，所述第一空气过滤腔(4)与第二空气过滤腔(5)通过一组固定螺栓(8)进行紧固，所述一组固定螺栓(8)的数量为六个；
所述过滤边框(6)嵌装于所述第一空气过滤腔(4)与第二空气过滤腔(5)配合形成的空腔的中心处，所述过滤膜(7)嵌装于过滤边框(6)内；
还包括电控单元，其包括：单片机(32)以及电控箱(31)；
所述单片机(32)位于电控箱(31)内，所述循环泵(15)、湿度检测仪(18)、超声波发生器(21)、电磁阀(22)以及抽吸机(29)均与单片机(32)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统，其特征在于，所述温控箱(10)外壁设有检修口，该检修口用于对温控箱(10)内部结构进行检修。
3.根据权利要求 1所述的一种甲醇水重整制氢燃料电池的空气供应系统，其特征在于，所述温控箱(10)以及湿控箱(17)底部共同安装有底座(9)；该底座(9)用于对温控箱(10)以及湿控箱(17)进行支撑。
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