一種高效燃料電池加濕器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種高效燃料電池加濕器，包括盛水罐，該盛水罐頂部有排氣管和進(jìn)水管，底部有進(jìn)氣管和排水管；所述的盛水罐內(nèi)部安裝有曝氣氣囊；所述的盛水罐液面有浮子和與其連接的杠桿；所述盛水罐的排水管端口有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥并與浮子相連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用鼓泡加濕的原理，較其他鼓泡加濕器相比，綜合利用電堆循環(huán)冷卻水，不需要額外的加熱絲來(lái)加熱水溫，無(wú)額外耗能，提高了鼓泡加濕的效率，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本較低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高效燃料電池加濕器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及加濕器，尤其是用于質(zhì)子交換膜燃料電池的氣體加濕器。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同，可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池，堿性燃料電池，磷酸型燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定。而且反應(yīng)生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池可以廣泛地應(yīng)用于移動(dòng)電源領(lǐng)域。
[0003]質(zhì)子交換膜燃料電池利用氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能。當(dāng)分別向燃料電池陽(yáng)極和陰極供給氫氣與氧氣時(shí)，反應(yīng)氣體經(jīng)擴(kuò)散層擴(kuò)散，進(jìn)入多孔陽(yáng)極的氫原子被催化劑吸附并離化為氫離子和電子，氫離子經(jīng)由質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移到陰極，電子在電極內(nèi)傳遞至負(fù)極集流板經(jīng)外電路負(fù)載流向陰極，在陰極催化層上氫離子和氧離子結(jié)合成水分子。而電子通過(guò)外電路通過(guò)產(chǎn)生電能。
[0004]作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜必須濕潤(rùn)，這樣才能更好地傳導(dǎo)質(zhì)子，研究表明，質(zhì)子交換膜的導(dǎo)電性與其含水量成正比。因此，為了提高轉(zhuǎn)換效率，必須加濕質(zhì)子交換膜。
[0005]目前燃料電池所用的加濕方法主要是通過(guò)加濕反應(yīng)的氣體，利用濕潤(rùn)的氣體所攜帶的水汽來(lái)加濕質(zhì)子交換膜。例如焓輪加濕，利用陶瓷轉(zhuǎn)輪吸收尾氣中的水汽和熱量來(lái)對(duì)新鮮的進(jìn)氣加濕，但因?yàn)榫哂行D(zhuǎn)部件，容易躥氣并且增加了耗能。中空纖維管束加濕器，該加濕器利用親水材質(zhì)制備的無(wú)孔中空纖維束，水從中空纖維束的外側(cè)流過(guò)，加濕氣體從纖維管束內(nèi)側(cè)流過(guò)，水由于濃差的作用從水側(cè)擴(kuò)散到氣體進(jìn)而完成對(duì)氣體的加濕。該加濕具有結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)額外耗能等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛適用于各種用于移動(dòng)電源的場(chǎng)合，但是價(jià)格昂貴，顯然不利降低燃料電池的成本。鼓泡加濕，將反應(yīng)的氣體通入盛有一定溫度的水中，利用氣泡表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)達(dá)到加濕氣體的目的。該加濕器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料便宜。但因其加濕效率低，因此需要比較大的水箱，體積龐大，一般不能適用于移動(dòng)場(chǎng)合，僅作為實(shí)驗(yàn)室用。專(zhuān)利CN102332591A所申請(qǐng)的一種用于燃料電池的反應(yīng)氣體加濕器也是基于鼓泡加濕的原理，但是其需要額外的加熱套來(lái)加熱水溫，耗能大，而且沒(méi)有起泡器，會(huì)導(dǎo)致氣泡大，加濕效率低，不適用于移動(dòng)場(chǎng)合，僅適用于小功率的燃料電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。
[0006]另外燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生熱量，需要對(duì)燃料電池進(jìn)行冷卻，穩(wěn)定運(yùn)行工況下燃料電池循環(huán)冷卻水的溫度一般為60-65°C左右，并且循環(huán)冷卻水通過(guò)散熱器散熱。而氣體加濕需要消耗熱量，因此可以將循環(huán)水從電堆內(nèi)部攜帶出來(lái)的熱量用于加濕氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種提高了鼓泡加濕的效率，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本較低，可以適用于移動(dòng)電源場(chǎng)合的高效燃料電池加濕器。[0008]本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，包括盛水罐，該盛水罐頂部有排氣管和進(jìn)水管，底部有進(jìn)氣管和排水管；所述的盛水罐內(nèi)部安裝有曝氣氣囊；所述的盛水罐液面有浮子和與其連接的杠桿；所述盛水罐的排水管端口有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥并與浮子相連接。
