[实用新型]一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置

说明书

本实用新型涉及燃料电池技术领域,具体公开了一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，空气加热器的输入端与气源连接，空气加热器的输出端与混合腔的输入端连通，蒸气发生器包括蒸气发生装置和蒸气喷嘴，蒸气发生装置和蒸气喷嘴通过管道连接，蒸气喷嘴设置在混合腔内侧，蒸气发生装置设置在混合腔的外侧，混合腔的输出端与电堆阴极通道入口连通，补充加热器设置在混合腔内。本实用新型通过氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统，可以根据电堆冷启动工作环境自动调节加热时间，在低温启动时减少能耗，空气增湿加热系统在低温待机时为系统提供热源，防止燃料电池系统阴极侧结冰。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体为一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置。

背景技术

质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)是燃料电池一种，当氢燃料电池与外电路形成回路时，阳极侧氢气在催化剂(pt)作用下，氢气转化成氢质子，并与水结合形成水合质子，阴极侧的氧(空气中的氧气)在催化剂(pt)作用下形成氧离子，在阴阳极电位差作用下，水合氢质子定向从阳极迁徙到阴极，与阴极形成的氧离子结合生成水，同时，部分水在渗透压的作用下进入阳极流道，外电路形成电流。从而将反应气蕴含的化学能直接转换为电能。

随着燃料电池进入实用化阶段，燃料电池系统环境适应性尤其重要。低温储存以及低温启动是燃料电池系统研究的重要课题。影响燃料电池系统正常工作的因素很多，其中低温启动是衡量燃料电池系统性能的重要指标之一。

目前燃料电池系统常用的冷启动方式有两种，一是冷却通道加热空气不加热冷启动过程；二是冷却通道加热空气加热冷启动过程；但总的来讲冷启动较慢，且由于空气不加湿容易导致膜电极失水，影响膜电极寿命。

空气不加热冷启动过程：

由于冷启动温度过低导致电化学反应产生的水在流道内迅速形成冰堵，导致气体扩散能力急剧下降，阻碍了电化学反应的进行，导致电流密度变小，产热减少，引起冷启动失败。

空气加热冷启动过程：

由于空气加热温度不能过高，空气热含量较低，冷启动时，虽然在导流板进口附近没有形成冰堵，但在流道出口处同样会产生冰堵，导致冷启动失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，通过氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统，冷启动工作条件自动调节加热时间，空气增湿加热系统在低温待机时为系统提供热源，以解决上述背景技术中提出的低温启动时减少能耗和燃料电池系统结冰导致冷启动失败问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种燃料电池电堆低温启动空气增湿加热装置，包括电堆、气源、空气加热器、蒸气发生器、混合腔和补充加热器；所述电堆内设有阴极通道入口，所述空气加热器的输入端与所述气源连接，所述空气加热器的输出端与所述混合腔的输入端连通，所述蒸气发生器包括蒸气发生装置和蒸气喷嘴，所述蒸气发生装置和蒸气喷嘴通过管道连接，所述蒸气喷嘴设置在所述混合腔内侧，所述蒸气发生装置设置在所述混合腔的外侧，所述混合腔的输出端与所述阴极通道入口连通，所述补充加热器设置在所述混合腔内。

进一步地，所述混合腔的出气口和所述电堆负极之间设有温度传感器，所述温度传感器为Pt100温度传感器。

进一步地，所述蒸气喷嘴设置在所述混合腔的内侧顶部。

进一步地，所述补充加热器由不锈钢材料制成。

进一步地，所述气源为空压机或风机。

进一步地，所述电堆连接外供电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

氢空气燃料电池电堆空气增湿加热系统，可以根据电堆冷启动工作条件自动调节加热时间，这样在低温启动时减少能耗。