CN1323073A - 燃料电池系统工质气体增湿器 - Google Patents
燃料电池系统工质气体增湿器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1323073A CN1323073A CN01114150A CN01114150A CN1323073A CN 1323073 A CN1323073 A CN 1323073A CN 01114150 A CN01114150 A CN 01114150A CN 01114150 A CN01114150 A CN 01114150A CN 1323073 A CN1323073 A CN 1323073A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- working medium
- shell
- hollow fiber
- medium gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 2
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 stainless steels Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 44
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明涉及利用分子扩散原理及中空纤维集束具有大表面积的特点,对燃料电池这一具有特殊要求的体系,对工质气体实施增湿处理的机械装置。其特点是中空纤维膜集束的两端被密封材料固定在外壳两端并形成两个相互隔离的通路,在中空纤维外壁与外壳间形成液相腔体,由中空纤维内腔并联而成的空间形成气体通路。本发明克服了以往方法存在的不能同时兼顾在装置、能耗及使用条件(温度、压力)方面的工艺要求的缺点,满足了固体高分子电解质燃料电池系统中在对原料气体增湿时的要求,即能耗低、压降低,处理量大且加压操作的要求。
Description
本发明涉及一种利用分子扩散原理对工质气体实施增湿处理的机械装置，尤其涉及以工质气体在增湿过程中压降低、能耗低、增湿量大为特点的燃料电池系统工质气体增湿器。
对气体增湿是无论在民生上，还是在工业上都是常见的工艺过程。因而自古以来人们发明了很多增湿方法。增湿是在空气等目标气体中增加水蒸汽含量的过程。因而可以通过把水加热至沸腾、机械造雾、超音波振动器造雾等方法形成分子水或微粒状水并扩散至气相对气体增湿。但这些增湿方法在装置、能耗及使用条件(温度、压力)上均有各自独特的要求。在固体高分子电解质燃料电池(PEMFC)系统中对原料气体增湿时要求：能耗低、压降低，处理量大且能加压操作。传统的增湿方式显然不能同时满足上述要求。
对增湿过程具有影响的因素有温度、湿度、压力及气流速度，并可以用式(1)定性地表示其相互关系：
V=αAUaTb/Pc/Hd (1)
V ：水的蒸发速度
α ：校正系数
U ：平行于蒸发面的气体流速
T ：体系温度
P ：体系压力
H ：气相湿度
A ：气液接触面积
a~d ：指数系数(均大于零)
在式(1)中，对于一定的燃料电池系流，除了蒸发面积以外，其他各项实际上均被燃料电池系流工艺所左右。
本发明的目的是提供一种燃料电池系统工质气体增湿器，使之能在0~4atm(表压)环境下，低压降、低能耗地对大流量的氢气、空气或氧气等工质气体进行有效的增湿。
本发明是如下实施的。增湿过程主要是在中空纤维膜组件内进行。中空纤维膜组件由机能性中空纤维膜集束、气体导入管、气体导出管、水导入管、水导出管、外壳及密封材料等构成。中空纤维膜集束的两端被粘接剂等密封材料固定在外壳两端并形成两个相互隔离的通路。即由所有中空纤维内腔并联而成的通路，和在纤维束外壁与外壳内腔间形成的通路。操作时水和工质气体分别通过不同的通道。通过适当调整气相与液相间的压差可以控制由液相透过膜到气相的水的量。透过的水在膜表面形成水膜并暴露在气相中。由式(1)可知，在一定的温度、压力、气流速及湿度条件下，单位时间内水的蒸发量取决于蒸发面积，即气液接触面积。在保证工艺条件的前提下，填料的比表面积越大，单位时间内水的蒸发量就越多，增湿效果就越大。中空纤维集束形成的大表面积给气液交换提供了充足的气液接触面，使大量的水能在短时间内蒸发到气相中并增湿气体。由于数量巨多的中空纤维内腔并联形成了很大的流体通道，故流体通过过程中的压降也很小。
说明书附图是做为本技术使用法一例的构成简图。由附图表示实施例的实施要领。以下利用附图详细说明本发明的装置构成及操作状况。
图1是本发明整体结构示意图。
图2是使用本发明在燃料电池系统中对工质气体实施增湿的装置构成图。
参照图1，增湿器由集束状中空纤维[1]，外壳[2]，气体导入管[3]、气体导出管[4]、水导入管[5]、水导出管[6]，及密封材[11]构成。集束状中空纤维膜[1]为人工及天然的高分子或无机物制成的超滤膜、反渗透膜、精滤膜、离子交换膜或液体透过膜。密封材[11]为环氧树脂等热固性高分子密封材料或粘接剂，热塑性高分子密封材料或粘接剂，水泥等无机密封材料或粘接剂。外壳[2]由不锈钢等金属，工程塑料等高分子及陶瓷等无机材料制成。
在图1所示的增湿器中，中空纤维[1]的两端与外壳[2]间充填环氧树脂等充填剂做密封，并在中空纤维外壁与外壳间形成液相腔体。由中空纤维内腔并联而成的空间形成气体通路并与液相腔相隔离。其中液路和气路是可以互换的。
在图1所示的增湿器中，水由导管[5]导入液相腔内并均匀的润湿每一根中空纤维的外壁。依靠液相腔与气相腔间的浓度差及压力差，水将透过膜进入到中空纤维膜的内腔，并在中空纤维内壁形成均匀的水膜且水将从水膜表面蒸发到内腔的气相中增湿气体。
