CN210926173U - 一种燃料电池气体外用增温加湿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池气体外用增温加湿器，包括：四周密封的容器箱，所述容器箱内部划分形成进气腔、加湿腔和检测腔，所述加湿腔当中填入液体，所述进气腔的底部连接有通气管，所述通气管的下端插入到所述液体当中，所述检测腔与所述加湿腔相连通；加热器，设置在所述容器箱的底部并用于对所述液体进行加热；加热套，套住所述容器箱并至少覆盖与所述进气腔相对应的侧壁；干冷气体输入管道，连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述进气腔；湿热气体输出管道，连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述检测腔。加热套和加热器进行加热，加湿量大，效率高，并且具有结构紧凑的优点。

Description

一种燃料电池气体外用增温加湿器

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池气体外用增温加湿器，属于燃料电池测试设备领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池由于具有低温启动、零排放、高转化效率与大功率密度等特点，被认为是一种具有广阔应用前景的能量转换装置。膜电极是燃料电池的核心部件,主要包括聚合物膜、催化层和气体扩散层，其中聚合物膜起到传导质子隔绝反应气体的作用，由于质子传递是以水和质子的形式进行，湿度太低会导致聚合物膜的质子传导性下降，阻抗急剧增大，严重时还会导致膜脱水穿孔，形成永久性损坏。而湿度过高也不利于膜电极反应，由于水分的聚焦会阻塞燃料气体的传输通道，降低三相反应的效率。因此在电池运行中保持膜处于合理的湿度范围显得十分重要。

燃料电池加湿技术一般分为内加湿和外加湿两种，内增湿是通过在电池组内增加一个增湿段的方法为反应气增湿，也叫假电池增湿法，依靠膜的阻气特性和水在膜内的浓差扩散，使水分在浓度梯度的影响下渗透进入燃料气体侧为气体进行加湿，但这种方法增加了电池的成本、体积和重量，为电池密封技术提出了更高的要求导致系统复杂化。电池外加湿是在电池外部设置独立的加湿器使气体进入电池前获得较高的湿度，目前外加湿方式有直接液态水注射增湿法、升温增湿法(或鼓泡增湿法)、液态水喷射增湿法、湿膜增湿法等。其中：液态水注射加湿是直接将液态水注入气体流道中，使燃料气体和液态水一起进入电池完成加湿过程，液态水进入高温电池内部还会蒸发形成水蒸气对电池进行冷却，起到水热管理的双重作用，缺点是难以形成稳定密集的水雾，且动态响应较慢；液态水喷射增湿法是通过在导流通道内附加喷淋或喷雾装置为气体加湿，喷射嘴使用高压气体或超声波喷雾发生器使液态水滴雾化后与干气体混合，该方法需要用到给水加压的泵和控制喷射的阀门，因此设备的价格和实际能量消耗都非常高，同时喷射液态水进入气路中还会导致燃料气体温度下降；湿膜增湿法采用与内增湿相同的工作原理，依靠膜的阻气特性和水在膜内的浓差扩散，使水分在浓度梯度的影响下透过湿膜渗透进入燃料气体中。通过调节膜的厚度、水温等参数来改变湿膜加湿器的加湿量。存在的缺点是如果待加湿的气体量较大，则需要较大的湿膜面积这将导致加湿器体积较大，同时湿膜的价格较高寿命还有待进一步提升；升温增湿法，也即鼓泡加湿法是通过控制水温来为气体加湿的方法，此方法工作原理简单目前在一般的小功率燃料电池系统中尤其是百瓦级燃料电池测试设备中得到广泛使用，其缺点在于加湿量较小，另外，大流量气体经过盛水容器鼓泡后带出过多的液态水，造成盛水容器出口处液态水的聚集也是一个很难解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种燃料电池气体外用增温加湿器，结构紧凑、加湿效率高。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种燃料电池气体外用增温加湿器，包括：

四周密封的容器箱，所述容器箱内部划分形成进气腔、加湿腔和检测腔，所述进气腔和检测腔位于所述加湿腔的上方，所述加湿腔当中填入液体，所述进气腔的底部连接有通气管，所述通气管的下端插入到所述液体当中，所述检测腔与所述加湿腔相连通；

