一种用于燃料电池的增湿器制造技术

本发明专利技术开发了一种燃料电池用增湿器，它采用鼓泡法对进入燃料电池的反应气（燃料和氧化剂）进行增湿。与常见的鼓泡增湿器不同，本发明专利技术的增湿器具有防止返水功能，可防止增湿器内的水返回增湿器之前的减压、气体流量测量/控制设备中，避免水腐蚀/堵塞设备部件，保证其正常使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及质子交换膜燃料电池水管理方法，具体地说是涉及一种燃料电池反应气的增湿技术。
技术介绍
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种能够将燃料中化学能直接转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高、环境友好、结构简单、操作方便等优点，不仅可用于建设分散电站，也适宜用作可移动动力电源，是电动汽车、潜艇的理想候选电源之一。PEMFC中核心部件为膜电极（MEA），MEA中膜的作用是传导质子、阻隔阴阳极气体。由于膜传导质子需要水的参与，一般采用对反应气预增湿方法，保证膜处于良好的水合状态。PEMFC中反应气增湿方法包括喷淋增湿、渗透膜增湿、焓轮增湿、鼓泡增湿等，其中鼓泡增湿法由于其所用设备简单、工艺简便、成本低廉等特点，在实验室燃料电池测试平台中较为常见。鼓泡增湿法示意图如图1所示。在燃料电池运行前，首先往增湿器中添加合适的水量，电池运行时反应气自下而上进入增湿器，以鼓泡的方式得到润湿，然后再通入燃料电池发生电化学反应。通过调节气体流量、水温、液面高度可改变加湿量的大小。为使得反应气达到较高的湿度，通常还需要对增湿器进行加热，并且还可以放置一些多孔物质，如玻璃珠，用于分散增湿器内的气泡，增大水的蒸发表面积，便于反应气更好的润湿。在实际的PEMFC测试平台中，反应气自气源（如高压气瓶）中出来，首先经过减压设备（包括减压阀、压力表等）将气压降低至燃料电池操作压力，然后才进入增湿器进行增湿。另外，为方便测量反应气流量，在增湿器之前还安装气体流量测量/控制设备（如转子流量计、质量流量控制器等）。上述减压、气体流量测量/控制设备通常需要在反应气干燥状态下才能正常工作，潮湿的气体会影响设备的测量、控制准确度，严重时会腐蚀/堵塞部件，造成设备失效，甚至会产生安全隐患。由于减压、气体流量测量/控制设备安装在增湿器之前，PEMFC正常运行时，增湿器中的液态水是不会进入这些设备的，但在PEMFC停车时通常需要使用减压设备对整个管路中的气体进行泄压，若泄压速度控制不当，增湿器出口气体压力高于进口压力，则增湿器内的水极易沿管路倒灌进入减压、气体流量测量/控制设备，造成设备的准确度降低、失效或损坏。
技术实现思路
针对以上PEMFC中鼓泡增湿器常见的问题，本专利技术的目的在于开发一种具有防止返水功能的增湿器，可防止增湿水返回增湿器之前的减压、气体流量测量/控制设备中。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种可防止返水的鼓泡增湿器，主要部件包括增湿器和防返水板。此增湿器可为反应气增湿，反应气自防返水板上方进气，经防返水板下端出口进入水中，经鼓泡润湿后的气体再通入燃料电池。所述的防返水板上端为反应气的进口，下端没入增湿器内水面以下；防返水板上端与增湿器内壁密封良好，将增湿器内部空间分为上下两部分，此上下两部分空间仅通过防返水板下端气孔连接。防返水板上端与增湿器内壁的密封方式包括焊接、弹性材料密封等。所述的增湿器中水的体积不大于防返水板上方增湿器空间的体积。所述增湿器反应气包括燃料和氧化剂。所述增湿器的水中可添加多孔状物质，如陶瓷环、玻璃珠等，用于分散反应气，增加水的蒸发表面积。所述增湿器还可安装加热装置，可以用加热棒等直接进行加热；也可以使用换热器，使加热介质与增湿水进行热交换，所用的加热介质是高温水、油等，还可以利用燃料电池循环冷却水。与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：通过在鼓泡增湿器中添加防返水板，可防止燃料电池停车时增湿器内的水返回位于增湿器之前的减压、气体流量测量/控制设备中，防止水腐蚀/堵塞设备部件，保证减压、气体测量/控制设备的正常使用寿命。