專利名稱：一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氫燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種氫燃料電池全自動(dòng) 加濕和水管理系統(tǒng)。 技術(shù)背景
氫氣和氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)會(huì)釋放出大量的能量，反應(yīng)后的剩余物質(zhì)是 水，水不會(huì)污染環(huán)境。因此氫燃料是燃料利用率高、無污染、環(huán)保型、最 理想的新能源。因此，氫燃料電池系統(tǒng)作為可再生能源系統(tǒng)己被世界各國 高度關(guān)注。
近幾十年來，雖然燃料電池技術(shù)及氫燃料電池系統(tǒng)得到了長足發(fā)展，但 在一些關(guān)鍵技術(shù)方面還存在很多問題，制約著它的批量生產(chǎn)和使用。其中 一個(gè)問題即為氫燃料電池的全自動(dòng)加濕和水管理問題。目前的氫燃料電池 系統(tǒng)對氫燃料電池加濕分內(nèi)部加濕和外部加濕兩種方式，根據(jù)國內(nèi)外的技 術(shù)報(bào)告得知，至今均未取得良好的效果如Bllchi和Srinivasan對不經(jīng)反 應(yīng)氣加濕(內(nèi)加濕)的PEM燃料電池操作數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入研究，不經(jīng)外部 加濕的電池性能比反應(yīng)氣加濕(外加濕)的電池效率低40%;而這些年來人 們對氫燃料電池系統(tǒng)采用外部加濕的方法已達(dá)7種之多，同樣均存在難以 克服的敝病
1.如將反應(yīng)氣通過水溫可控的鼓泡器進(jìn)行加濕，這種方法只適用于實(shí)驗(yàn)室；
2.用高壓泵和控制噴射器的螺線閥門的加濕方法，使電池的價(jià)格、重 量和自身能耗很高；
3. 用金屬泡沬產(chǎn)生細(xì)小的噴射水來加濕進(jìn)氣，能耗高，很難控制；
4. 在質(zhì)子交換膜的氣體擴(kuò)散層加入燈芯加濕，其缺點(diǎn)是增加了電池的 密封難度；
5. 將液態(tài)水直接注入電池的方法，該方法需要對雙極板采用特殊的"交 指狀流場"迷宮設(shè)計(jì)，但對電極破損和電極的長期性能也沒有確知；
6. 采用吸水材料做成旋片，即把出口空氣通道的水旋到進(jìn)口空氣通道 中，其缺點(diǎn)是體積大，功耗大，很難控制；
7. 隔膜法，即將出口空氣通道和進(jìn)口空氣通道相重疊，在兩通道中間 加一層吸水材料膜，膜吸收了出口空氣中大量的水分，通過滲透被進(jìn)口 空氣吸收，達(dá)到給進(jìn)口空氣加濕的目的。其缺點(diǎn)是不能隨意控制。
因此，到目前為止氫燃料電池系統(tǒng)的氫燃料電池的加濕問題仍是存在的 技術(shù)難點(diǎn)之一。 實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種加濕量可全自動(dòng) 控制，加濕器件可根據(jù)各種電池功率的不同而隨意配置的氫燃料電池的全 自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述之目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。 一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)，其包括超聲波霧化箱、冷凝 器、連接有空氣鼓入泵的電堆、冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻器和控制組件，其特征在于:在超聲波霧化箱中安裝有集成化超聲波霧化器和水位傳感器，在超聲波霧化 箱上裝有導(dǎo)霧管，導(dǎo)霧管的一端與超聲波霧化箱連接，導(dǎo)霧管另一端設(shè)有水
