CN218731089U - 一种燃料电池加湿系统及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池加湿技术领域，公开了一种燃料电池加湿系统及燃料电池，包括：电堆、第一分水器、排水阀、储水腔、三通阀、水泵、喷淋装置、第二分水器与空空中冷器，第一分水器设置在电堆的氢气出口处，第二分水器设置在电堆的空气出口处，第一分水器、排水阀、储水腔、三通阀、水泵、喷淋装置依次连接，第二分水器连接至储水腔，喷淋装置设置在空空中冷器上方，空空中冷器与电堆的空气出口、空气进口连接，第二分水器设置在电堆及空空中冷器之间的管路上。基于空空中冷器的基础上，集成喷淋装置，对入堆空气进行加湿，加湿的水来源于氢气出堆尾排的液态水与空气出堆尾排的液态水，实现高集成、增湿效果可控、高可靠性的功能。

Description

一种燃料电池加湿系统及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池加湿技术领域，特别涉及一种燃料电池加湿系统及燃料电池。

背景技术

燃料电池质子交换膜在适当的湿润条件下，能够获得更良好的工作性能，通常对进入燃料电池内的气体进行增湿，以防止质子交换膜在运行过程中脱水，避免性能被降低及工作寿命被损害的情况。

燃料电池系统通常通过匹配增湿器以解决增湿的问题，采用较多的增湿器为渗透膜增湿器及中空纤维管增湿器，一般是通过调节气体流量、湿膜的大小和厚度以及水温来改变湿膜加湿器的加湿量的大小。但目前增湿器大多数体积、重量较大，且由于需要增加旁通路或调解增湿器前后温度以此稳定控制增湿效果，导致增湿效果控制难度较高、操作复杂化。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在增湿器体积、重量大，增湿效果不易调整的问题，本实用新型提供了一种燃料电池加湿系统及燃料电池。

本实用新型的技术内容如下：

一种燃料电池加湿系统，包括：电堆、第一分水器、排水阀、储水腔、三通阀、水泵、喷淋装置、第二分水器与空空中冷器，所述第一分水器设置在电堆的氢气出口处，所述第二分水器设置在电堆的空气出口处，所述第一分水器、排水阀、储水腔、三通阀、水泵、喷淋装置依次连接，所述第二分水器连接至储水腔，所述喷淋装置设置在空空中冷器上方，所述空空中冷器与电堆的空气出口、空气进口连接，所述第二分水器设置在电堆及空空中冷器之间的管路上。

进一步地，所述喷淋装置为喷淋加湿器。

进一步地，所述加湿系统包括有空压机与膨胀机，所述空压机与膨胀机与电堆的空气出口、空气进口连接，所述空压机与膨胀机设置在空空中冷器远离电堆的一侧。

进一步地，所述加湿系统还包括有氢气循环泵，所述氢气循环泵两端与氢气进口、第一分水器连接。

进一步地，所述加湿系统还包括有排气阀，所述排气阀与所述氢气循环泵连接，所述排气阀连接至混排出口，所述第一分水器连接至氢气循环泵及排气阀之间的管路上。

进一步地，所述三通阀连接至混排出口。

本实用新型还提供了一种燃料电池，包括上述任一项所述的加湿系统。

本实用新型的有益效果包括：基于空空中冷器的基础上，集成喷淋装置，对入堆空气进行加湿，加湿的水来源于氢气出堆尾排的液态水与空气出堆尾排的液态水，将两处的液态水汇集到储水腔，经过水泵进入喷淋装置，实现高集成、增湿效果可控、高可靠性的功能。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种燃料电池的加湿系统的结构组成示意图。

其中：

1-电堆；

2-第一分水器；

3-排水阀；

4-储水腔；

5-三通阀；

6-水泵；

7-喷淋装置；

8-空空中冷器；

9-第二分水器；

10-氢气循环泵；

11-排气阀；

12-空压机与膨胀机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

结合图1所示，本实施例提供了一种燃料电池加湿系统，包括：电堆1、第一分水器2、排水阀3、储水腔4、三通阀5、水泵6、喷淋装置7、第二分水器9与空空中冷器8，所述第一分水器2设置在电堆1的氢气出口处，所述第二分水器9设置在电堆1的空气出口处，所述第一分水器2、排水阀3、储水腔4、三通阀5、水泵6、喷淋装置7依次连接，所述第二分水器9连接至储水腔4，所述喷淋装置7设置在空空中冷器8上方，所述空空中冷器8与电堆1的空气出口、空气进口连接，所述第二分水器9设置在电堆1及空空中冷器8之间的管路上。

