[实用新型]一种带压力自平衡功能的燃料电池膜增湿器装置

说明书

本实用新型公开了一种带压力自平衡功能的燃料电池膜增湿器装置，包括膜增湿器、增湿水罐和连通管，所述增湿水罐为密封结构，所述增湿水罐的靠近底部的一侧为循环水，所述增湿水罐的靠近顶部的一侧为气腔，所述膜增湿器中设有气体流道和循环水流道，所述气体流道通过所述连通管与所述增湿水罐中的气腔相通，所述循环水流道的进口通过循环水管与所述增湿水罐内的循环水相通，所述循环水流道的出口通过循环水管与所述增湿水罐的内部相通，所述循环水管上设有用于给循环水提供动力的循环泵。本实用新型为膜增湿器提供了压力自平衡功能，拓展了膜增湿的适用压力范围和应用领域，延长了膜增湿器的使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池增湿装置，具体涉及一种带压力自平衡功能的燃料电池膜增湿器装置。

背景技术

燃料电池工作过程中，氢气经催化剂作用在阳极形成的氢离子，通过质子交换膜渗透到阴极，而质子只有与水结合后才能透过膜到达阴极。因此透过膜的质子数量越多，同质子一起从阳极渗透到阴极的水也越多，阳极侧的水会不断减少，而阴极侧得到从阳极侧渗透过来的水加上自身反应生成水，会导致阴极侧的水越来越多。最终导致质子交换膜的阳极侧脱水，膜电导率降低、催化剂活性下降，电池的欧姆压降也会增大，如果质子交换膜脱水严重会造成膜的破裂，致使氢气和氧气直接混合。为了避免膜失水，需要通过增湿对阳极侧补充水，空气中的氧气含量较少，如果阴极反应气为空气，为提高氧气浓度，需提高流速，阴极气体未加湿会使得阳极到阴极的水迁移量更多，因此在燃料电池工作过程中，阴极、阳极都要进行适量增湿。过量增湿会淹没电极，破坏电化学反应，致使燃料电池不能正常工作，因此，增湿系统的控制在燃料电池工作中显现尤为重要，将直接影响燃料电池的工作效率。

目前常用于质子交换膜燃料电池的增湿方法为外增湿法和内增湿法，外增湿法主要有三种：鼓泡增湿、喷淋增湿、膜增湿；内增湿法主要有两种：渗透膜法、多空碳板法。

其中，膜增湿法具有结构简单、增湿快速、高效的优点，适合集成到燃料电池成套系统中，是燃料电池配套增湿系统的主要方式，但膜增湿法也具有耐压能力低，易破裂的明显缺点。尤其是为保证燃料电池高效运行，除需要增湿外，还需进行气体背压以提高燃料电池内部气体浓度，背压系统会使膜增湿器的气相压力升高，若膜增湿器内部气-液两相压差超过膜增湿器承受能力，会使膜增湿器内的膜破裂。因此，设计一种带压力自平衡功能的燃料电池膜增湿器装置显得尤为重要。

专利CN201220730440.9提供了一种燃料电池发动机进气增湿可调装置，其原理是利用增湿器和循环水对气体进行增湿，在其设计中没有对膜增湿器的气-液两相压差进行有效控制和相应保护措施，若出现气-液两相压差超出膜增湿器承受范围的情况，很容易导致增湿膜破裂。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研究设计一种带压力自平衡功能的燃料电池膜增湿器装置，来解决使用膜增湿器对燃料电池进行增湿时，由于气-液两相压差过大而导致增湿膜易破裂的问题。本实用新型采用的技术手段如下：

一种带压力自平衡功能的燃料电池膜增湿器装置，包括膜增湿器、增湿水罐和连通管，所述增湿水罐为密封结构，所述增湿水罐的靠近底部的一侧为循环水，所述增湿水罐的靠近顶部的一侧为气腔，所述膜增湿器中设有气体流道和循环水流道，所述气体流道通过所述连通管与所述增湿水罐中的气腔相通，所述循环水流道的进口通过循环水管与所述增湿水罐内的循环水相通，所述循环水流道的出口通过循环水管与所述增湿水罐的内部相通，所述循环水管上设有用于给循环水提供动力的循环泵。

优选地，所述增湿水罐上设有进液管，所述进液管上设有进液控制阀。

优选地，所述增湿水罐上设有液位管，所述液位管的一端与所述增湿水罐的靠近顶部的一侧相通，另一端与所述增湿水罐的靠近底部的一侧相通，所述液位管的靠近增湿水罐顶部的一端上设有第一液位计，所述液位管的靠近增湿水罐底部的一端上设有第二液位计。