霧噴口；在超聲波霧化箱的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水進(jìn)氣口；所述冷凝器安裝在電堆的 排氣管道中，冷卻器安裝在冷卻風(fēng)機(jī)的送風(fēng)管道中，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有循環(huán)水 泵及水箱，循環(huán)水泵、水箱、冷卻器、冷凝器通過冷卻水管相連通；在冷凝 器下方裝有接水盤，接水盤下安裝有與超聲波霧化箱相通的冷凝水及熱空氣 管道，所述控制組件與安裝在超聲波霧化箱中的水位傳感器、安裝在電堆排 氣管中的溫濕度傳感器、循環(huán)水泵、冷卻風(fēng)機(jī)、電堆相連通。
所述的導(dǎo)霧管的水霧噴口安裝在空氣鼓入泵的喇叭狀空氣入口內(nèi)。
所述的集成化超聲波霧化器為灌鑄型全密封結(jié)構(gòu)。
所述冷凝器和冷卻器由特殊設(shè)計(jì)的具有波紋角度和交叉設(shè)置的不銹鋼濕 膜和冷卻水管構(gòu)成，冷卻水管盤旋插設(shè)在不銹鋼濕膜中。
本實(shí)用新型的有益效果在于其包括超聲波霧化箱、冷凝器、連接有空 氣鼓入泵的電堆、冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻器和控制組件，在超聲波霧化箱中安裝有 集成化超聲波霧化器和水位傳感器，在超聲波霧化箱上裝有導(dǎo)霧管，導(dǎo)霧管 的一端與超聲波霧化箱連接，導(dǎo)霧管另一端設(shè)有水霧噴口；在超聲波霧化箱 的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水進(jìn)氣口；所述冷凝器安裝在電堆的排氣管道中，冷卻器安裝 在冷卻風(fēng)機(jī)的送風(fēng)管道中，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有循環(huán)水泵及水箱，循環(huán)水泵、水 箱、冷卻器、冷凝器通過冷卻水管相連通；在冷凝器下方裝有接水盤，接水 盤下安裝有與超聲波霧化箱相通的冷凝水及熱空氣管道，所述控制組件與安 裝在超聲波霧化箱中的水位傳感器、安裝在電堆排氣管中的溫濕度傳感器、 循環(huán)水泵、冷卻風(fēng)機(jī)、電堆電堆相連通，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)如下1、 其通過集成化超聲波霧化器進(jìn)行水霧化對電堆加濕，霧粒直徑小， 易被空氣和氫氣吸收。同時(shí)霧粒吸收空氣中的潛熱二次氣化時(shí)，可降低燃 料電池的工作溫度。同時(shí)該超聲波霧化器體積小，重量輕，全灌鑄密封，
使用壽命長。能耗小，產(chǎn)生1.2 kg/h的加濕量僅需0.08kw可滿足功率為 2kw燃料電池加濕。
2、 加濕時(shí)，是利用燃料電池內(nèi)部反應(yīng)時(shí)自身產(chǎn)生的純凈水，不需另外 加水。對電池的正常運(yùn)行和使用壽命有很高的價(jià)值。


圖1是本實(shí)用新型含部分剖視的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的原理流程圖3是本實(shí)用新型的冷凝器裝有接水盤時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述， 一種氫燃料 電池全自動(dòng)加濕及水管理系統(tǒng)，如圖1至圖3所示，其中本實(shí)用新型中的冷 卻器13的結(jié)構(gòu)與冷凝器11的相同，如圖3所示，本系統(tǒng)包括超聲波霧化箱 7、冷凝器11、連接有空氣鼓入泵2的電堆4、冷卻風(fēng)機(jī)6、冷卻器13和控 制組件18，在超聲波霧化箱7中安裝有集成化超聲波霧化器21和水位傳感 器17，在超聲波霧化箱7上裝有導(dǎo)霧管8，導(dǎo)霧管8的一端與超聲波霧化箱 7連接，導(dǎo)霧管8另一端設(shè)有水霧噴口 9;在超聲波霧化箱7的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水 進(jìn)氣口；所述的冷凝器11和冷卻器13由特殊設(shè)計(jì)的具有波紋角度和交叉設(shè) 