在图1所示的增湿器中，由气体导管[3]导入的干燥气体[7]经过中空纤维[1]后由气体导出管[4]导出。气体在通过中空纤维内腔的过程中，与附着在内壁的水膜接触并被增湿。由于中空纤维集束形成的内表面积非常大，故，可以将大量的水在短时间内蒸发到气流中。
在图2所示的增湿器中，气体导入管[3]与气源相接、水导入管[5]与燃料电池[13]的冷却水导出管[12]相接、水导出管[6]与燃料电池系统下水相接。在这个燃料电池系统中，冷却水被导水管[14]导入燃料电池[13]内，在冷却过程中被提升了温度后变成热水经导出管[12]导出。其中的一部分热水[9]将经水导入管[5]被导入增湿器内。由于水[9]的温度高，整个增湿器的温度将被提升。由式[1]可知，单位时间内水的蒸发量将为此提高。由气体导入管[3]导入增湿器的干燥气体[7]，在经过增湿器后变成湿气体[8]并被气体导出管[4]导出。被增湿的气体[8]经燃料电池气体导入管[15]导入到燃料电池[13]中，参加反应后被燃料电池气体导出管[16]作为尾气排出。
Claims (5)
1．一种燃料电池系统工质气体增湿器，包括集束状中空纤维[1]，外壳[2]，气体导入管[3]、气体导出管[4]、水导入管[5]、水到出管[6]，及密封材[11]，中空纤维膜集束的两端被密封材料固定在外壳两端并形成两个相互隔离的通路，在中空纤维外壁与外壳间形成液相腔体，设有水导入管[5]和导出管[6]，由中空纤维内腔并联而成的空间形成气体通路，其上下设有气体导入管[3]和导出管[4]。
2．根据权利要求1所述的燃料电池系统工质气体增湿器，其特征是所述集束状中空纤维膜[1]为人工及天然的高分子或无机物制成的超滤膜、反渗透膜、精滤膜、离子交换膜或液体透过膜。
3．根据权利要求1所述的燃料电池系统工质气体增湿器，其特征是液路与气路可以互换。
4．根据权利要求1所述的燃料电池系统工质气体增湿器，其特征是密封材[11]为环氧树脂等热固性高分子密封材料或粘接剂，热塑性高分子密封材料或粘接剂，水泥等无机密封材料或粘接剂。
5．根据权利要求1所述的燃料电池系统工质气体增湿器，其特征是外壳[2]由不锈钢等金属，工程塑料等高分子及陶瓷等无机材料制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN01114150A CN1323073A (zh) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 燃料电池系统工质气体增湿器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN01114150A CN1323073A (zh) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 燃料电池系统工质气体增湿器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1323073A true CN1323073A (zh) | 2001-11-21 |
Family
ID=4660823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN01114150A Pending CN1323073A (zh) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 燃料电池系统工质气体增湿器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1323073A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1320678C (zh) * | 2002-05-24 | 2007-06-06 | 上海神力科技有限公司 | 一种用于燃料电池的增湿装置 |
| CN102195049A (zh) * | 2010-03-05 | 2011-09-21 | 苏州氢洁电源科技有限公司 | 一种新型高效燃料电池加湿器 |
| CN102607126A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-07-25 | 魏宝利 | 一种外压式中空纤维膜加湿器 |
| US8247119B2 (en) | 2007-03-14 | 2012-08-21 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| CN102648547A (zh) * | 2009-12-04 | 2012-08-22 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的加湿器 |
| CN103066308A (zh) * | 2011-10-24 | 2013-04-24 | 曼·胡默尔有限公司 | 用于燃料电池的润湿装置 |
| CN112046800A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-08 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置 |
| CN113980626A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-28 | 惠州市杜科新材料有限公司 | 一种用于氢能源燃料电池增湿器耐温耐湿的环氧灌封胶及其制备方法 |
-
2001
