CN110165250B - 一种燃料电池用增湿罐 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池用增湿罐，其包括罐体，罐体内顶部设有出气口，罐体底部设有进气口，罐体内设有液位调节组件和水温调节组件，液位调节组件和水温调节组件均与上位机连接，液位调节组件和水温调节组件分别用于调节罐体内的水的液位和温度；罐体内设有若干隔离板，隔离板的底面倾斜设置，隔离板用于加大气泡在罐体内的行程。本发明的燃料电池用增湿罐运用鼓泡法对反应气体进行增湿，增湿气体的行程由原先的直线型改为曲线型，行程增加，增湿效果增强。通过设置液位调节组件和水温调节组件，可以调节罐体内的水的液位和温度，从而实现对增湿罐的增湿效果的调节。

Description

一种燃料电池用增湿罐
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池用增湿罐。
背景技术
燃料电池汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生出电能来带动电动机工作。它具有零污染，零排放的显著特征。同时，相较于纯电动汽车，它又能克服续航里程短，充电时间长的缺点。因此，氢燃料电池汽车是未来汽车发展的趋势之一。
根据电解质种类的不同，燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及直接甲醇燃料电池(DMFC)等。其中，质子交换膜燃料电池运用最广泛。
专利【201310684259.8】指出，质子交换膜燃料电池中的核心部件是膜电极(MEA)，膜电极中的膜的作用是传导质子、阻隔阴阳极气体。由于膜传导质子需要水的参与，一般采用对反应气预增湿方法，保证膜处于良好的水合状态。质子交换膜燃料电池中反应气增湿方法包括喷淋增湿、渗透膜增湿、焓轮增湿、鼓泡增湿等，其中鼓泡增湿法由于其所用设备简单、工艺简便、成本低廉等特点，在实验室燃料电池测试平台中较为常见。
专利【201310684259.8】指出，鼓泡增湿法示意图如图1所示。在燃料电池运行前，首先往增湿器中添加合适的水量，电池运行时反应气自下而上进入增湿器，以鼓泡的方式得到润湿，然后再通入燃料电池发生电化学反应。
通过调节气体流量、水温、增湿灌水位的液面高度以及气泡大小可改变加湿的程度。气体流量与燃料电池堆的功率以及工况有关，为定量值。气泡大小可以通过增加多孔物质，如玻璃珠，用于分散增湿器内的气泡，增大水的蒸发表面积，便于反应气更好的润湿，为定量值。水温以及液面高度为变量。
露点温度是表示气体湿度的一个物理量，是指气体在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度，即刚要形成水汽凝结时的温度。为了降低燃料电池电堆的内阻，通常反应气体的湿度要达到75℃～80℃的露点温度。特别地，针对大功率燃料电池堆以及满负载的工况，反应气体流量很大，增湿罐的增湿效果很差。
在不改变增湿方法的前提下，为满足大功率燃料电池堆及满功率负载情况下对反应气体湿度的要求，较为常用的方法是通过增加增湿灌的长度从而增加反应气体的增湿行程，从而达到提高增湿灌增湿能力。然而，这样会导致增湿罐尺寸很大，从而影响整个燃料电池发动机或者测试设备的尺寸。
现有的增湿罐增湿效果差，已不能满足燃料电池行业不断发展的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种不需增大增湿罐纵向高度尺寸，通过增加气泡的横向运动，从而增加气泡的增湿行程，显著提升增加能力的燃料电池用增湿罐。其采用如下技术方案：
一种燃料电池用增湿罐，包括罐体，所述罐体内顶部设有出气口，所述罐体底部设有进气口，所述罐体内设有液位调节组件和水温调节组件，所述液位调节组件和水温调节组件均与上位机连接，所述液位调节组件和水温调节组件分别用于调节罐体内的水的液位和温度；
所述罐体内设有若干隔离板，所述隔离板的底面倾斜设置，所述隔离板用于加大气泡在罐体内的行程。
作为本发明的进一步改进，所述液位调节组件包括水泵和液位传感器，所述水泵和液位传感器均与上位机连接，所述上位机根据所述液位传感器获取罐体内的液位，并控制水泵向罐体内加水。
作为本发明的进一步改进，所述水温调节组件包括温度传感器和加热棒，所述温度传感器和加热棒均与上位机连接，所述上位机根据所述温度传感器获取罐体内的水的温度，并控制加热棒对罐体内的水进行加热。
作为本发明的进一步改进，所述隔离板包括下方V型板和上方倒V型板，所述下方V型板上设有若干第一通气孔，所述上方倒V型板上设有若干第二通气孔，气泡由所述进气口进入所述罐体并在所述下方V型板的底面运动，接着从所述第一通气孔上升至所述上方倒V型板的底面，并在所述上方倒V型板的底面运动至从所述第二通气孔跑出。
作为本发明的进一步改进，所述下方V型板和上方倒V型板的底面与水平面的角度为θ，θ≥5°。
作为本发明的进一步改进，所述第一通气孔和第二通气孔的直径为D，D≥8mm。
作为本发明的进一步改进，D＝10mm。
作为本发明的进一步改进，所述进气口设有电磁阀，所述电磁阀与上位机连接。
作为本发明的进一步改进，所述隔离板为304不锈钢材质。
本发明的有益效果：