置的不銹鋼濕膜19和冷卻水管20構(gòu)成，冷卻水管20盤旋插設(shè)在不銹鋼濕膜 19中；冷凝器11安裝在電堆4的排氣管道5中，冷卻器13安裝在冷卻風(fēng)機(jī)6的送風(fēng)管道中，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有循環(huán)水泵14及水箱15，循環(huán)水泵14、水 箱15、冷卻器13、冷凝器11通過冷卻水管20相連通；在冷凝器ll下方裝 有接水盤12，接水盤12下安裝有與超聲波霧化箱7相通的冷凝水及熱空氣 管道，所述控制組件18與安裝在超聲波霧化箱7中的水位傳感器17、安裝 在電堆排氣管中的溫濕度傳感器16、循環(huán)水泵14、冷卻風(fēng)機(jī)6、電堆4相連 通。
導(dǎo)霧管8的水霧噴口 9安裝在空氣鼓入泵2的喇叭狀空氣入口1內(nèi)，所 述的集成化超聲波霧化器21為灌鑄型全密封結(jié)構(gòu)。
所述冷凝器11和冷卻器13由特殊設(shè)計(jì)的具有波紋角度和交叉設(shè)置的 不銹鋼濕膜19和冷卻水管20構(gòu)成，冷卻水管20盤旋插設(shè)在不銹鋼濕膜19 中。
根據(jù)所需最大加濕量的不同，超聲波霧化箱7中可裝置不同數(shù)量的集 成化超聲波霧化器21，微細(xì)顆粒的水霧通過導(dǎo)霧管8到達(dá)喇叭狀空氣入口 1，由于空氣鼓入泵2的抽力，在喇叭狀空氣入口 1處為負(fù)壓，故水霧很容 易被空氣鼓入泵2吸入，和空氣混合后送入電堆4中，增加電堆中氫氣、 氧氣電化學(xué)反應(yīng)時(shí)因溫度升高而變小的相對濕度。
冷凝水生成部分包括冷凝器ll，接水盤12;冷凝器ll，接水盤12均 安裝在排氣管5中。冷凝器11是由不銹鋼濕膜19和冷卻水管20組成，由 特殊設(shè)計(jì)的具有波紋角度和交叉設(shè)置的不銹鋼濕膜19和冷卻水管20構(gòu)成， 冷卻水管20盤旋插設(shè)在不銹鋼濕膜19中，其特殊結(jié)構(gòu)為其與空氣之間提 供了巨大的接觸面積，同時(shí)不銹鋼濕膜19為耐腐蝕的高導(dǎo)熱材料，冷卻水 管20冷水將不銹鋼濕膜19制冷，當(dāng)含有大量水氣的熱氣在排氣管5中穿過冷凝器ll時(shí)，由于溫度降低，使排氣的相對濕度升高，當(dāng)達(dá)到飽和狀態(tài)
時(shí)，就在不銹鋼濕膜19的波紋中產(chǎn)生了冷凝水滴入接水盤中，此冷凝水在 重力和空氣鼓入泵2的負(fù)壓抽力下，流入到超聲波霧化箱7中供集成化超 聲波霧化器21的用水，冷卻風(fēng)機(jī)6是為冷卻電堆4而設(shè)置的。在此實(shí)用新 型中巧妙地在冷卻風(fēng)機(jī)6的出風(fēng)管道中安裝了冷卻器13，冷卻器13的結(jié)構(gòu) 與冷凝器11 一樣。其作用是將循環(huán)水泵14從水箱15中提供的水進(jìn)行冷卻， 此水通過冷卻水管20送到冷凝器11中的冷卻水管20中，將不銹鋼濕膜19 制冷，達(dá)到產(chǎn)生冷凝水的目的。這樣形成了循環(huán)水泵14、冷卻器13、冷凝 器ll、水箱15的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。
在排氣管5中安裝了溫濕度傳感器16，當(dāng)排氣管道5中的濕度若低于 一定數(shù)值時(shí)，如95%RH，則控制組件18根據(jù)溫濕度傳感器16給出的濕度數(shù) 值，由控制組件18去控制集成化超聲波霧化器的霧化量增加，反之則控制 霧化量相應(yīng)減少。使電堆4的內(nèi)部相對濕度永遠(yuǎn)自動(dòng)保持在90%RH_98%RH 的狀態(tài)。當(dāng)排氣管5中的溫度過高時(shí)，溫濕度傳感器16給出溫度數(shù)值，由 控制組件18去控制冷卻風(fēng)機(jī)6的轉(zhuǎn)速增加，使散熱風(fēng)量增大，從而降低電 堆4的溫度，反之亦然。
