專利名稱：一種燃料電池生成水回收的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池的輔助裝置，尤其涉及一種燃料電池生成水回收的裝置。
背景技術：
電化學燃料電池是一種能夠將氫及氧化劑轉化成電能及反應產物的裝置。
該裝置的內部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly,簡稱MEA)， 膜電極(MEA)由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如 碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發電化學反應的催 化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發生電化學發應過程中生 成的電子，通過外電路引出，構成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并 在催化劑表面上發生電化學反應，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移 穿過質子交換膜，到達膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化 劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在 催化劑表面上發生電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子 與陽極端遷移過來的正離子發生反應，形成反應產物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質子 交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區的催化電化學反應就產生了氫正離子
(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區遷移到陰極區。除此之外， 質子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合 而產生爆發式反應。
在陰極區，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，并與陽極區遷移 過來的氫正離子反應，生成反應產物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質子交 換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達
陽極反應H2—2H++2e陰極反應l/202+2H++2e—H20
在典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA) —般均放在兩塊導電的 極板中間，每塊導膜電極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機械銑刻， 形成至少一條以上的導流槽。這些導膜電極板可以上金屬材料的極板，也可以 是石墨材料的極板。這些導膜電極板上的導流孔道與導流槽分別將燃料和氧化 劑導入膜電極兩邊的陽極區與陰極區。在一個質子交換膜燃料電池單電池的構 造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑 的導流板。這些導流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導 流板上的導流槽又作為燃料與氧化劑進入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走 燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通 常可通過直疊的方式串聯成電池組或通過平鋪的方式聯成電池組。在直疊、串 聯式的電池組中， 一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜 電極的陽極導流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種 極板叫做雙極板。 一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。 電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導流進口和導流通