加热器，设置在所述容器箱的底部并用于对所述液体进行加热；

加热套，套住所述容器箱并至少覆盖与所述进气腔相对应的侧壁；

干冷气体输入管道，连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述进气腔；

湿热气体输出管道，连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述检测腔。

一较佳实施例之中：所述加热套覆盖了所述容器箱四周的侧壁，所述加热套与所述加热器由第一温控系统进行温度控制。

一较佳实施例之中：所述湿热气体输出管道外表面包裹保温套，所述保温套由第二温控系统进行温度控制。

一较佳实施例之中：所述检测腔与所述加湿腔之间通过栅格板隔离开。

一较佳实施例之中：所述检测腔的底部填充多孔吸水材料，所述多孔吸水材料位于所述湿热气体输出管道接口的下方。

一较佳实施例之中：所述进气腔和检测腔通过连通管道进行连接，还包括用于开关所述连通管道的干湿气体切换开关，所述干湿气体切换开关设置在所述容器箱上方。

一较佳实施例之中：还包括温湿度传感器和压力表，所述温湿度传感器和压力表设置在所述容器箱的顶面并接入所述检测腔；所述容器箱的材质为不锈钢，所述通气管的下端延伸到所述加湿腔的底部，所述加热器是加热圈的结构并直接浸泡于所述液体当中。

一较佳实施例之中：所述燃料电池气体是氧气或空气或者氢气，所述液体是为去离子水。

一较佳实施例之中：还包括连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述加湿腔的进液管道和排液管道，所述排液管道上设有排水阀门，所述进液管道连接高压注射泵，所述高压注射泵可承载压力大于0.7MPa。

一较佳实施例之中：还包括位于所述容器箱外部的液位显示管，所述液位显示管的上端和下端均接通所述加湿腔。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.采用容器箱外部壁面加热套对进气腔加热和加热器对加湿腔液体进行加热两种加热方式产生水蒸气，保证了进入气体与水蒸气充分接触，获得饱和的加湿效果，加湿量大，效率高。进气腔独立设置在加湿腔上方，气体在进入加湿腔液体前被预热至较高温度从而增强气体加湿效果，而且可防止干冷气体入口前端的部件如气体流量计因加湿液体回流造成不必要的损坏，整体结构紧凑。

2.第一温控系统控制加热套与加热器的温度，第二温控系统控制保温套的温度，第一温控系统和第二温控系统独立工作，可以保证进入电池/堆的气体温度恒定准确，具有温度控制准确的优点。

3.所述检测腔与所述加湿腔之间通过栅格板隔离开，栅格板可以对气泡进行过滤，进一步，即使大流量气体通过时带出大量液态水也会在此处被多孔吸水材料拦截并通过栅格板回流至加湿腔。

4.干湿气体切换开关的设置可以实现流通路径的切换，当干湿气体切换开关状态为开时，进气腔的气体将选择阻力较小的路径直接经由干湿气体切换开关进入检测腔。

5.长时间不使用所述增温加湿器时可通过打开所述排水阀门将所述加湿腔内部的液体排空。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1绘示了本实用新型燃料电池气体外用增温加湿器的示意图。

具体实施方式

请参照图1，一种燃料电池气体外用增温加湿器，包括：四周密封的容器箱10、加热器20、加热套(图未示)、干冷气体输入管道30、湿热气体输出管道40。所述容器箱10内部划分形成进气腔11、加湿腔12和检测腔13，所述进气腔11和检测腔13位于所述加湿腔12的上方，所述进气腔11和检测腔13左右相邻，所述加湿腔12当中填入液体，所述进气腔11的底部连接有通气管112，所述通气管112的下端插入到所述液体当中，优选地，所述通气管112的下端延伸到所述加湿腔12的底部。所述检测腔13与所述加湿腔12相连通。优选地，所述容器箱10的材质为不锈钢。所述加热器20设置在所述容器箱10的底部并用于对所述液体进行加热。所述加热套套住所述容器箱10并至少覆盖与所述进气腔11相对应的侧壁，从而至少对所述进气腔11内部的气体进行加热。所述干冷气体输入管道30连接在所述容器箱10的侧壁上并接通所述进气腔11，用于干冷气体导入所述进气腔11。所述湿热气体输出管道40连接在所述容器箱10的侧壁上并接通所述检测腔13，用于湿热气体导出所述容器箱10。

所述干冷气体输入管道30、进气腔11、通气管112、加湿腔12、检测腔13、湿热气体输出管道40依次接通形成加湿的空气流动路线，工作进，所述加热器20和加热套分别对加湿液体和干冷气体进行加热，干冷气体在经过加湿腔过程中吸收水气，转变为湿热气体。

