CN211182373U - 具有空气净化和增湿装置的燃料电池*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池***，包括第一空气压缩机、燃料电池电堆、空气净化装置和空气增湿装置，空气净化装置包括第一除尘器、活性炭过滤器和第二除尘器，空气增湿装置包括冷凝器、储水装置、水泵和超声波雾化器；第一除尘器、活性炭过滤器、第二除尘器、第一空气压缩机、燃料电池电堆和冷凝器通过管道依次相连；冷凝器设置有气体出口和液体出口，冷凝器的液体出口与储水装置相连，储水装置、水泵和超声波雾化器通过管道依次相连，第一空气压缩机和燃料电池电堆之间的管道与超声波雾化器出口相连。本实用新型的燃料电池***在可方便地为燃料电池电堆增湿的同时避免燃料电池被空气中的污染物污染，防止燃料电池能量转换效率下降。

Description

具有空气净化和增湿装置的燃料电池***

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种具有空气净化和增湿装置的燃料电池***。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的装置，具有清洁无污染、能量转化效率高、能量密度高等优点，在交通运输、信号基站等领域具有广阔的应用前景。

燃料电池的核心零部件主要包括膜电极组件(MEA)、气体扩散层和双极板，其中膜电极组件由两侧装配有阳极和阴极的聚合物电解质膜组成。气体扩散层位于膜电极组件两侧。双极板包括相互接合的阳极板和阴极板，阳极板与阳极侧气体扩散层接触，阴极板与阴极侧气体扩散层接触。空气进入阴极板流道，扩散通过气体扩散层到达阴极催化剂表面；氢气进入阳极板流道，扩散通过气体扩散层，在催化剂的作用下分离为质子和电子，质子穿过聚合物电解质膜到达阴极并与阴极催化剂表面的空气中的氧气结合，在催化剂的作用下生成水；无法穿过质子交换膜的电子会通过气体扩散层、双极板流出进入外电路，产生电能。质子穿过聚合物电解质膜需要水作为载体，如果聚合物电解质膜缺水会导致质子传输效率降低，严重影响燃料电池性能。另外，当在空气中含灰尘量较大的特殊环境(如矿场等)中使用时，空气中含有较多灰尘和有机物分子等污染物，这些污染物可能会堵塞燃料电池内的气体传输通道，毒化催化剂，也会严重影响燃料电池性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够克服现有技术的缺陷，对进入燃料电池电堆的空气进行增湿和净化，避免燃料电池电堆缺水，同时避免燃料电池被空气中的污染物污染的具有空气净化和增湿装置的燃料电池***。

技术方案：本实用新型提供一种燃料电池***，包括第一空气压缩机、燃料电池电堆、空气净化装置和空气增湿装置，空气净化装置包括第一除尘器、活性炭过滤器和第二除尘器，空气增湿装置包括冷凝器、储水装置、水泵和超声波雾化器；第一除尘器、活性炭过滤器、第二除尘器、第一空气压缩机、燃料电池电堆和冷凝器沿空气流动方向通过管道依次相连；冷凝器设置有气体出口和液体出口，冷凝器的液体出口与储水装置相连，储水装置、水泵和超声波雾化器通过管道依次相连，第一空气压缩机和燃料电池电堆之间的管道与超声波雾化器出口相连。

优选地，上述第一除尘器与活性炭过滤器之间设置有第二空气压缩机，冷凝器的气体出口连接大气；第一除尘器的进气口连接有空气泵。

上述第一空气压缩机和第二空气压缩机使用本领域公知的空气压缩机；上述第一除尘器和第二除尘器为现有的除尘器，优选地，上述第一除尘器为静电除尘器，第二除尘器为袋式除尘器；上述活性炭过滤器为现有的活性炭过滤器，用于吸附空气中的有机物等污染物成分；上述冷凝器为现有的冷凝器，用于将管道中的水蒸气冷凝；上述储水装置用于储存冷凝器冷凝得到的水，可以根据燃料电池***的具体情况选择现有的可以储存水的装置；上述超声波雾化器为现有的超声波雾化器，用于将从水泵输送来的水进行雾化，从而对将要输送至燃料电池电堆的空气进行增湿，优选地，超声波雾化器的振荡频率为1.7MHz～2.4MHz。

本实用新型的工作原理是：空气首先进入第一除尘器，在第一除尘器的作用下除去空气中绝大多数的灰尘，然后进入活性炭过滤器，在活性炭过滤器的作用下，空气中的一些有机物污染物被除去，然后进入第二除尘器，第二除尘器除去空气中从活性炭过滤器带来的活性炭灰尘，接着空气进入第一空气压缩机；储水装置中的水在水泵的作用下进入超声波雾化器，在超声波雾化器的作用下形成水雾并与第一空气压缩机流出的空气在管道中混合形成增湿的空气，增湿的空气进入燃料电池电堆，一方面提供阴极反应所需的氧气，另一方面为聚合物电解质膜增湿；燃料电池电堆中未反应的空气流出进入冷凝器，空气中的水蒸气在冷凝器中冷凝形成液态水，液态水从冷凝器的液体出口流入储水装置，实现水的循环利用，空气从冷凝器的气体出口流入大气。

