[go: up one dir, main page]

CN100356623C - 一种燃料电池自增湿方法 - Google Patents

一种燃料电池自增湿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100356623C
CN100356623C CNB2005100120748A CN200510012074A CN100356623C CN 100356623 C CN100356623 C CN 100356623C CN B2005100120748 A CNB2005100120748 A CN B2005100120748A CN 200510012074 A CN200510012074 A CN 200510012074A CN 100356623 C CN100356623 C CN 100356623C
Authority
CN
China
Prior art keywords
humidification
self
fuel cell
cooling water
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100120748A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1710740A (zh
Inventor
裴普成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CNB2005100120748A priority Critical patent/CN100356623C/zh
Publication of CN1710740A publication Critical patent/CN1710740A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100356623C publication Critical patent/CN100356623C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种燃料电池自增湿方法，涉及燃料电池内氢气自增湿和空气自增湿，属于燃料电池自增湿方法技术领域。燃料电池双极板内的冷却水，通过连通冷却水腔和氢气/空气流道的微孔，分别对氢气和空气进行加湿，微孔布置在双极板气体流道的入口。控制双极板内用于加湿的冷却水的压力，当有进气流动时，冷却水被吸入气体流道；而当没有进气流动时，微孔不出水，以防出现气体流道内积水。与现有的自增湿技术相比，本发明利用冷却水自增湿，而不是利用反应生成的水，避免了在小电流条件下，反应生成的水不足以加湿质子交换膜的问题。