- 2001-06-29 CN CN01114150A patent/CN1323073A/zh active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1320678C (zh) * | 2002-05-24 | 2007-06-06 | 上海神力科技有限公司 | 一种用于燃料电池的增湿装置 |
| US8247119B2 (en) | 2007-03-14 | 2012-08-21 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| CN102648547A (zh) * | 2009-12-04 | 2012-08-22 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的加湿器 |
| CN102648547B (zh) * | 2009-12-04 | 2015-06-03 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的加湿器 |
| US9160015B2 (en) | 2009-12-04 | 2015-10-13 | Kolon Industries, Inc. | Humidifier for fuel cell |
| CN102195049A (zh) * | 2010-03-05 | 2011-09-21 | 苏州氢洁电源科技有限公司 | 一种新型高效燃料电池加湿器 |
| CN103066308A (zh) * | 2011-10-24 | 2013-04-24 | 曼·胡默尔有限公司 | 用于燃料电池的润湿装置 |
| CN102607126A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-07-25 | 魏宝利 | 一种外压式中空纤维膜加湿器 |
| CN112046800A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-08 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置 |
| CN112046800B (zh) * | 2020-08-14 | 2022-02-01 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置 |
| CN113980626A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-28 | 惠州市杜科新材料有限公司 | 一种用于氢能源燃料电池增湿器耐温耐湿的环氧灌封胶及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107771365A (zh) | 中空纤维膜组件 | |
| CN109617455B (zh) | 一种基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电方法及其装置 | |
| US6872484B2 (en) | Humidifying system for a fuel cell | |
| CN1323073A (zh) | 燃料电池系统工质气体增湿器 | |
| CA2242176A1 (en) | Solid polymer fuel cell system and method for humidifying and adjusting the temperature of a reactant stream | |
| CN107004872A (zh) | 中空纤维膜盒式加湿组件及其制造方法 | |
| CN108476823B (zh) | 农用大棚加湿-除湿型盐水淡化系统 | |
| CN105183027B (zh) | 一种用于云室的气体湿度自动控制系统 | |
| CN209317401U (zh) | 电器设备的除湿装置 | |
| CN110165249A (zh) | 一种氢燃料电池进气增湿装置 | |
| CN113926316A (zh) | 一种防漏增湿复合中空纤维膜、制备方法及其应用 | |
| CN218677223U (zh) | 一种可变增湿系统、燃料电池及车辆 | |
| CN209658310U (zh) | 一种新型组合式燃料电池用加湿器 | |
| CN210419368U (zh) | 一种太阳能光热膜蒸馏装置 | |
| CN208955117U (zh) | 一种燃料电池膜加湿装置 | |
| CN206560796U (zh) | 一种中空纤维膜组件 | |
| CN212934679U (zh) | 一种氢燃料电池电堆供气系统 | |
| CN112696753A (zh) | 一种用于空气湿度调节的中空纤维膜接触器 | |
| CN213520057U (zh) | 一种燃料电池系统的气体加湿装置 | |
| CN213976979U (zh) | 一种用于兽药二氯乙腈酰胺化离心制氮装置 | |
| CN2760773Y (zh) | 燃料电池测试仪加湿器 | |
| CN103611433B (zh) | 一种壳聚糖/氯化锂混合膜及其制备方法和应用 | |
| CN112490474A (zh) | 一种燃料电池系统的气体加湿装置 | |
| CN109354096A (zh) | 菲涅尔透镜太阳能化油器法海水淡化装置 | |
| CN216458080U (zh) | 一种可拆卸模块式中空纤维膜组件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |