CN208489290U - 一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃料电池技术领域,具体公开了一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，空气加热器的输入端与气源连接，空气加热器的输出端与混合腔的输入端连通，蒸气发生器包括蒸气发生装置和蒸气喷嘴，蒸气发生装置和蒸气喷嘴通过管道连接，蒸气喷嘴设置在混合腔内侧，蒸气发生装置设置在混合腔的外侧，混合腔的输出端与电堆阴极通道入口连通，补充加热器设置在混合腔内。本实用新型通过氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统，可以根据电堆冷启动工作环境自动调节加热时间，在低温启动时减少能耗，空气增湿加热系统在低温待机时为系统提供热源，防止燃料电池系统阴极侧结冰。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，具体为一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置。
背景技术
质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)是燃料电池一种，当氢燃料电池与外电路形成回路时，阳极侧氢气在催化剂(pt)作用下，氢气转化成氢质子，并与水结合形成水合质子，阴极侧的氧(空气中的氧气)在催化剂(pt)作用下形成氧离子，在阴阳极电位差作用下，水合氢质子定向从阳极迁徙到阴极，与阴极形成的氧离子结合生成水，同时，部分水在渗透压的作用下进入阳极流道，外电路形成电流。从而将反应气蕴含的化学能直接转换为电能。
随着燃料电池进入实用化阶段，燃料电池系统环境适应性尤其重要。低温储存以及低温启动是燃料电池系统研究的重要课题。影响燃料电池系统正常工作的因素很多，其中低温启动是衡量燃料电池系统性能的重要指标之一。
目前燃料电池系统常用的冷启动方式有两种，一是冷却通道加热空气不加热冷启动过程；二是冷却通道加热空气加热冷启动过程；但总的来讲冷启动较慢，且由于空气不加湿容易导致膜电极失水，影响膜电极寿命。
空气不加热冷启动过程：
由于冷启动温度过低导致电化学反应产生的水在流道内迅速形成冰堵，导致气体扩散能力急剧下降，阻碍了电化学反应的进行，导致电流密度变小，产热减少，引起冷启动失败。
空气加热冷启动过程：
由于空气加热温度不能过高，空气热含量较低，冷启动时，虽然在导流板进口附近没有形成冰堵，但在流道出口处同样会产生冰堵，导致冷启动失效。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，通过氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统，冷启动工作条件自动调节加热时间，空气增湿加热系统在低温待机时为系统提供热源，以解决上述背景技术中提出的低温启动时减少能耗和燃料电池系统结冰导致冷启动失败问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，包括电堆、气源、空气加热器、蒸气发生器、混合腔和补充加热器；所述电堆内设有阴极通道入口，所述空气加热器的输入端与所述气源连接，所述空气加热器的输出端与所述混合腔的输入端连通，所述蒸气发生器包括蒸气发生装置和蒸气喷嘴，所述蒸气发生装置和蒸气喷嘴通过管道连接，所述蒸气喷嘴设置在所述混合腔内侧，所述蒸气发生装置设置在所述混合腔的外侧，所述混合腔的输出端与所述阴极通道入口连通，所述补充加热器设置在所述混合腔内。
进一步地，所述混合腔的出气口和所述电堆负极之间设有温度传感器，所述温度传感器为Pt100温度传感器。
进一步地，所述蒸气喷嘴设置在所述混合腔的内侧顶部。
进一步地，所述补充加热器由不锈钢材料制成。
进一步地，所述气源为空压机或风机。
进一步地，所述电堆连接外供电源。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统，可以根据电堆冷启动工作条件自动调节加热时间，这样在低温启动时减少能耗。
空气增湿加热系统在低温待机时为系统提供热源，防止燃料电池系统阴极侧结冰，影响使用。
附图说明
图1为本实用新型燃料电池电堆增湿加热装置结构示意图。
图2为本实用新型蒸气发生器的结构示意图。
图中：1、电堆；2、气源；3、空气加热器；4、蒸气发生器；5、混合腔；6、补充加热器；7、温度传感器；8、阴极通道入口；41、蒸气发生装置；42、蒸气喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的一个具体实施例中，如图1至图2所示，具体公开了一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，包括电堆1、气源2、空气加热器3、蒸气发生器4、混合腔5和补充加热器6；电堆1内设有阴极通道入口8，空气加热器3的输入端与气源2连接，空气加热器3的输出端与混合腔5的输入端连通，蒸气发生器4包括蒸气发生装置41和蒸气喷嘴42，蒸气发生装置41和蒸气喷嘴42通过管道连接，蒸气喷嘴42设置在混合腔5内侧，蒸气发生装置41设置在混合腔5的外侧，混合腔5的输出端与阴极通道入口8连通，补充加热器6设置在混合腔5内，混合腔5的出气口和电堆1负极之间设有温度传感器7，温度传感器7为Pt100温度传感器，蒸气喷嘴42的优选位置在混合腔5的内侧顶部，补充加热器6由不锈钢材料制成，气源2为空压机或风机，电堆1连接外供电源。
当外供电对燃料电池供电后，燃料电池开始工作，对补充加热器6和空气加热器3供电，打开气源2其发出的空气通过管道，在经过空气加热器3对空气进行加热后的温度可达到90-110°，加热后的热空气进入混合腔5中与蒸气喷嘴42喷出的蒸气混合，为了预防蒸气冷凝，补充加热器6对混合腔5中持续补充加热，在气压的作用下，将补充加热后的热空气通过混合腔5的输出端输入管道，在经过管道时，温度传感器8可检测到经过加温加湿的湿空气在进入电堆1中的温度可达80-90°，在电堆1低温流道内，热蒸气冷凝的同时释放了大量的热量，迅速将导流板和扩散层加温，同时，冷凝在膜上的水为膜电极加湿，增加了催化剂活性，氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统，可以根据电堆1冷启动工作条件自动调节加热时间，这样在低温启动时减少能耗；氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统在低温环境待机时，当电堆1的温度低于2度时，自动启动空气增湿加热系统为电堆保温增湿，防止燃料电池系统阴极侧结冰，影响使用。解决了低温启动时减少能耗和燃料电池系统结冰导致冷启动失败问题。
以上所揭露的仅为本实用新型的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，其特征在于：包括电堆(1)、气源(2)、空气加热器(3)、蒸气发生器(4)、混合腔(5)和补充加热器(6)；所述电堆(1)设有阴极通道入口(8)，所述空气加热器(3)的输入端与所述气源(2)连接，所述空气加热器(3)的输出端与所述混合腔(5)的输入端连通，所述蒸气发生器(4)包括蒸气发生装置(41)和蒸气喷嘴(42)，所述蒸气发生装置(41)和蒸气喷嘴(42)通过管道连接，所述蒸气喷嘴(42)设置在所述混合腔(5)内侧，所述蒸气发生装置(41)设置在所述混合腔(5)的外侧，所述混合腔(5)的输出端与所述阴极通道入口(8)连通，所述补充加热器(6)设置在所述混合腔(5)内。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，其特征在于：所述混合腔(5)的出气口和所述电堆(1)负极之间设有温度传感器(7)，所述温度传感器(7)为Pt100温度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，其特征在于：所述蒸气喷嘴(42)设置在所述混合腔(5)的内侧顶部。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，其特征在于：所述补充加热器(6)由不锈钢材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，其特征在于：所述气源(2)为空压机或风机。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，其特征在于：所述电堆(1)连接外供电源。
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| CN201820922271.6U CN208489290U (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111082099A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 同济大学 | 一种可调节温度的燃料电池发动机空气子系统 |
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2018
- 2018-06-14 CN CN201820922271.6U patent/CN208489290U/zh active Active
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| CN111082099A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 同济大学 | 一种可调节温度的燃料电池发动机空气子系统 |
| CN111082099B (zh) * | 2019-12-05 | 2023-02-28 | 同济大学 | 一种可调节温度的燃料电池发动机空气子系统 |
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