有益效果：本实用新型的燃料电池***具有空气净化装置和空气增湿装置，其中空气净化装置能够有效去除空气中的灰尘和部分有机物污染物，空气增湿装置能够方便、快捷地对进入燃料电池电堆的空气进行增湿，从而在可方便地为燃料电池电堆增湿的同时避免燃料电池被空气中的污染物污染，避免燃料电池能量转换效率下降。

附图说明

图1为本实用新型的燃料电池***的结构示意图。

图中，各附图标记表示：

1-第一空气压缩机；2-燃料电池电堆；3-第一除尘器；4-活性炭过滤器；5-第二除尘器；6-冷凝器；7-储水装置；8-水泵；9-超声波雾化器；10-第二空气压缩机；11-空气泵。

具体实施方式

本实用新型提供一种燃料电池***，包括通过管道依次连接的空气泵11、第一除尘器3、第二空气压缩机10、活性炭过滤器4、第二除尘器5、第一空气压缩机1、燃料电池电堆2和冷凝器6。其中，第一除尘器3、活性炭过滤器4和第二除尘器5为空气净化装置。另外，本实用新型的燃料电池***旁路管道上设置有储水装置7、水泵8和超声波雾化器9，冷凝器6设置有气体出口和液体出口，冷凝器6的气体出口连接大气，冷凝器6的液体出口与储水装置7的入口相连，储水装置7的出口连接水泵8入口，水泵8出口连接超声波雾化器9入口，超声波雾化器9出口连接第一空气压缩机1与燃料电池电堆2之间的管道。

上述第一空气压缩机1和第二空气压缩机10使用本领域公知的空气压缩机；上述第一除尘器3为静电除尘器，第二除尘器5为袋式除尘器；上述活性炭过滤器4为现有的活性炭过滤器，用于吸附空气中的有机物等污染物成分；上述冷凝器6为现有的冷凝器，用于将管道中的水蒸气冷凝；上述储水装置7用于储存冷凝器冷凝得到的水，可以根据燃料电池***的具体情况(如功率大小等)选择现有的可以储存水的装置；上述超声波雾化器9为现有的超声波雾化器，用于将从水泵8输送来的水进行雾化，从而对将要输送至燃料电池电堆2的空气进行增湿，超声波雾化器9的振荡频率为1.7MHz～2.4MHz。

在实际工作中，空气首先在空气泵11的作用下进入第一除尘器3，在第一除尘器3的作用下除去空气中绝大多数的灰尘，然后进入活性炭过滤器4，在活性炭过滤器4的作用下，空气中的一些有机物污染物被除去，然后进入第二除尘器5，第二除尘器5除去空气中从活性炭过滤器4带来的活性炭灰尘，接着空气进入第一空气压缩机1；储水装置7中的水在水泵8的作用下进入超声波雾化器9，在超声波雾化器9的作用下形成水雾并与第一空气压缩机1流出的空气在管道中混合形成增湿的空气，增湿的空气进入燃料电池电堆2，一方面提供阴极反应所需的氧气，另一方面为聚合物电解质膜增湿；燃料电池电堆2中未反应的空气流出进入冷凝器6，空气中的水蒸气在冷凝器6中冷凝形成液态水，液态水从冷凝器6的液体出口流入储水装置，实现水的循环利用，空气从冷凝器6的气体出口流入大气。

需要说明的是，本说明书仅对本实用新型的技术方案所关注的燃料电池空气增湿和净化装置进行了详细阐述，本领域技术人员知道，燃料电池***中除本说明书中详细阐述的空气增湿和净化装置外，还包括其它装置，如燃料供给与循环***、水/热管理***、控制***等，这些其它***的具体组成和连接方式都为本领域的公知常识，在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种燃料电池***，其特征在于，所述燃料电池***包括第一空气压缩机(1)、燃料电池电堆(2)、空气净化装置和空气增湿装置，所述空气净化装置包括第一除尘器(3)、活性炭过滤器(4)和第二除尘器(5)，所述空气增湿装置包括冷凝器(6)、储水装置(7)、水泵(8)和超声波雾化器(9)；所述第一除尘器(3)、活性炭过滤器(4)、第二除尘器(5)、第一空气压缩机(1)、燃料电池电堆(2)和冷凝器(6)沿空气流动方向通过管道依次相连；所述冷凝器(6)设置有气体出口和液体出口，所述冷凝器(6)的液体出口与所述储水装置(7)相连，所述储水装置(7)、水泵(8)和超声波雾化器(9)通过管道依次相连，所述第一空气压缩机(1)和燃料电池电堆(2)之间的管道与所述超声波雾化器(9)出口相连。

2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，所述第一除尘器(3)为静电除尘器，所述第二除尘器(5)为袋式除尘器。

3.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，所述超声波雾化器(9)的振荡频率为1.7MHz～2.4MHz。

4.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，所述第一除尘器(3)与所述活性炭过滤器(4)之间设置有第二空气压缩机(10)。

5.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，所述冷凝器(6)的气体出口连接大气。

6.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，所述第一除尘器(3)的进气口连接有空气泵(11)。

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