Description

一种燃料电池自增湿方法
技术领域
一种燃料电池自增湿方法，涉及燃料电池内氢气自增湿和空气自增湿，属于燃料电池自增湿方法技术领域。
背景技术
为了保证燃料电池正常工作，质子交换膜需要保持湿润。目前所用的方法主要是外部加湿方法。外部加湿方法需要一套独立的加湿系统，增加了燃料电池发动机的重量、体积和成本，而且湿度变化的动态响应慢。
燃料电池分系统方面进展：在流场方面表现在流道内部设计上，为了在流道内得到所需的压力分布，流道可以专门设计。例如，流道内可以设计喉口[专利：US_20040151973_A1，申请单位：General Motors Corporation，US]。在进气系统布置方面，进气时利用氢气消耗而产生的压降形成氢气自然流动，并且进气交替变向，有利于在燃料电池内部改善流场内氢气和水分布的均匀性[专利：CN03148174.4，申请单位：清华大学，中国]。在排水方面，利用氢气送气脉冲顺利排出阳极积水，排水连通管处，用汽-水分离器，专门排出液态水[专利：CN03148174.4，申请单位：清华大学，中国]。
燃料电池分系统方面的进展，为燃料电池自增湿技术研究准备了条件。
目前，新起步研究的燃料电池自增湿方法，不用任何的外部加湿方法，目标是实现燃料电池堆内部加湿膜。当前的自增湿专利技术主要集中在三个方向：利用流场设计实现自增湿；对膜直接自增湿；放置中间层自增湿。
利用流场设计实现自增湿的方法，[专利：US 6,207,312 B1 WO 00/17952，申请单位：Technology Center，US]利用交指状流场加强反应气体在扩散层的对流传质、扩散传质，使反应生成的水在膜两侧气体流动的带动下，强化分布在质子交换膜上。
对膜直接自增湿的方法，[专利：US 2005/0019639 A1，申请单位：FITZPATRICK CELLA& SCINTO，US]是利用亲水材料加工出增湿单元，放置在质子交换膜的附近，增湿单元将吸收到的反应生成的水重新分布到质子交换膜上，实现对膜的加湿。
放置中间层自增湿的方法，[专利：US_2004/0151973_A1，申请单位：General MotorsCorporation，US]在氢气侧和空气侧之间布置一个中间层。中间层由亲水材料和亲水材料组成，通过中间层，实现氢气侧向空气侧的水的迁移。还有一种方法是在阳极侧催化层与膜之间放置自增湿层，用于催化渗透到自增湿层的氢气和空气，反应生成水，起到加湿膜的阳极一侧的作用。
以上专利的共同特征是利用空气侧反应生成的水，来实现自增湿。利用反应生成的水自增湿存在的缺点是：1，空气侧生成的水仅有10％左右能通过膜渗透到氢气侧，阳极侧膜容易吹干；2，质子交换膜燃料电池在小功率工作时，参加反应的气体少，所以反应生成的水少，不能起到加湿的作用；3，利用亲水材料所做的自增湿单元和中间层在燃料电池内部实现上有困难，所以实际中很少采用。
发明内容
本发明的目的在于：不用任何的外部加湿，在燃料电池内部用冷却水实现完全的自增湿。
本方法是利用双极板中的冷却水，通过进气的抽吸作用将双极板中的水从微孔吸入气体流道，加湿气体。其具体做法是：在双极板内气体进口处布置微孔，将双极板内用作加湿的冷却水的水路和气体流道连通。控制双极板内用于加湿的冷却水的压力，当有进气流动时，冷却水被吸入气体流道；而当没有进气流动时，微孔不出水，以防出现气体流道内积水。
该燃料电池自增湿方法，在冷却水路基础上引出供加湿用的冷却水路(称为加湿水路)；冷却水路和加湿水路之间可以由电磁阀连接，从冷却水路通过电磁阀为加湿水路供水；加湿水路中水压单独控制，用阀门控制水压；加湿水路和反应气体流道之间有一定数目用于连通的微孔；微孔的位置最好在反应气进口附近、反应气压力降最大的区域；为了达到所需的加湿水量，可以相应设计微孔的大小和数目；冷却水在微孔两端压差的作用下进入到反应气体流道内，在流场内自增湿。
与现有的自增湿技术相比，本发明利用冷却水自增湿，而不是利用反应生成的水，避免了在小功率条件下，反应生成的水不足以加湿质子交换膜的问题。
附图说明
图1是本发明冷却水自增湿燃料电池的微观结构示意图。
具体实施方式
现结合图1对具体实施方式说明如下。
图1是本发明冷却水自增湿燃料电池的微观结构示意图，其中，1，空气侧加湿水路；2，空气侧微孔；3，空气流道；4，氢气流道；5，氢气侧微孔；6，氢气侧加湿水路；7，双极板；8，氢气侧扩散层；9，MEA；10，空气侧扩散层。
从冷却水路引出的空气侧加湿水路1，到达空气进口附近，通过空气侧微孔2与空气流道3连通。从冷却水路引出的氢气侧加湿水路6，通过氢气侧微孔5与氢气流道4连通。工作时，冷却水到达空气加湿水路1，由于加湿水路1中水压与空气流道3中空气压力不同，微孔2两端存在压差，由进气的抽吸作用，一部分用于加湿的冷却水进入空气流道3，加湿空气。同时，冷却水到达氢气加湿水路6，由于加湿水路6中水压与氢气流道4中氢气压力不同，微孔5两端存在压差，由进气抽吸作用，一部分用于加湿的冷却水进入氢气流道4，加湿氢气。从而实现冷却水自增湿燃料电池。

Claims (6)

1、一种燃料电池自增湿方法，其特征在于，利用双极板上的冷却水路引出加湿水路，将加湿水路和气体流道用微孔连通，通过进气的抽吸作用将双极板中的冷却水从微孔吸入气体流道，从而加湿气体。
2、根据权利要求1所述的一种燃料电池自增湿方法，其特征在于，在气体进口处，打出用于连通的微孔，连通加湿水路和进口处气体流道；工作过程中，气体流过进气入口处时，在微孔两端存在压力差，在这个压力差的作用下，出现抽吸现象，冷却水被吸入气体流道，加湿反应气体。
3、根据权利要求1所述的一种燃料电池自增湿方法，其特征在于，在冷却水路基础上引出加湿水路。
4、根据权利要求1所述的一种燃料电池自增湿方法，其特征在于，控制加湿水路的水压防止不工作时从加湿水路向气体流道渗水。
5、根据权利要求1所述的一种燃料电池自增湿方法，其特征在于，加湿水路中水压单独控制。
6、根据权利要求1所述的一种燃料电池自增湿方法，其特征在于，微孔的位置在双极板内反应气进口附近、反应气压力降最大的区域。
CNB2005100120748A 2005-07-01 2005-07-01 一种燃料电池自增湿方法 Expired - Fee Related CN100356623C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100120748A CN100356623C (zh) 2005-07-01 2005-07-01 一种燃料电池自增湿方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100120748A CN100356623C (zh) 2005-07-01 2005-07-01 一种燃料电池自增湿方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1710740A CN1710740A (zh) 2005-12-21
CN100356623C true CN100356623C (zh) 2007-12-19