所述加热套优选地覆盖所述容器箱10四周的侧壁，这样可以对进气腔11、加湿腔12和检测腔13都进行加热和保温，使气体受热效果更好，加湿效果更好。所述加热套与所述加热器20可以由第一温控系统进行温度控制。

优选地，所述湿热气体输出管道40外表面包裹保温套，所述保温套由第二温控系统进行温度控制，这样可以很精确来控制湿热气体输出管道40输出的气体的温度。

优选地，所述检测腔13与所述加湿腔12之间通过栅格板50隔离开。本实施例当中，还在所述检测腔13的底部填充多孔吸水材料132，所述多孔吸水材料132位于所述湿热气体输出管道40接口的下方。

优选地，所述进气腔11和检测腔13通过连通管道60进行连接，所述连通管道60当中设有干湿气体切换开关62，可开关所述连通管道60。如果不想气体经过加湿腔，可以打开湿气体切换开关62，气体可直接由所述进气腔11进入检测腔13。所述干湿气体切换开关62设置在所述容器箱10上方。

还包括温湿度传感器70和压力表80，所述温湿度传感器70和压力表80设置在所述容器箱10的顶面并接入所述检测腔13，可用于检测所述检测腔13内气体的温度、湿度及压力值。

优选地，所述加热器20是加热圈的结构并直接浸泡于所述液体当中。所述燃料电池气体是氧气或空气或者氢气，所述液体是为去离子水。

还包括连接在所述容器箱10的侧壁上并接通所述加湿腔20的进液管道90和排液管道100，所述排液管道100上设有排水阀门，所述进液管道90连接高压注射泵，所述高压注射泵可承载压力大于0.7MPa。

还包括位于所述容器箱10外部的液位显示管122，所述液位显示管122的上端和下端均接通所述加湿腔12，这样，所述液位显示管122连通所述加湿腔12，通过所述液位显示管122可以很方便地来观察所述加湿腔12内部液面的高度。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于，包括：

四周密封的容器箱，所述容器箱内部划分形成进气腔、加湿腔和检测腔，所述进气腔和检测腔位于所述加湿腔的上方，所述加湿腔当中填入液体，所述进气腔的底部连接有通气管，所述通气管的下端插入到所述液体当中，所述检测腔与所述加湿腔相连通；

加热器，设置在所述容器箱的底部并用于对所述液体进行加热；

加热套，套住所述容器箱并至少覆盖与所述进气腔相对应的侧壁；

干冷气体输入管道，连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述进气腔；

湿热气体输出管道，连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述检测腔。

2.根据权利要求1所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：所述加热套覆盖了所述容器箱四周的侧壁，所述加热套与所述加热器由第一温控系统进行温度控制。

3.根据权利要求2所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：所述湿热气体输出管道外表面包裹保温套，所述保温套由第二温控系统进行温度控制。

4.根据权利要求1所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：所述检测腔与所述加湿腔之间通过栅格板隔离开。

5.根据权利要求4所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：所述检测腔的底部填充多孔吸水材料，所述多孔吸水材料位于所述湿热气体输出管道接口的下方。

6.根据权利要求1所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：所述进气腔和检测腔通过连通管道进行连接，还包括用于开关所述连通管道的干湿气体切换开关，所述干湿气体切换开关设置在所述容器箱上方。

7.根据权利要求1或6所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：还包括温湿度传感器和压力表，所述温湿度传感器和压力表设置在所述容器箱的顶面并接入所述检测腔；所述容器箱的材质为不锈钢，所述通气管的下端延伸到所述加湿腔的底部，所述加热器是加热圈的结构并直接浸泡于所述液体当中。

8.根据权利要求1所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：所述燃料电池气体是氧气或空气或者氢气，所述液体是为去离子水。

9.根据权利要求1所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：还包括连接在所述容器箱的侧壁上并接通所述加湿腔的进液管道和排液管道，所述排液管道上设有排水阀门，所述进液管道连接高压注射泵，所述高压注射泵可承载压力大于0.7MPa。

10.根据权利要求1所述的燃料电池气体外用增温加湿器，其特征在于：还包括位于所述容器箱外部的液位显示管，所述液位显示管的上端和下端均接通所述加湿腔。

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