CN218887243U - 一种燃料电池进气湿度调节系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池进气湿度调节系统及汽车，该系统包括：增湿器、进气管路、电堆和排气管路；增湿器分为增湿器干侧和增湿器湿侧；增湿器干侧的出气口通过进气管路与电堆的进气口连接，电堆的出气口通过排气管路与增湿器湿侧的进气口连接；进气管路沿气流方向依次设有空压机和中冷器；排气管路上设有气水分离器。本实用新型的有益效果是：通过加湿后的空气对进入空压机的空气(即进入电堆的空气)进行增湿，且增湿后的空气湿度能维持在一定范围，不会随着季节和地点进行变化，从而控制进入燃料电池的空气湿度维持在合理的范围内，有利于燃料电池的管理和延长电池寿命。

Description

一种燃料电池进气湿度调节系统及汽车

技术领域

本实用新型涉及燃料电池供气领域，具体涉及一种燃料电池进气湿度调节系统及汽车。

背景技术

燃料电池系统工作时，进入燃料电池的空气需要满足合适的流量、压力、温度、湿度四个条件，任何条件不满足都会影响燃料电池的寿命。燃料电池工作时，进入燃料电池的空气湿度需要维持在一个合理的范围，例如：40％～80％(工作温度为70℃)，湿度变化越小，越有利于燃料电池的寿命。

燃料电池系统工作时，参与反应的空气一般直接取自工作环境周边，随着季节和地点不同，环境湿度变化范围为10％～99％，因而进入燃料电池的空气湿度差异就很大，不利于燃料电池自身的管理和延长寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：使进入燃料电池的空气湿度维持在一个合理的范围，消除湿度差异大对燃料电池自身管理和寿命的影响。

本实用新型采取的技术方案是：提供一种燃料电池进气湿度调节系统，包括：增湿器、进气管路、电堆和排气管路；

所述增湿器分为增湿器干侧和增湿器湿侧；

所述增湿器干侧的出气口通过所述进气管路与所述电堆的进气口连接，

所述电堆的出气口通过所述排气管路与所述增湿器湿侧的进气口连接；

所述进气管路沿气流方向依次设有空压机和中冷器；

所述排气管路上设有气水分离器。

进一步地，所述增湿器干侧的进气口处设有空气过滤器。

进一步地，在所述空气过滤器的出气口和所述增湿器干侧的进气口之间，设有流量传感器和第一温度传感器。

进一步地，在所述中冷器的出气口和所述电堆的进气口之间，沿气流方向依次设有空气进气节气门、第二温度传感器和压力传感器。

进一步地，在所述电堆的出气口和所述气水分离器的进气口之间，设有背压阀。

进一步地，还包括旁通管路，所述旁通管路与所述气水分离器的排水口连接，用于将所述气水分离器分离出来的水排出。

进一步地，在所述气水分离器出气口和所述增湿器湿侧的进气口之间，设有第三温度传感器。

进一步地，还包括与所述电堆并联设置的并联管路，所述并联管路设有旁通阀；所述并联管路的一端与所述中冷器的出气口连接，其另一端与所述气水分离器的进气口连接。

此外，本实用新型还提供了一种汽车，其包括所述的一种燃料电池进气湿度调节系统。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型提供了一种燃料电池进气湿度调节系统及汽车，主要由增湿器、进气管路、电堆和排气管路组成；其中增湿器分为增湿器干侧和增湿器湿侧；增湿器干侧的出气口通过进气管路与电堆的进气口连接，电堆的出气口通过排气管路与增湿器湿侧的进气口连接；进气管路沿气流方向依次设有空压机和中冷器；排气管路上设有气水分离器。本实用新型通过加湿后的空气对进入空压机的空气(即进入电堆的空气)进行增湿，且增湿后的空气湿度能维持在一定范围，不会随着季节和地点进行变化，从而控制进入燃料电池的空气湿度维持在合理的范围内，有利于燃料电池的管理和延长电池寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型实施例中一种燃料电池进气湿度调节系统的总体结构图；

图中：C-1-空气过滤器、C-2-流量传感器和第一温度传感器、C-3-空压机、C-4-中冷器、C-5-空气进气节气门、C-6-第二温度传感器和压力传感器、C-7-旁通阀、C-8-背压阀、C-9-气水分离器、C-10-第三温度传感器、C-11-增湿器、A-1-电堆。

具体实施方式

下面将结合附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

请参考图1，本实施例提供了一种燃料电池进气湿度调节系统，包括：增湿器C-11、进气管路、电堆A-1和排气管路；增湿器C-11分为增湿器干侧和增湿器湿侧；增湿器干侧的出气口通过进气管路与电堆A-1的进气口连接，电堆A-1的出气口通过排气管路与增湿器湿侧的进气口连接；进气管路沿气流方向依次设有空压机C-3和中冷器C-4；排气管路上设有气水分离器C-9。

基于但不限于上述实施例，在增湿器干侧的进气口处设有空气过滤器C-1，用于将空气中的杂质过滤掉。

基于但不限于上述实施例，在空气过滤器C-1的出气口和增湿器干侧的进气口之间，设有流量传感器和第一温度传感器C-2，用于实时测量进入增湿器干侧的空气流量和温度。在其他实施例中，流量传感器和第一温度传感器也可为独立的部件并设置于空气过滤器C-1的出气口和增湿器干侧的进气口之间。

基于但不限于上述实施例，在中冷器C-4的出气口和电堆A-1的进气口之间，沿气流方向依次设有空气进气节气门C-5、第二温度传感器和压力传感器C-6；其中空气进气节气门C-5为一种可控阀门，可用于根据实际情况控制电堆A-1的进气量，第二温度传感器和压力传感器C-6分别用于测量电堆A-1进气口处的实时温度和气压。在其他实施例中，流量传感器和第二温度传感器也可为独立的部件并设置于电堆A-1的进气口。

