[发明专利]一种质子交换膜燃料电池自增湿系统

说明书

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体公开了一种质子交换膜燃料电池自增湿系统，包括燃料电池、第一分水器、超声波雾化器、空压机和中冷器，第一分水器设在燃料电池的阴极出口处，第一分水器的出水口与超声波雾化器的入口连接，超声波雾化器的出口与空压机的出口连接，超声波雾化器形成的雾化水能够在空压机的出口处被高温空气气化成水蒸汽；空压机的出口与中冷器的入口连接，中冷器的出口与燃料电池的阴极入口连接。本发明利用汽化燃料电池阴极出口排出的液态水，通过超声波雾化器、空压气、中冷器等把收集到的液态水汽化并引入空气系统，实现燃料电池对其反应空气的自增湿。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池自增湿系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池以空气为氧化剂，氢气为燃料，通过电化学反应向外输出直流电，排出的废气为水。电化学反应的核心部件是由电解质膜和阳极与阴极组成的膜电极，其中，电解质膜的电导率大小强烈依赖膜中的含水量，即要保持电解质具有一定的含水量，电解质膜才能保持良好质子传导。因此，需要反应气氢气和空气中含有适当的水汽，这样就需要对氢气和空气反应气进行增湿，目前氢气的增湿主要是依靠氢气循环泵把燃料电池堆氢气出口的部分含水汽的氢气泵入进口，与进口反应气混合增湿氢气。而空气的增湿通常采用两种方式，一是利用膜增湿器或焓轮增湿器对空气进行增湿；另一方案是利用超薄的电解质膜，只通过循环氢气增湿电解质膜，空气不增湿，以达到降低发电系统体积的目的。但是研究发现，空气的适当增湿，无论是采用薄的还是较厚的电解质膜，对燃料电池电池性能的提高和保持膜电极寿命都是有利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池自增湿系统，以通过汽化燃料电池阴极出口排出的液态水，实现燃料电池对其反应空气的自增湿。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种质子交换膜燃料电池自增湿系统，包括燃料电池、第一分水器、超声波雾化器、空压机和中冷器；所述第一分水器设在所述燃料电池的阴极出口处，所述第一分水器用于收集燃料电池电化学反应生成的液态水；所述第一分水器的出水口与所述超声波雾化器的入口连接，所述超声波雾化器用于将所述第一分水器收集的液态水形成雾化水；所述超声波雾化器的出口与所述空压机的出口连接，所述超声波雾化器形成的雾化水能够在所述空压机的出口处被高温空气气化成水蒸汽；所述空压机的出口与所述中冷器的入口连接，所述中冷器用于把所述空压机排出的带有水蒸汽的空气温度降低到适合燃料电池工作的温度；所述中冷器的出口与所述燃料电池的阴极入口连接。

优选地，所述第一分水器的出水口通过水泵与所述超声波雾化器的入口连接，所述水泵用于将所述第一分水器收集的液态水引入所述超声波雾化器中。

或者，所述第一分水器的出水口通过射流器与所述超声波雾化器的入口连接，所述射流器用于将所述第一分水器收集的液态水引入所述超声波雾化器中。

优选地，所述中冷器的出口处设有第二分水器，所述第二分水器用于收集所述中冷器中流出的液态水。

优选地，所述第一分水器与所述水泵之间设有流量阀，所述流量阀用于控制进入所述水泵的水量。

优选地，所述第一分水器与所述射流器之间设有流量阀，所述流量阀用于控制进入所述射流器的水量。

优选地，所述流量阀通过调节水量使空气中的水蒸汽在中冷器中的相对湿度控制为40％-60％。

本发明的质子交换膜燃料电池自增湿系统利用收集部分燃料电池阴极出口排出的液态水，通过超声波雾化器、空压气、中冷器等把收集到的液态水汽化并引入空气系统，实现燃料电池发电系统的自增湿。本发明不需要外部引入水，通过一个巧妙的流程和少量部件实现了空气自增湿，比传统增湿方式简单，引入超声波雾化，可以使水气进入空气主流道中迅速汽化，不会产生液态水，通过控制进水量，可以使空气中的水蒸汽通过中冷器进入电池前不发生冷凝，从而不产生液态水。

附图说明