本发明的燃料电池用增湿罐运用鼓泡法对反应气体进行增湿，增湿气体的行程由原先的直线型改为曲线型，行程增加，增湿效果增强。
通过设置液位调节组件和水温调节组件，可以调节罐体内的水的液位和温度，从而实现对增湿罐的增湿效果的调节。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是鼓泡增湿法的示意图；
图2是本发明实施例中燃料电池用增湿罐的结构示意图。
标记说明：1、罐体；2、隔离板；21、下方V型板；22、上方倒V型板；23、第一通气孔；24、第二通气孔；3、上位机；4、水泵；5、加热棒；6、温度传感器；7、液位传感器；8、电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图2所示，为本发明实施例中的燃料电池用增湿罐，该燃料电池用增湿罐包括罐体1，罐体1内顶部设有出气口，进气口设有电磁阀8，电磁阀8与上位机连接。罐体1底部设有进气口，罐体1内设有液位调节组件和水温调节组件，液位调节组件和水温调节组件均与上位机3连接，液位调节组件和水温调节组件分别用于调节罐体1内的水的液位和温度。
液位调节组件包括水泵4和液位传感器7，水泵4和液位传感器7均与上位机3连接，上位机3根据液位传感器7获取罐体1内的液位，并控制水泵4向罐体1内加水。
水温调节组件包括温度传感器6和加热棒5，温度传感器6和加热棒5均与上位机3连接，上位机3根据温度传感器6获取罐体1内的水的温度，并控制加热棒5对罐体1内的水进行加热。
罐体1内设有若干隔离板2，在本实施例中，隔离板2的数量为二，隔离板2的底面倾斜设置，隔离板2用于加大气泡在罐体1内的行程。在本实施例中，隔离板2包括下方V型板21和上方倒V型板22，下方V型板21上设有若干第一通气孔23，上方倒V型板22上设有若干第二通气孔24，气泡由进气口进入罐体1并在下方V型板21的底面运动，接着从第一通气孔23上升至上方倒V型板22的底面，并在上方倒V型板22的底面运动至从第二通气孔24跑出。优选的，隔离板为304不锈钢材质。
在本实施例中，下方V型板和上方倒V型板的底面与水平面的角度为θ，优选的，θ≥5°。
当气体流量过大时，气泡容易在第一通气孔23和第二通气孔24处聚集，变成大气泡，影响增湿效果。因此，第一通气孔23和第二通气孔24的直径不能太小。在本实施例中，第一通气孔23和第二通气孔24的直径为D，D≥8mm。优选的，D＝10mm。
工作时，上位机3根据设定的湿度以及气体流量，通过查询标定数据库确定罐体1内的液位以及水温。上位机3发送信号给水泵4与加热棒5，水泵4与加热棒5工作。温度传感器6及液位传感器7反馈水温以及液位信号给上位机3，上位机3通过PID算法保证罐体1内液位以及水温达到设定值。
当液位及水温达到设定值时，上位机3发送开关信号给电磁阀8，电磁阀8打开，进气端开始向罐体1内进气，对反应气体进行增湿，反应气体的行程如图2中气泡行程所示，通过隔离板2气体得到充分的加湿。
本发明的燃料电池用增湿罐运用鼓泡法对反应气体进行增湿，增湿气体的行程由原先的直线型改为曲线型，行程增加，增湿效果增强。
通过设置液位调节组件和水温调节组件，可以调节罐体内的水的液位和温度，从而实现对增湿罐的增湿效果的调节。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种燃料电池用增湿罐，其特征在于，包括罐体，所述罐体内顶部设有出气口，所述罐体底部设有进气口，所述罐体内设有液位调节组件和水温调节组件，所述液位调节组件和水温调节组件均与上位机连接，所述液位调节组件和水温调节组件分别用于调节罐体内的水的液位和温度；
所述罐体内设有若干隔离板，所述隔离板的底面倾斜设置，所述隔离板用于加大气泡在罐体内的行程；
所述隔离板包括下方V型板和上方倒V型板，所述下方V型板上设有若干第一通气孔，所述上方倒V型板上设有若干第二通气孔，气泡由所述进气口进入所述罐体并在所述下方V型板的底面运动，接着从所述第一通气孔上升至所述上方倒V型板的底面，并在所述上方倒V型板的底面运动至从所述第二通气孔跑出。
2.如权利要求1所述的燃料电池用增湿罐，其特征在于，所述液位调节组件包括水泵和液位传感器，所述水泵和液位传感器均与上位机连接，所述上位机根据所述液位传感器获取罐体内的液位，并控制水泵向罐体内加水。
3.如权利要求1所述的燃料电池用增湿罐，其特征在于，所述水温调节组件包括温度传感器和加热棒，所述温度传感器和加热棒均与上位机连接，所述上位机根据所述温度传感器获取罐体内的水的温度，并控制加热棒对罐体内的水进行加热。
4.如权利要求1所述的燃料电池用增湿罐，其特征在于，所述下方V型板和上方倒V型板的底面与水平面的角度为θ，θ≥5°。
5.如权利要求1所述的燃料电池用增湿罐，其特征在于，所述第一通气孔和第二通气孔的直径为D，D≥8mm。
6.如权利要求5所述的燃料电池用增湿罐，其特征在于，D＝10mm。
7.如权利要求1所述的燃料电池用增湿罐，其特征在于，所述进气口设有电磁阀，所述电磁阀与上位机连接。
8.如权利要求1所述的燃料电池用增湿罐，其特征在于，所述隔离板为304不锈钢材质。
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