道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經重整后得到的富氫氣體) 和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導流槽中； (2)散熱冷卻流體(如水)的進出口與導流通道，將散熱冷卻流體均勻分布
到各個電池組內散熱冷卻通道中，將燃料電池內氫、氧電化學放熱反應生成的
熱吸收并帶出電池組進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應的導流 通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態 的水。通常，將所有燃料、氧化劑、散熱冷卻流體的進出口都開在燃料電池組 的一個端板上或兩個端板上。
圖1為目前典型的燃料電池發電系統，在圖l中l為燃料電池堆，2為儲 氫瓶或其他儲氫裝置，3為減壓閥，4為空氣過濾慮裝置，5為空氣壓縮供應裝 置，6為氫氣水一汽分離器，6'為空氣水一汽分離器，7為水箱，8為散熱冷 卻流體循環泵，9為散熱器，IO為氫循環泵，11為氫氣增濕裝置，12為空氣
4增濕裝置。
燃料電池生成水大部分都是通過陰極空氣側排出，中低壓系統，生成水大部分 氣化為水蒸氣與空氣一起排出，即使使用了水汽分離器，也難以分離水蒸氣，大量 的水蒸氣隨著空氣排出了系統，造成了資源的浪費。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單、 可回收燃料電池生成水、綜合利用資源的燃料電池生成水回收的裝置。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現 一種燃料電池生成水回收的裝 置，包括燃料電池堆、空氣輸送裝置、空氣增濕器、空氣水汽分離器，所述的 空氣輸送裝置通過空氣增濕器連接到燃料電池堆上，所述的空氣水汽分離器連 接到燃料電池堆空氣出口處，其特征在于，所述的水汽分離器與燃料電池堆的空 氣出口之間設有一散熱冷卻裝置，空氣進入燃料電池堆發電后，帶著燃料電池生成 水經散熱冷卻裝置散熱冷卻后，進入空氣水汽分離器，分離回收燃料電池生成水。
所述的散熱冷卻裝置由兩個管道接頭和連接兩個管道接頭的數根小管道組 成，所述的兩個管道接頭一面設有數個與小管道匹配的小？L，所述的小管道設置在 兩個管道接頭的小孔上，將兩個管道接頭連接起來，所述的兩個管道接頭的另一面 分別連接燃料電池堆的空氣出口管道和空氣水汽分離器的進口管道，空氣攜帶大量 燃料電池生產水蒸氣經過所述的散熱冷卻裝置散熱冷卻后在空氣水汽分離器中分 離回收。
所述的小管道上設有散熱翅片。
所述的小管道有10 20根。
所述的散熱冷卻裝置由兩個管道接頭和連接兩個管道接頭的多層扁平管道組 成，所述的兩個管道接頭一面設有與扁平管道匹配的對接口，另一面分別連接燃料 電池堆的空氣出口管道和空氣水汽分離器的進口管道，空氣攜帶大量燃料電池生產 水蒸氣經過所述的散熱冷卻裝置散熱冷卻后在空氣水汽分離器中分離回收。
所述的扁平管道有5 10層。
所述的散熱冷卻裝置為將連接燃料電池堆空氣出口和空氣水汽分離器之間的 管道加長。所述的管道加長后設置為S狀、W狀或盤蛇狀。
與現有技術相比，本發明將燃料電池堆的空氣出口到空氣水汽分離器之間的排 氣管進行改裝設計，將該排氣管加長或者將其中一段改成多根小管，或扁平管，增 加燃料電池生成水蒸氣的流程，使水蒸氣散熱冷卻為水，在空氣水汽分離器中分離 回收。將該燃料電池堆用于車輛上，在車輛行駛時通過自然對流風幫助散熱，可以 更好的散熱冷卻燃料電池生成水蒸氣，并進行回收。


圖1為現有燃料電池系統的結構示意圖； 圖2為本發明實施例1的結構示意圖； 圖3為本發明實施例2的結構示意圖； 圖4為本發明實施例3的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步說明。 實施例1
如圖2所示， 一種50kw燃料電池生成水回收的裝置，包括燃料電池堆l、空 氣過濾慮裝置4，空氣壓縮供應裝置5，空氣水一汽分離器6，，空氣增濕裝置 12，空氣過濾慮裝置4連接空氣壓縮供應裝置5，再通過空氣增濕器12連接到 燃料電池堆1上，所述的空氣水汽分離器6，連接到燃料電池堆1空氣出口處， 將水汽分離器6'與燃料電池堆1的空氣出口之間管道13進行重新設計，管道13 的直徑為40mm，將管道13之間的一段設置兩個管道接頭131、 132，用10根直 徑為2mm的小管道14連接兩個管道接頭131、 132，兩個管道接頭131、 132—面 各設有10個與小管道14匹配的小孔，小管道安裝在兩個管道接頭131、 132的小 孔上，將兩個管道接頭131、 132連接起來，小管道14上設有散熱翅片15，空氣 攜帶大量燃料電池生產水蒸氣經過管道12和帶有散熱翅片的小管道14散熱冷卻 后，進入空氣水汽分離器6'，分離回收。
