[实用新型]一种燃料电池膜管增湿器新结构

说明书

本实用新型公开一种燃料电池膜管增湿器新结构，由于其通过改变湿润气体出入口的位置，降低湿润气体通路的流阻，使气体在膜管增湿器外壳与中通纤维膜管外表面所形成的空间内形成回旋流动，并且降低了气流对膜管的直接冲击导致膜管发生断裂的概率，不仅能够一定程度上提高湿热交换效率，实现高效增湿，而且增强了膜管增湿器以及鼓风机的使用寿命。所述增湿器新结构包括：外壳，包括壳体、与之相匹配的首端和尾端、以及两端处设置在远离其横截面中心线的边沿位置的湿润气体入口和出口；中通纤维膜管，所述中通纤维膜管的两端被密封材料封装在所述首端和尾端，保证膜管中心通孔不堵塞；以及端帽，该端帽分别与首端和尾端连接，并设置有干燥气体的入口和出口。

技术领域

本实用新型涉及一种膜管增湿器新结构，尤其是涉及一种能够有效降低风阻，响应速度快，增湿性能优异的大功率燃料电池膜管增湿器新结构。

背景技术

燃料电池是一种把阴阳极燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置，是继水电、火电以及核电之后的又一发电方式。由于燃料电池是通过电化学氧化还原反应实现化学能与电能的转化，不必经过热机过程，不受卡诺循环的限制，因此其能量转化效率是内燃机的两倍，而且反应过程不产生有害排放物，环境友好，清洁无污染。整个燃料电池装置包含的运动部件不多，因此与传统的水电，火电的发电机组相比，不仅安静无噪音污染，而且稳定可靠，维护成本低。此外，一般电池的活性物质都贮存在电池内部，因此也限制了电池的容量，与此截然不同的是，燃料电池本身只是一个催化转换的元器件，并不包含活性物质，其能量来源于外部的燃料供给系统。因此原则上只要燃料不断输入，燃料电池就能连续地持续发电，没有容量的限制。

根据工作温度不同，燃料电池可以分为高温燃料电池和低温燃料电池。根据其电解质的不同，高温燃料电池又可以分为熔融碳酸盐燃料电池（MCFC，工作温度650oC）和固体氧化物燃料电池（SOFC，工作温度1000oC）；低温燃料电池也可以分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。在这些不同种类的燃料电池中，PEMFC由于具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。该燃料电池所使用的质子交换膜，为质子的迁移提供良好的通道，使得质子从膜的阳极侧传递到阴极侧，保证离子导电过程的畅通，与此同时，电子经外电路转移，从而构成完整的电流回路，向外界供电。因此，质子交换膜离子传导性能的好坏直接影响着该燃料电池的性能和使用寿命。

目前PEMFC所采用的质子交换膜普遍采用的仍是Nafion膜，它是一种磺化的含氟高聚物，具有化学稳定性和热稳定性好、电导率高、机械强度高等优点，可在强酸、强碱、强氧化剂介质和高温等苛刻条件下使用。但是要保证其良好的质子导电率，就必须提供足够的水分。过度干燥条件下，没有水分子的参与，质子交换膜传导质子的效率急剧降低，电流回路的欧姆压降增加，电池输出功率降低；但是如果含水量过多，又会发生水淹现象，三相反应界面减少，电化学反应受阻，进而使电池性能急剧衰减。由此可见，维持质子交换膜良好的水化条件是保证PEMFC正常运行并具有良好性能的关键因素。

为了保证质子交换膜含有适量的水分，燃料电池系统中专门增设了增湿环节，增湿效果的好坏很大程度上决定了燃料电池乃至汽车整车的工作性能。发展到现阶段，应用较多的增湿方法主要有鼓泡法、液态水喷射法、焓轮增湿法、湿膜增湿法、自增湿法等。目前惯常采用的做法是，在空气进堆前对其进行外增湿。同样是利用水的渗透扩散来实现对反应气体的增湿，但由于液态水增湿方式需要利用液态的去离子水，不仅增加了系统的自重，而且运行过程中需要不断的补充水分，增加了运营成本。而气体增湿可以利用阴极高湿高热尾气对燃料气进行增湿，有利于整个系统的热量和水分的回收。所以，在不考虑燃料电池体积的前提下，气体增湿成为目前最佳的增湿方式。