Family

ID=35706941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100120748A Expired - Fee Related CN100356623C (zh) 2005-07-01 2005-07-01 一种燃料电池自增湿方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100356623C (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI631761B (zh) * 2017-05-04 2018-08-01 黃鎮江 燃料電池內部加濕構造

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100454645C (zh) * 2007-01-16 2009-01-21 武汉理工大学 一种通过双极板保持质子交换膜燃料电池中水的平衡方法
CN103247807B (zh) * 2012-02-08 2015-07-08 武汉众宇动力系统科技有限公司 基于相变换热的质子交换膜燃料电池及其双极板
CN109888337B (zh) * 2019-02-01 2020-02-18 清华大学 燃料电池自增湿控制方法及自增湿控制系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5432020A (en) * 1993-06-07 1995-07-11 Daimler-Benz Ag Process and apparatus for humidifying process gas for operating fuel cell systems
US5503944A (en) * 1995-06-30 1996-04-02 International Fuel Cells Corp. Water management system for solid polymer electrolyte fuel cell power plants
CN1442913A (zh) * 2002-03-29 2003-09-17 清华大学 一种质子交换膜燃料电池用的自保湿复合膜及其制备方法
JP2004146246A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子型燃料電池、固体高分子型燃料電池用の酸化剤ガスセパレータ
JP2005158593A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd 加湿装置の排水構造

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5432020A (en) * 1993-06-07 1995-07-11 Daimler-Benz Ag Process and apparatus for humidifying process gas for operating fuel cell systems
US5503944A (en) * 1995-06-30 1996-04-02 International Fuel Cells Corp. Water management system for solid polymer electrolyte fuel cell power plants
CN1442913A (zh) * 2002-03-29 2003-09-17 清华大学 一种质子交换膜燃料电池用的自保湿复合膜及其制备方法
JP2004146246A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子型燃料電池、固体高分子型燃料電池用の酸化剤ガスセパレータ
JP2005158593A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd 加湿装置の排水構造

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI631761B (zh) * 2017-05-04 2018-08-01 黃鎮江 燃料電池內部加濕構造

Also Published As

Publication number Publication date
CN1710740A (zh) 2005-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN209344234U (zh) 一种燃料电池系统快速热机的空气控制装置
CN101577342B (zh) 一种带单体电池增湿区的燃料电池
CN217280877U (zh) 一种质子交换膜燃料电池系统
CN107895806A (zh) 燃料电池增湿系统、方法及燃料电池系统
CN106129436B (zh) 一种紧凑型智能燃料电池加湿系统及其加湿方法
CN103915638A (zh) 一种燃料电池用加湿器及带有该加湿器的燃料电池堆
CN105244517B (zh) 一种主动排水质子交换膜燃料电池双极板的流场
CN100416902C (zh) 质子交换膜燃料电池交指-平行组合流场
CN207896211U (zh) 一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统
CN106935883A (zh) 燃料电池系统
CN111987334A (zh) 一种氢燃料电池可控式空气加湿装置
CN207800763U (zh) 燃料电池的阴极供气系统
CN100356623C (zh) 一种燃料电池自增湿方法
CN102324537A (zh) 燃料电池的增湿系统
CN207818786U (zh) 燃料电池增湿系统及燃料电池系统
CN114420976A (zh) 用于燃料电池的进气增湿系统
CN204216143U (zh) 一种燃料电池电堆稳定排气控制系统
CN106129437B (zh) 一种圆形智能燃料电池加湿器及其加湿方法
CN206697552U (zh) 一种混合型结构流场的燃料电池双极板
CN102956906A (zh) 一种燃料电池阴极系统
CN216120392U (zh) 燃料电池预加湿器装置
CN206806445U (zh) 零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置
CN214505557U (zh) 一种燃料电池增湿器装置及燃料电池系统
KR101220368B1 (ko) 연료 전지 장치 및 그의 가습기
CN205752395U (zh) 一种紧凑型智能燃料电池加湿系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071219

Termination date: 20120701