基于但不限于上述实施例，在电堆A-1的出气口和气水分离器C-9的进气口之间，设有背压阀C-8，背压阀C-8可以对电堆A-1输出的任何压力变化做出迅速反应，并相应地改变阀杆位置，以便继续维持预先设定的压力值。

优选地，还包括旁通管路，旁通管路与气水分离器C-9的排水口连接，用于将气水分离器C-9分离出来的水排出，从而将反应后的空气输入至增湿器湿侧，实现对进入增湿器干侧的空气进行加湿。

基于但不限于上述实施例，在气水分离器C-9的出气口和增湿器湿侧的进气口之间，设有第三温度传感器C-10，第三温度传感器C-10用于实时测量进入增湿器湿侧的空气温度。

优选地，还包括与电堆A-1并联设置的并联管路，并联管路的一端与中冷器C-4的出气口连接，其另一端与气水分离器C-9的进气口连接。

其中，并联管路设有旁通阀C-7；旁通阀C-7是系统设计时常用的阀，主要是控制旁通管路或者全部空气不进入电堆A-1，在特殊工况，如开关机时会用到。

示例性的，基于本燃料电池进气湿度调节系统，实现燃料电池进气湿度调节的具体过程如下：

燃料电池系统工作时，大气中的空气依次经过空气过滤器C-1过滤空气中的杂质，再经过流量传感器和第一温度传感器C-2测量进入气体的流量和温度，再经过增湿器C-11对进入的空气进行增湿，再经过空压机C-3对空气进行增压，空气压力增大之后，随之空气的温度也会上升，升温后的空气再经过中冷器C-4将温度调整到燃料电池工作的温度，再进入空气进气节气门C-5，空气进气节气门C-5起到控制进入电堆A-1空气开/关的作用，或流量调节作用，再经过压力传感器和第二温度传感器C-6，再进入电堆A-1，在电堆A-1内部与氢气进行电化学反应，反应产生水，反应之后的空气由电堆A-1排出，此时的空气湿度一般较大，一般大于70％，温度为燃料电池工作温度，一般为70～90℃，排出的空气经过背压阀C-8、排气管路、气水分离器C-9、增湿器C-11后排向大气，从气水分离器C-9中分离出来的水从旁通管路通向尾排口，排向大气。进电堆A-1的空气将于增湿器干侧与出电堆A-1的空气于增湿器湿侧通过膜结构或喷淋结构实现加湿。

其湿度调节原理如下：

(1)背压阀C-8前端，即电堆A-1的出气口的空气的温度为燃料电池工作温度，一般为70～90℃；相对湿度一般＞70％，大电流工况点时会有液态水产生；

(2)空气经过背压阀C-8后，连接气水分离器C-9和增湿器C-11的管路后，与大气直连，空气经过背压阀C-8、排气管路、气水分离器C-9时温度会降低，进入增湿器C-11的空气温度比电堆A-1出气口的空气温度低5～20℃左右，即50℃～70℃；

(3)空气经过气水分离器C-9，液态水会被分离出来，从旁通管路中流向尾排口，进入增湿器湿侧的空气为饱和空气，相对湿度大于90％；

(4)进入增湿器湿侧的空气，相对湿度大于90％，小于100％，即增湿器湿侧的空气湿度维持在基本恒定；

(5)大气中的空气通过空气过滤器C-1后进入增湿器干侧，利用增湿器湿侧空气对增湿器干侧的空气进行增湿，增湿后的干侧空气相对湿度为饱和或者接近饱和的状态，即相对湿度大于80％。

此外，基于上述的一种燃料电池进气湿度调节系统，本实施例还提供了一种汽车，其包括上述的燃料电池进气湿度调节系统。将本实施例的燃料电池进气湿度调节系统应用于汽车上，如重型卡车或矿用卡车等动力性能要求较高的车辆上，可以满足汽车行驶时燃料电池工作所需的进气湿度条件，有利于燃料电池的安全管理和延长电池寿命。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。

以上仅为本实用新型的优选实施例，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 (9)

1.一种燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，包括：增湿器、进气管路、电堆和排气管路；

所述增湿器分为增湿器干侧和增湿器湿侧；

所述增湿器干侧的出气口通过所述进气管路与所述电堆的进气口连接，

所述电堆的出气口通过所述排气管路与所述增湿器湿侧的进气口连接；

所述进气管路沿气流方向依次设有空压机和中冷器；

所述排气管路上设有气水分离器。

2.根据权利要求1所述的燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，所述增湿器干侧的进气口处设有空气过滤器。

3.根据权利要求2所述的燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，在所述空气过滤器的出气口和所述增湿器干侧的进气口之间，设有流量传感器和第一温度传感器。

4.根据权利要求1所述的燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，在所述中冷器的出气口和所述电堆的进气口之间，沿气流方向依次设有空气进气节气门、第二温度传感器和压力传感器。

5.根据权利要求1所述的燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，在所述电堆的出气口和所述气水分离器的进气口之间，设有背压阀。

6.根据权利要求1所述的燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，还包括旁通管路，所述旁通管路与所述气水分离器的排水口连接，用于将所述气水分离器分离出来的水排出。

7.根据权利要求1所述的燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，在所述气水分离器出气口和所述增湿器湿侧的进气口之间，设有第三温度传感器。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的燃料电池进气湿度调节系统，其特征在于，还包括与所述电堆并联设置的并联管路，所述并联管路设有旁通阀；所述并联管路的一端与所述中冷器的出气口连接，其另一端与所述气水分离器的进气口连接。

9.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的一种燃料电池进气湿度调节系统。

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