[实用新型]一种利用燃料电池电堆废热辅助增湿的鼓泡式增湿器及燃料电池电堆系统

说明书

本实用新型公开了一种利用燃料电池电堆废热辅助增湿的鼓泡式增湿器及燃料电池电堆系统，所述增湿器包括增湿器壳体；沿增湿器壳体轴线由下至上依次设有进气管、填充有波纹填料的气升管以及除雾器；气升管与增湿器壳体内壁之间设有加热棒；增湿器壳体内壁设有具有内腔的夹套。本实用新型解决大气量鼓泡增湿难的问题；干空气进入增湿器后，在波纹填料和除雾器的作用下干空气会得到很好的增湿，湿度能够达到100％@设定温度，波纹填料中溢出的去离子水能回流到增湿器底部的加热区进行加热，保证增湿器内水温上下保持一致，同时管路增加保温作用可以使进入燃料电池电堆湿度不低于100％@设定温度。

技术领域

本实用新型为关于一种燃料电池电堆，特别是关于一种配置有反应气体温度和湿度调节装置的燃料电池电堆系统。用于对施加到燃料电池电堆阴极侧的充入空气进行加湿的增湿系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种通过电催化反应将燃料与氧化剂中的化学能直接高效地转化为电能的发电装置。该种电池是由双极板、MEA、集流板、端板等组件构成。然而在燃料电池运行过程中，质子在电解质膜中实质上是以水合质子的形式从阳极迁移至阴极，在持续通入干燥的阳极燃料的情况下，很容易造成阳极端电解质膜的干枯现象。在阴极端也同样存在电解质膜干枯现象，尤其是使用空气作为氧化剂时，需要通入过量空气，当大量干空气吹入时，未反应的高温气体容易将阴极区域产生的产物水汽化，随着反应气体的快速流动一起被带出燃料电池电堆，致使阴极端缺水。电解质膜的水分缺失将使燃料电池电堆的内阻迅速增加，从而使电池性能急剧下降。因此，在反应气体参与反应前，需对其进行增湿以补充电解质膜上缺失的水分，保证良好的质子传递性能。

质子交换膜燃料电池增湿方法大致可以分为两种：一种内增湿，一种外增湿。内增湿主要包括湿膜加湿器、渗透膜增湿、自增湿等。外增湿包括假电池增湿、直接液态水注射增湿、升温增湿、液态水喷射增湿、焓轮增湿、鼓泡增湿等。实验室中最常见的增湿方法就是鼓泡法增湿，传统的鼓泡式增湿，效果差，浪费能源，达不到所需要的增湿能力，会使膜的湿度不够，达不到膜的最佳性能，当大气量通过增湿器中时，很容易携带液态水进入到电堆，这样会造成燃料电池电堆被水淹，使其性能和均匀性瞬间变差，长时间运行整个燃料电池电堆会造成不可逆的损坏。为了解决传统鼓泡式增湿方法的各种弊端，特研究出本专利提到的鼓泡增湿方法，即提高鼓泡增湿法的增湿能力、克服了液态水问题，同时大大节省能源。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种增湿效率高，不携带液态水，同时可利用燃料电池电堆产生的尾气中的废热给增湿器进行辅助加热的鼓泡式增湿器及燃料电池电堆系统。本实用新型采用的技术手段如下：

一种利用燃料电池电堆废热辅助增湿的鼓泡式增湿器，包括增湿器壳体；

所述增湿器壳体上设有用于向所述增湿器壳体注入去离子水的多个加水口；

沿所述增湿器壳体轴线由下至上依次设有用于引入干空气的进气管、填充有波纹填料的气升管以及除雾器；

所述进气管下端从所述增湿器壳体穿出且与干空气进气口连通，上端从所述气升管下端伸入至所述波纹填料下方；

所述波纹填料，被配置为用于分散空气和使空气充分与去离子水接触；

所述除雾器，被配置为用于将从所述波纹填料溢出的气体中多余的液态去离子水滤掉；

所述气升管与所述增湿器壳体内壁之间设有多个以所述增湿器壳体轴线为轴分布的用于加热所述增湿器壳体内去离子水的加热棒；

所述增湿器壳体内壁设有具有内腔的夹套，所述夹套上设有用于燃料电池电堆空气出口尾排热空气进出的尾气进口和尾气出口；

位于所述除雾器上方的所述增湿器壳体上设有增湿气出口。

所述波纹填料为多孔波纹填料。

所述除雾器由金属网按照一定方式排列制成，透气性极好。