进一步地，所述喷淋装置7为喷淋加湿器。

进一步地，所述加湿系统包括有空压机与膨胀机12，所述空压机与膨胀机12与电堆1的空气出口、空气进口连接，所述空压机与膨胀机12设置在空空中冷器8远离电堆的一侧。

进一步地，所述加湿系统还包括有氢气循环泵10，所述氢气循环泵10两端与氢气进口、第一分水器2连接。

进一步地，所述加湿系统还包括有排气阀11，所述排气阀11与所述氢气循环泵10连接，所述排气阀11连接至混排出口，所述第一分水器2连接至氢气循环泵10及排气阀11之间的管路上。

进一步地，所述三通阀5连接至混排出口。

本实用新型还提供了一种燃料电池，包括上述任一项所述的加湿系统。

通过本实施例提供的加湿系统，电堆反应产生的水，大部分由空气侧排出，小部分由氢气侧排出，氢气侧电堆产生的液态水，由第一分水器分离后，通过控制排水阀使液态水进入储水腔内；空气侧电堆产生的液态水，由第二分水器分离后，直接进入储水腔内，储水腔经过三通阀时，液态水一部分流向混排出口排出发动机，另一部分的液态水流向空空中冷器，调整水泵的转速，经过喷淋加湿器给入堆空气进行加湿，完成对入堆空气的增湿。

将三通阀连接喷淋装置及混排出口的两道阀门分别命名为阀门b与阀门a，阀门a、阀门b的开度影响到喷淋装置的加湿效果，当阀门b全开时，喷淋装置进入的液态水最多，当阀门b开度调小后，进入喷淋装置的液态水逐渐变少，通过该方式对入堆空气减湿。当加湿系统收到增湿命令时，默认三通阀的阀门a是常闭、阀门b是全开的状态。

水泵转速的大小影响到喷淋装置的加湿效果，当水泵转速越大，喷淋装置的增湿效果就越强，反之，喷淋装置的增湿效果减弱。

通过本实施例实现对入堆空气的湿度的控制方法步骤：

系统收到对入堆空气进行增湿的命令后，启动喷淋装置以默认增湿量对入堆空气进行增湿；

获取经所述喷淋装置增湿后的入堆空气的当前湿度与目标湿度；

比较所述当前湿度与目标湿度的大小，获取比较结果，若当前湿度大于目标湿度时，即调整三通阀的阀门，使进入喷淋装置的液体水减少，起到减湿的目的；若当前湿度等于目标湿度时，即保持当下状态对入堆空气持续增湿即可；若当前湿度小于目标湿度时，即增加水泵的转速，使进入喷淋装置的液体水增加，起到增湿的目的；

