一种高效燃料电池加湿器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高效燃料电池加湿器，包括盛水罐，该盛水罐顶部有排气管和进水管，底部有进气管和排水管；所述的盛水罐内部安装有曝气气囊；所述的盛水罐液面有浮子和与其连接的杠杆；所述盛水罐的排水管端口有手动流量调节阀并与浮子相连接。与现有技术相比，本实用新型利用鼓泡加湿的原理，较其他鼓泡加湿器相比，综合利用电堆循环冷却水，不需要额外的加热丝来加热水温，无额外耗能，提高了鼓泡加湿的效率，使得结构更加紧凑，成本较低。
【专利说明】一种高效燃料电池加湿器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及加湿器，尤其是用于质子交换膜燃料电池的气体加湿器。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种电化学反应装置，直接将化学能转换为电能。根据电解质的不同，可以分为质子交换膜燃料电池，碱性燃料电池，磷酸型燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池工作温度低，电流密度大，响应速度快，性能稳定。而且反应生成物只有水，不存在腐蚀性。因此，质子交换膜燃料电池可以广泛地应用于移动电源领域。
[0003]质子交换膜燃料电池利用氢气和氧气反应产生电能。当分别向燃料电池阳极和阴极供给氢气与氧气时，反应气体经扩散层扩散，进入多孔阳极的氢原子被催化剂吸附并离化为氢离子和电子，氢离子经由质子交换膜转移到阴极，电子在电极内传递至负极集流板经外电路负载流向阴极，在阴极催化层上氢离子和氧离子结合成水分子。而电子通过外电路通过产生电能。
[0004]作为电解质的质子交换膜必须湿润，这样才能更好地传导质子，研究表明，质子交换膜的导电性与其含水量成正比。因此，为了提高转换效率，必须加湿质子交换膜。
[0005]目前燃料电池所用的加湿方法主要是通过加湿反应的气体，利用湿润的气体所携带的水汽来加湿质子交换膜。例如焓轮加湿，利用陶瓷转轮吸收尾气中的水汽和热量来对新鲜的进气加湿，但因为具有旋转部件，容易蹿气并且增加了耗能。中空纤维管束加湿器，该加湿器利用亲水材质制备的无孔中空纤维束，水从中空纤维束的外侧流过，加湿气体从纤维管束内侧流过，水由于浓差的作用从水侧扩散到气体进而完成对气体的加湿。该加湿具有结构紧凑，无额外耗能等优点，可以广泛适用于各种用于移动电源的场合，但是价格昂贵，显然不利降低燃料电池的成本。鼓泡加湿，将反应的气体通入盛有一定温度的水中，利用气泡表面传热传质达到加湿气体的目的。该加湿器结构简单，材料便宜。但因其加湿效率低，因此需要比较大的水箱，体积庞大，一般不能适用于移动场合，仅作为实验室用。专利CN102332591A所申请的一种用于燃料电池的反应气体加湿器也是基于鼓泡加湿的原理，但是其需要额外的加热套来加热水温，耗能大，而且没有起泡器，会导致气泡大，加湿效率低，不适用于移动场合，仅适用于小功率的燃料电池实验室测试。
[0006]另外燃料电池反应产生热量，需要对燃料电池进行冷却，稳定运行工况下燃料电池循环冷却水的温度一般为60-65°C左右，并且循环冷却水通过散热器散热。而气体加湿需要消耗热量，因此可以将循环水从电堆内部携带出来的热量用于加湿气体。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高了鼓泡加湿的效率，使得结构更加紧凑，成本较低，可以适用于移动电源场合的高效燃料电池加湿器。[0008]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，包括盛水罐，该盛水罐顶部有排气管和进水管，底部有进气管和排水管；所述的盛水罐内部安装有曝气气囊；所述的盛水罐液面有浮子和与其连接的杠杆；所述盛水罐的排水管端口有手动流量调节阀并与浮子相连接。
[0009]所述的曝气气囊底部和盛水罐底面紧密结合，所述进气管通过盛水罐底部直接连通曝气气囊。
[0010]所述的曝气气囊为具有细小微孔的三元乙丙橡胶材质(或者其它类似的具有细微小孔的材质)的曝气气囊，其结构为凹凸的同心环状结构(或者其他类似的结构)。
[0011]所述的曝气气囊呈多个凹凸的同心环状，每两个环状气囊之间的凹部具有均布的若干个排水支管(如4个)，各个排水支管汇流于排水总管，由一个排水总管口排水，所述的若干个排水支管和排水总管组成所述排水管。
[0012]所述的排水总管的排水口处具有手动流量调节阀。
[0013]所述的盛水罐液面高度大于曝气气囊的高度，液面上有浮子。
[0014]所述的浮子与以嵌入盛水罐壁内部的密封球状物作为支点的杠杆一端连接，杠杆的另一端通过球铰与杆件连接，杆件的另一端通过球铰与手动流量调节阀的手柄连接，通过浮子运动来推动流量调节阀手柄转动，改变流通孔径大小。
[0015]所述的盛水罐为具有保温材质填充的密封罐。
[0016]利用鼓泡加湿的原理，较其他鼓泡加湿器相比，综合利用电堆循环冷却水，不需要额外的加热丝来加热水温，无额外耗能。采用新型鼓泡材质提高了鼓泡加湿的效率，使得结构更加紧凑，成本较低。可以适用于移动电源场合，例如车载燃料电池发动机。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0017]采用电堆循环冷却水加湿气体，鼓泡蒸发带走大量的热量，一方面高温的循环冷却水有利于提高汽化率，有效利用了电堆余热；另一方面经过蒸发换热后的循环冷却水温降低，无需额外的散热器，因此循环冷却水系统无需散热器，精简结构，经济便捷；
[0018]采用浮子调节手动阀开度来控制，简单经济；