[0009]所述的曝氣氣囊底部和盛水罐底面緊密結(jié)合，所述進(jìn)氣管通過(guò)盛水罐底部直接連通曝氣氣囊。
[0010]所述的曝氣氣囊為具有細(xì)小微孔的三元乙丙橡膠材質(zhì)(或者其它類(lèi)似的具有細(xì)微小孔的材質(zhì))的曝氣氣囊，其結(jié)構(gòu)為凹凸的同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)(或者其他類(lèi)似的結(jié)構(gòu))。
[0011]所述的曝氣氣囊呈多個(gè)凹凸的同心環(huán)狀，每?jī)蓚€(gè)環(huán)狀氣囊之間的凹部具有均布的若干個(gè)排水支管(如4個(gè))，各個(gè)排水支管匯流于排水總管，由一個(gè)排水總管口排水，所述的若干個(gè)排水支管和排水總管組成所述排水管。
[0012]所述的排水總管的排水口處具有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥。
[0013]所述的盛水罐液面高度大于曝氣氣囊的高度，液面上有浮子。
[0014]所述的浮子與以嵌入盛水罐壁內(nèi)部的密封球狀物作為支點(diǎn)的杠桿一端連接，杠桿的另一端通過(guò)球鉸與桿件連接，桿件的另一端通過(guò)球鉸與手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥的手柄連接，通過(guò)浮子運(yùn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥手柄轉(zhuǎn)動(dòng)，改變流通孔徑大小。
[0015]所述的盛水罐為具有保溫材質(zhì)填充的密封罐。
[0016]利用鼓泡加濕的原理，較其他鼓泡加濕器相比，綜合利用電堆循環(huán)冷卻水，不需要額外的加熱絲來(lái)加熱水溫，無(wú)額外耗能。采用新型鼓泡材質(zhì)提高了鼓泡加濕的效率，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本較低?？梢赃m用于移動(dòng)電源場(chǎng)合，例如車(chē)載燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]采用電堆循環(huán)冷卻水加濕氣體，鼓泡蒸發(fā)帶走大量的熱量，一方面高溫的循環(huán)冷卻水有利于提高汽化率，有效利用了電堆余熱；另一方面經(jīng)過(guò)蒸發(fā)換熱后的循環(huán)冷卻水溫降低，無(wú)需額外的散熱器，因此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)無(wú)需散熱器，精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)便捷；
[0018]采用浮子調(diào)節(jié)手動(dòng)閥開(kāi)度來(lái)控制，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)；
[0019]采用具有細(xì)微小孔的材質(zhì)來(lái)曝氣，使得氣泡細(xì)小均勻，有利于氣泡的傳熱和傳質(zhì)；
[0020]采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)的曝氣氣囊，有利于增加曝氣面積，提高曝氣能力；
[0021]因此，本實(shí)用新型技術(shù)簡(jiǎn)單易行，高效經(jīng)濟(jì)，具有積極、有益的技術(shù)效果。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的正面剖視示意圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型的俯視剖視圖，剖切面為A-A ；
[0024]圖3為本實(shí)用新型的排水管的局部剖視圖，剖切面為B-B。
[0025]圖中:
[0026]I箱體，2進(jìn)水管，3排氣管，4浮子，5杠桿，6球狀支點(diǎn)，7球鉸鏈a，8桿件，9熱水，10曝氣氣囊，11球鉸鏈b，12手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，13排水總管a，14進(jìn)氣管，15排水總管b，16排水支管。【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]實(shí)施例
[0029]如圖1，圖2，圖3所示，一種高效燃料電池加濕器包括具有保溫材質(zhì)填充的密封盛水罐1，所述盛水罐I頂部有排氣管3和進(jìn)水管2 ;所述盛水罐I底部有進(jìn)氣管14和排水管13 ;所述盛水罐I核心為具有細(xì)小微孔的三元乙丙橡膠材質(zhì)的曝氣氣囊10 (或者其它類(lèi)似的具有細(xì)微小孔的材質(zhì))；所述盛水罐I液面有浮子4 ;所述盛水罐I的排水管13端口有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥12并與浮子4相連接。
[0030]其中:
[0031]所述盛水罐I為雙層結(jié)構(gòu)的不銹鋼材質(zhì)，中間填充保溫材質(zhì)。盛水罐I內(nèi)部的有盛水區(qū)9，盛水區(qū)9的高度大于曝氣氣囊10的高度，所用的水為燃料電池電堆冷卻循環(huán)水。
[0032]所述進(jìn)水管2位于盛水罐I的頂部側(cè)面，電堆冷卻循環(huán)水由進(jìn)水管2流入。
[0033]盛水區(qū)9液面有浮子4，浮子4的一端連接杠桿5，杠桿5的支點(diǎn)6為嵌入管壁的球狀物，杠桿5的另一端通過(guò)球鉸鏈7和桿件8連接，桿件8的另一端通過(guò)球鉸鏈11和手動(dòng)調(diào)節(jié)閥12的手柄連接。當(dāng)盛水罐I中的液面低于設(shè)定液面時(shí)，浮子4下沉，帶動(dòng)杠桿5運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)桿件8上升，桿件8通過(guò)球鉸鏈10帶動(dòng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥12的手柄轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得調(diào)節(jié)閥12流通孔徑變小(如圖3所示)，減少流量，使水箱液面上升至平衡值。
[0034]進(jìn)氣管14位于盛水罐I底部，直接連通曝氣氣囊10 (示例中曝氣氣囊10的材質(zhì)為具有細(xì)小微孔的三元乙丙橡膠材質(zhì))。曝氣氣囊10為若干圈同心環(huán)狀凹凸結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，圓環(huán)狀突起結(jié)構(gòu)是為了增加曝氣面積，使氣泡更均勻，曝氣阻力更小。曝氣氣囊10底部和盛水罐I緊密結(jié)合在一起。干燥的氣通過(guò)進(jìn)氣管14進(jìn)去曝氣氣囊10的底部空腔內(nèi)，并且擴(kuò)散到各個(gè)同心環(huán)狀的突起氣囊中，由于壓差的原因,氣體通過(guò)曝氣氣囊材質(zhì)中的微孔逸散到水中，形成均勻細(xì)小的氣泡。
[0035]如圖2和圖3所示，曝氣氣囊10的同心環(huán)突起結(jié)構(gòu)之間的凹部均勻分布若干個(gè)排水支管16 (本實(shí)施例中為4個(gè)，且各層同心環(huán)形結(jié)構(gòu)的凹部設(shè)置的排水支管整體呈“十”字排布)，排水支管16最后匯流到排水總管a和排水總管b,排水總管a和排水總管b相通。這樣在每個(gè)環(huán)狀凹槽內(nèi)水不斷循環(huán)，從進(jìn)水管2流入的高溫電堆循環(huán)冷卻水經(jīng)過(guò)氣泡換熱后溫度降低，并通過(guò)各個(gè)排水支管16流入排水總管a和排水總管b，最后排出。實(shí)現(xiàn)了對(duì)循環(huán)冷卻水的冷卻和對(duì)進(jìn)氣的加濕加熱。
【權(quán)利要求】
1.一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，包括盛水罐，該盛水罐頂部有排氣管和進(jìn)水管，底部有進(jìn)氣管和排水管；所述的盛水罐內(nèi)部安裝有曝氣氣囊；所述的盛水罐液面有浮子和與其連接的杠桿；所述盛水罐的排水管端口有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥并與浮子相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，所述的曝氣氣囊底部和盛水罐底面緊密結(jié)合，所述進(jìn)氣管通過(guò)盛水罐底部直接連通曝氣氣囊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，所述的曝氣氣囊為具有細(xì)小微孔的三元乙丙橡膠材質(zhì)的曝氣氣囊，其結(jié)構(gòu)為凹凸的同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，所述的曝氣氣囊呈多個(gè)凹凸的同心環(huán)狀，每?jī)蓚€(gè)環(huán)狀氣囊之間的凹部具有均布的若干個(gè)排水支管，各個(gè)排水支管匯流于排水總管，由一個(gè)排水總管口排水，所述的若干個(gè)排水支管和排水總管組成所述排水管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，所述的排水總管的排水口處具有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，所述的盛水罐液面高度大于曝氣氣囊的高度，液面上有浮子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，所述的浮子與以嵌入盛水罐壁內(nèi)部的密封球狀物作為支點(diǎn)的杠桿一端連接，杠桿的另一端通過(guò)球鉸與桿件連接，桿件的另一端通過(guò)球鉸與手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥的手柄連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效燃料電池加濕器，其特征在于，所述的盛水罐為具有保溫材質(zhì)填充的密封罐。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK203774400SQ201420098055
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】袁昆, 姚汛, 牛遠(yuǎn)春, 馬天才, 孫澤昌, 章桐 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)