系统根据比较结果调整喷淋装置控制对入堆空气的增湿大小。

设当前湿度为A₁，目标湿度为A_set，需求增湿量即为△A＝A_set-A₁。判断△A的大小，进一步地判断入堆空气需要继续增湿或减湿。

当以最低转速启动喷淋装置上的水泵，获取所述入堆空气在水泵最低转速下增加的增湿量，设增湿量为c。

判断入堆空气需要增湿时：

当△A＞c时，入堆空气需要继续增湿，因此继续增加水泵转速，增强喷淋装置对入堆空气的增湿效果；

当△A＜c时，入堆空气需要减湿，因此调整喷淋装置上的三通阀门使进入喷淋装置内的水量减少，减轻喷淋装置对入堆空气的增湿效果；

当△A＝c时，入堆空气满足增湿要求，不需要再增加水泵转速或调整三通阀门开度，按当下的增湿程度继续执行对入堆空气进行增湿即可。

在继续增湿中，实时检测或计算入堆空气的实际湿度，令其为A₁’，比较A₁’与A_set的大小，在A₁’＜A_set时，持续增加水泵转速，直至A₁’≥A_set，若A₁’＝A_set时，不需要再增加水泵转速，按当下的增湿程度继续执行对入堆空气进行增湿即可；若A₁’＞A_set时，调整喷淋装置上的三通阀门使进入喷淋装置内的水量减少，并实时检测入堆空气的实际湿度，令其为A₂’，比较A₂’与A_set的大小，在A₂’＞A_set时，持续调整三通阀门减少水量，直至A₂’≤A_set，若A₂’＝A_set时，不需要再调整三通阀门开度，按当下的增湿程度继续执行对入堆空气进行增湿即可；若A₂’＜A_set时，增加水泵转速，如此循环反复控制喷淋装置对入堆空气的增湿大小，直至入堆空气的实际湿度与A_set相等，即可按当次当下的增湿程度继续执行对入堆空气进行增湿。

在入堆空气需要减湿时：

与前段解决方式相同，首先调整喷淋装置上的三通阀门使进入喷淋装置内的水量减少，并实时检测入堆空气的实际湿度，然后比较A₂’与A_set的大小，接着燃料电池控制喷淋装置的步骤与前段采取相同的解决方式，按前段的方式控制喷淋装置的增湿量，直至入堆空气的实际湿度与A_set相等，即可按当次当下的增湿程度继续执行对入堆空气进行增湿。

利用三通阀与水泵的配合，调整喷淋装置的增湿量，使入堆空气满足入堆湿度的要求，可以通过同一套设施实现入堆空气的增湿及减湿效果，节约空间成本，操作方便。

若入堆空气的湿度高于电堆所要求的目标湿度，即可以通过控制三通阀连接至空空中冷器方向的阀门的开度及水泵的转速，实现对喷淋加湿器的增湿量大小的控制，实现对入堆空气的减湿。

本实施例基于空空中冷器的基础上，集成喷淋装置，对入堆空气进行加湿，加湿的水来源于氢气出堆尾排的液态水与空气出堆尾排的液态水，将两处的液态水汇集到储水腔，经过水泵进入喷淋装置，实现高集成、增湿效果可控、高可靠性的功能。

采用现有增湿器时会被动增湿，导致吹扫过程中空气较湿，影响电堆冷启动吹扫的时间及难度，本实施例通过控制三通阀开度及水泵转速实现增湿，喷淋用水由电堆内产生，进行加湿时可以保证系统内部不易影响入堆空气温度要求，使增效效果可控。

利用电堆反应产生的废液，整车运行过程中无液体或少液体排出，相比整车运行中尾排一直喷水，可以提高用户体验度。

喷淋装置集成在空空中冷器上，结构可靠性高，结构紧凑，占用空间小，系统集成性好。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种燃料电池加湿系统，其特征在于：包括：电堆、第一分水器、排水阀、储水腔、三通阀、水泵、喷淋装置、第二分水器与空空中冷器，所述第一分水器设置在电堆的氢气出口处，所述第二分水器设置在电堆的空气出口处，所述第一分水器、排水阀、储水腔、三通阀、水泵、喷淋装置依次连接，所述第二分水器连接至储水腔，所述喷淋装置设置在空空中冷器上方，所述空空中冷器与电堆的空气出口、空气进口连接，所述第二分水器设置在电堆及空空中冷器之间的管路上。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池加湿系统，其特征在于：所述喷淋装置为喷淋加湿器。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池加湿系统，其特征在于：所述加湿系统包括有空压机与膨胀机，所述空压机与膨胀机与电堆的空气出口、空气进口连接，所述空压机与膨胀机设置在空空中冷器远离电堆的一侧。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池加湿系统，其特征在于：所述加湿系统还包括有氢气循环泵，所述氢气循环泵两端与氢气进口、第一分水器连接。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池加湿系统，其特征在于：所述加湿系统还包括有排气阀，所述排气阀与所述氢气循环泵连接，所述排气阀连接至混排出口，所述第一分水器连接至氢气循环泵及排气阀之间的管路上。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池加湿系统，其特征在于：所述三通阀连接至混排出口。

7.一种燃料电池，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的加湿系统。

Images