在超聲波霧化箱7中安裝了水位控制器17，當(dāng)水位太高時(shí)，會(huì)影響霧 化量同時(shí)會(huì)淹沒冷凝水和熱空氣管道10進(jìn)入超聲波霧化箱7的入口。水位 控制器17給出數(shù)值給控制組件18,去控制循環(huán)水泵14的轉(zhuǎn)速，使冷凝器 11中的冷卻水的水量向小變化，使冷凝器ll溫度升高，促使冷凝水變小。 從而減少了進(jìn)入超聲波霧化箱7的水量，使水位降低，反之亦然。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕及水管理系統(tǒng)的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是 依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改，等同變化 與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)，其包括超聲波霧化箱、冷凝器、連接有空氣鼓入泵的電堆、冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻器和控制組件，其特征在于在超聲波霧化箱中安裝有集成化超聲波霧化器和水位傳感器，在超聲波霧化箱上裝有導(dǎo)霧管，導(dǎo)霧管的一端與超聲波霧化箱連接，導(dǎo)霧管另一端設(shè)有水霧噴口；在超聲波霧化箱的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水進(jìn)氣口；所述冷凝器安裝在電堆的排氣管道中，冷卻器安裝在冷卻風(fēng)機(jī)的送風(fēng)管道中，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有循環(huán)水泵及水箱，循環(huán)水泵、水箱、冷卻器、冷凝器通過冷卻水管相連通；在冷凝器下方裝有接水盤，接水盤下安裝有與超聲波霧化箱相通的冷凝水及熱空氣管道，所述控制組件與安裝在超聲波霧化箱中的水位傳感器、安裝在電堆排氣管中的溫濕度傳感器、循環(huán)水泵、冷卻風(fēng)機(jī)、電堆相連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)，其 特征在于:所述的導(dǎo)霧管的水霧噴口安裝在空氣鼓入泵的喇叭狀空氣入口內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)，其 特性在于所述的集成化超聲波霧化器為灌鑄型全密封結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)， 其特征在于所述冷凝器和冷卻器由特殊設(shè)計(jì)的具有波紋角度和交叉設(shè)置的 不銹鋼濕膜和冷卻水管構(gòu)成，冷卻水管盤旋插設(shè)在不銹鋼濕膜中。
專利摘要本實(shí)用新型涉及氫燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種氫燃料電池全自動(dòng)加濕和水管理系統(tǒng)，其包括超聲波霧化箱、冷凝器、連接有空氣鼓入泵的電堆、冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻器和控制組件，在超聲波霧化箱中安裝有集成化超聲波霧化器和水位傳感器，所述冷凝器安裝在電堆的排氣管道中，冷卻器安裝在冷卻風(fēng)機(jī)的送風(fēng)管道中，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有循環(huán)水泵及水箱，循環(huán)水泵、水箱、冷卻器、冷凝器通過冷卻水管相連通；在冷凝器下方裝有接水盤，接水盤下安裝有與超聲波霧化箱相通的冷凝水及熱空氣管道，所述控制組件與安裝在超聲波霧化箱中的水位傳感器、安裝在電堆排氣管中的溫濕度傳感器、循環(huán)水泵、冷卻風(fēng)機(jī)、電堆相連通，本系統(tǒng)體積小，重量輕，能耗小，使用壽命長。
文檔編號H01M8/04GK201146217SQ200720178820
公開日2008年11月5日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者徐豐彩 申請人:東莞市豐遠(yuǎn)電器有限公司