[0019]采用具有细微小孔的材质来曝气，使得气泡细小均匀，有利于气泡的传热和传质；
[0020]采用环状结构的曝气气囊，有利于增加曝气面积，提高曝气能力；
[0021]因此，本实用新型技术简单易行，高效经济，具有积极、有益的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的正面剖视示意图；
[0023]图2为本实用新型的俯视剖视图，剖切面为A-A ；
[0024]图3为本实用新型的排水管的局部剖视图，剖切面为B-B。
[0025]图中:
[0026]I箱体，2进水管，3排气管，4浮子，5杠杆，6球状支点，7球铰链a，8杆件，9热水，10曝气气囊，11球铰链b，12手动调节阀，13排水总管a，14进气管，15排水总管b，16排水支管。【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0028]实施例
[0029]如图1，图2，图3所示，一种高效燃料电池加湿器包括具有保温材质填充的密封盛水罐1，所述盛水罐I顶部有排气管3和进水管2 ;所述盛水罐I底部有进气管14和排水管13 ;所述盛水罐I核心为具有细小微孔的三元乙丙橡胶材质的曝气气囊10 (或者其它类似的具有细微小孔的材质)；所述盛水罐I液面有浮子4 ;所述盛水罐I的排水管13端口有手动流量调节阀12并与浮子4相连接。
[0030]其中:
[0031]所述盛水罐I为双层结构的不锈钢材质，中间填充保温材质。盛水罐I内部的有盛水区9，盛水区9的高度大于曝气气囊10的高度，所用的水为燃料电池电堆冷却循环水。
[0032]所述进水管2位于盛水罐I的顶部侧面，电堆冷却循环水由进水管2流入。
[0033]盛水区9液面有浮子4，浮子4的一端连接杠杆5，杠杆5的支点6为嵌入管壁的球状物，杠杆5的另一端通过球铰链7和杆件8连接，杆件8的另一端通过球铰链11和手动调节阀12的手柄连接。当盛水罐I中的液面低于设定液面时，浮子4下沉，带动杠杆5运动，进而带动杆件8上升，杆件8通过球铰链10带动手动调节阀12的手柄转动，从而使得调节阀12流通孔径变小(如图3所示)，减少流量，使水箱液面上升至平衡值。
[0034]进气管14位于盛水罐I底部，直接连通曝气气囊10 (示例中曝气气囊10的材质为具有细小微孔的三元乙丙橡胶材质)。曝气气囊10为若干圈同心环状凹凸结构(如图2所示)，圆环状突起结构是为了增加曝气面积，使气泡更均匀，曝气阻力更小。曝气气囊10底部和盛水罐I紧密结合在一起。干燥的气通过进气管14进去曝气气囊10的底部空腔内，并且扩散到各个同心环状的突起气囊中，由于压差的原因,气体通过曝气气囊材质中的微孔逸散到水中，形成均匀细小的气泡。
[0035]如图2和图3所示，曝气气囊10的同心环突起结构之间的凹部均匀分布若干个排水支管16 (本实施例中为4个，且各层同心环形结构的凹部设置的排水支管整体呈“十”字排布)，排水支管16最后汇流到排水总管a和排水总管b,排水总管a和排水总管b相通。这样在每个环状凹槽内水不断循环，从进水管2流入的高温电堆循环冷却水经过气泡换热后温度降低，并通过各个排水支管16流入排水总管a和排水总管b，最后排出。实现了对循环冷却水的冷却和对进气的加湿加热。
【权利要求】
1.一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，包括盛水罐，该盛水罐顶部有排气管和进水管，底部有进气管和排水管；所述的盛水罐内部安装有曝气气囊；所述的盛水罐液面有浮子和与其连接的杠杆；所述盛水罐的排水管端口有手动流量调节阀并与浮子相连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，所述的曝气气囊底部和盛水罐底面紧密结合，所述进气管通过盛水罐底部直接连通曝气气囊。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，所述的曝气气囊为具有细小微孔的三元乙丙橡胶材质的曝气气囊，其结构为凹凸的同心环状结构。
4.根据权利要求3所述的一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，所述的曝气气囊呈多个凹凸的同心环状，每两个环状气囊之间的凹部具有均布的若干个排水支管，各个排水支管汇流于排水总管，由一个排水总管口排水，所述的若干个排水支管和排水总管组成所述排水管。
5.根据权利要求4所述的一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，所述的排水总管的排水口处具有手动流量调节阀。
6.根据权利要求1所述的一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，所述的盛水罐液面高度大于曝气气囊的高度，液面上有浮子。
7.根据权利要求1或6所述的一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，所述的浮子与以嵌入盛水罐壁内部的密封球状物作为支点的杠杆一端连接，杠杆的另一端通过球铰与杆件连接，杆件的另一端通过球铰与手动流量调节阀的手柄连接。
8.根据权利要求1所述的一种高效燃料电池加湿器，其特征在于，所述的盛水罐为具有保温材质填充的密封罐。
【文档编号】H01M8/04GK203774400SQ201420098055
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】袁昆, 姚汛, 牛远春, 马天才, 孙泽昌, 章桐 申请人:同济大学