上述小管道14的個數可以根據需要設置10 20根。
實施例2如圖3所示， 一種100kw燃料電池生成水回收的裝置，包括燃料電池堆l、 空氣過濾慮裝置4，空氣壓縮供應裝置5，空氣水一汽分離器6'，空氣增濕裝 置12，空氣過濾慮裝置4連接空氣壓縮供應裝置5，再通過空氣增濕器12連 接到燃料電池堆1上，所述的空氣水汽分離器6'連接到燃料電池堆1空氣出口 處，將水汽分離器6'與燃料電池堆1的空氣出口之間管道13進行重新設計，管道 13的直徑為50mm，將管道13之間的一段設置兩個管道接頭131、 132，用5根扁 平管道14'連接兩個管道接頭131、 132，兩個管道接頭131、 132 —面各設有5 個與扁平管道14'匹配的對接口，扁平管道14'安裝在兩個管道接頭131、 132 的對接口上，將兩個管道接頭131、 132連接起來，空氣攜帶大量燃料電池生產水 蒸氣經過管道12和扁平管道14'散熱冷卻后，進入空氣水汽分離器6，，分離回 收。
上述扁平管道14'的個數可以根據需要設置有5 10層。 實施例3
如圖4所示， 一種50kw燃料電池生成水回收的裝置，包括燃料電池堆l、空 氣過濾慮裝置4，空氣壓縮供應裝置5，空氣水一汽分離器6'，空氣增濕裝置 12，空氣過濾慮裝置4連接空氣壓縮供應裝置5，再通過空氣增濕器12連接到 燃料電池堆1上，所述的空氣水汽分離器6'連接到燃料電池堆1空氣出口處， 將水汽分離器6'與燃料電池堆1的空氣出口之間管道13進行重新設計，將管道13 加長，設置為盤蛇狀13，。
上述管道還可以設計成其他形狀，如W狀或S狀。
權利要求
1. 一種燃料電池生成水回收的裝置，包括燃料電池堆、空氣輸送裝置、空氣增濕器、空氣水汽分離器，所述的空氣輸送裝置通過空氣增濕器連接到燃料電池堆上，所述的空氣水汽分離器連接到燃料電池堆空氣出口處，其特征在于，所述的水汽分離器與燃料電池堆的空氣出口之間設有一散熱冷卻裝置，空氣進入燃料電池堆發電后，帶著燃料電池生成水經散熱冷卻裝置散熱冷卻后，進入空氣水汽分離器，分離回收燃料電池生成水。
2. 根據權利要求1所述的燃料電池生成水回收的裝置，其特征在于，所述的散 熱冷卻裝置由兩個管道接頭和連接兩個管道接頭的數根小管道組成，所述的兩個管 道接頭一面設有數個與小管道匹配的小孔，所述的小管道設置在兩個管道接頭的小 孔上，將兩個管道接頭連接起來，所述的兩個管道接頭的另一面分別連接燃料電池 堆的空氣出口管道和空氣水汽分離器的進口管道，空氣攜帶大量燃料電池生產水蒸 氣經過所述的散熱冷卻裝置散熱冷卻后在空氣水汽分離器中分離回收。
3. 根據權利要求2所述的燃料電池生成水回收的裝置，其特征在于，所述的小 管道上設有散熱翅片。
4. 根據權利要求2所述的燃料電池生成水回收的裝置，其特征在于，所述的小 管道有10 20根。
5. 根據權利要求1所述的燃料電池生成水回收的裝置，其特征在于，所述的散 熱冷卻裝置由兩個管道接頭和連接兩個管道接頭的多層扁平管道組成，所述的兩個 管道接頭一面設有與扁平管道匹配的對接口，另一面分別連接燃料電池堆的空氣出 口管道和空氣水汽分離器的進口管道，空氣攜帶大量燃料電池生產水蒸氣經過所述 的散熱冷卻裝置散熱冷卻后在空氣水汽分離器中分離回收。
6. 根據權利要求5所述的燃料電池生成水回收的裝置，其特征在于，所述的扁 平管道有5 10層。
7. 根據權利要求1所述的燃料電池生成水回收的裝置，其特征在于，所述的散 熱冷卻裝置為將連接燃料電池堆空氣出口和空氣水汽分離器之間的管道加長。
8. 根據權利要求7所述的燃料電池生成水回收的裝置，其特征在于，所述的管 道加長后設置為S狀、W狀或盤蛇狀。
全文摘要
本發明涉及一種燃料電池生成水回收的裝置，包括燃料電池堆、空氣輸送裝置、空氣增濕器、空氣水汽分離器，所述的空氣輸送裝置通過空氣增濕器連接到燃料電池堆上，所述的空氣水汽分離器連接到燃料電池堆空氣出口處，所述的水汽分離器與燃料電池堆的空氣出口之間設有一散熱冷卻裝置，空氣進入燃料電池堆發電后，帶著燃料電池生成水經散熱冷卻裝置散熱冷卻后，進入空氣水汽分離器，分離回收燃料電池生成水。與現有技術相比，本發明具有結構簡單、可回收燃料電池生成水、綜合利用資源等優點。
文檔編號H01M8/04GK101447573SQ200710170929
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月23日 優先權日2007年11月23日
發明者波 章, 胡里清 申請人:上海神力科技有限公司