本专利技术所述增湿器尤其适合应用于燃料电池测试平台中。附图说明：图1常见的鼓泡增湿器结构示意图图2实施例1可防止返水的鼓泡增湿器结构示意图图3实施例1中的防返水板图4实施例2可防止返水的鼓泡增湿器结构示意图图5实施例2中的防返水板具体实施方式：为使熟悉该项技艺人士了解本专利技术的目的、特征及功效，由下述具体实施例，并配合所附图式，对本专利技术详加说明，说明如后。实施例1：图2中的1为根据本专利技术所制作、具有防止返水功能的一种鼓泡增湿器，此增湿器可用于给PEMFC氧气增湿。此增湿器反应气进口、出口分别为2、3，进口2与增湿器之前的减压阀、压力表、气体流量计等相连接，出口3与燃料电池氧化剂入口相连接。此增湿器所用防返水板4形似漏斗，如图3所示，其中8为防返水板上端，9为下端。5为增湿器内高纯水，水位最低需淹没防返水板的下端，最高为反应气出口3的下边缘7。需要注意的是，增湿器内所能容纳的水体积不应超过防返水板上方空间的体积，即图2中的阴影6所示空间。PEMFC运行前首先往增湿器1中注入适量的高纯水5，使水位淹没防返水板下端。当电池开始运行时，氧化剂氧气自进口2进入增湿器，然后从漏斗形防返水板下端9出来，在高纯水5中鼓泡润湿，然后自出口3进入燃料电池进行电化学反应。当PEMFC停车时，即使增湿器之前的减压阀泄压速度很快，在增湿器进出口间形成负压（出口压力高于进口），增湿器内的水5将沿防返水板4的下端9上升进入空间6，由于空间6的体积可容纳增湿器内所有液态水，因此将不会有多余液态水通过进口2进入减压阀、压力表、气体流量计等设备，从而达到保护这些设备的目的。实施例2：图4中的1为根据本专利技术所制作、具有防止返水功能的另一种鼓泡增湿器，此增湿器可用于给PEMFC氢气增湿。与实施例1不同的是，此增湿器防返水板进行了改进，如图4所示，漏斗的容积更大，这样可使得防返水板上方空间更大，容纳更多的增湿水；增湿器内添加了一些多孔陶瓷环10，用于分散气泡，增加水的蒸发表面积；此外还安装了换热器11，换热器用于为增湿器内水加热，其中12为增湿器内被加热的水、气体通道，13、14分别换热器的进出口。此换热器11与燃料电池循环冷却水腔连接，因此可以利用燃料电池热量，有利于节约能源、提高能量利用率。此增湿器反应气进口2与增湿器之前的减压阀、压力表、气体流量控制器相连接，出口3与燃料电池燃料入口相连接。PEMFC开始运行时，燃料氢气自进口2进入增湿器，然后从防返水板下端9出来，在高纯水5中所鼓气泡被多空陶瓷环10分散；另外由于换热器11的作用，增湿水温较高，散碎的气泡与高温增湿水进行充分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有防止返水功能的鼓泡增湿器，其特征在于：增湿器（1）内部设置防返水板（4），燃料电池反应气自增湿器防返水板上端（8）进气，经防返水板下端（9）出口进入增湿水（5）中，经鼓泡润湿后的气体再通入燃料电池。

【技术特征摘要】
1.一种具有防止返水功能的鼓泡增湿器，其特征在于：增湿器（1）
内部设置防返水板（4），燃料电池反应气自增湿器防返水板上
端（8）进气，经防返水板下端（9）出口进入增湿水（5）中，
经鼓泡润湿后的气体再通入燃料电池。
2.根据权利要求1所述的具有防止返水功能的鼓泡增湿器，其特
征在于：所述防返水板上端（8）为反应气的进口，下端（9）
没入增湿水面以下；防返水板上端（8）与增湿器内壁为密封
结构，将增湿器内部空间分为上下两部分，此上下两部分空间
仅通过防返水板下端（9）气孔连接。
3.根据权利要求2所述的具有防止返水功能的鼓泡增湿器，其特
征在于：所述防返水板上端（8）与增湿器内壁的密封结构，
是通过焊接或...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪有陆，耿江涛，陈中岩，邵志刚，侯明，衣宝廉，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21