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CN111987334A - 一种氢燃料电池可控式空气加湿装置 - Google Patents

一种氢燃料电池可控式空气加湿装置 Download PDF

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徐广辉
吴波
董江峰
任庆霜
王国莹
袁永先
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Abstract

本发明提供了一种氢燃料电池可控式进气加湿方法及装置，包括氢燃料电池空气进气系统和氢燃料电池空气排气系统，所述氢燃料电池空气进气系统包括依次串接的空气滤、鼓风机和膜加湿器，加湿器的出口连接氢燃料电池电堆的进入通道；所述氢燃料电池空气排气系统分为两路，包括第一开关阀、第二开关阀、电动空气泵、PTC加热器、背压阀和混合器，所述第一开关阀设置在加湿器的第二进气口与氢燃料电池电堆之间，为第一路；加湿器的第二进气口与氢燃料电池电堆之间还依次串接第二开关阀、电动空气泵和PTC加热器为第二路；所述加湿器的一个出口端依次连接背压阀和混合器。本发明加湿装置的加湿空气的湿度和温度在电堆额定工况时可有效保证，在启动工况和变工况时，也可实现可控。

Description

一种氢燃料电池可控式空气加湿装置
技术领域
本发明属于氢燃料电池进气系统技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池可控式空气加湿装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池的性能与质子交换膜的质子传导率密切相关，质子传导率依赖于质子交换膜内水的含量；质子交换膜中水的含量过高，会导致阴极扩散层内的氧传质速度降低，降低燃料电池的性能；质子交换膜中水的含量过低，会使得膜对质子的阻力有所增加，甚至会使质子交换膜损坏，因此，为了保证质子交换膜燃料电池正常发电，空气系统的进气必须要加湿。
目前质子交换膜电堆的加湿技术主要是膜加湿、焓轮加湿等方式，膜加湿器的湿膜的体量按照电堆的额定发电功率需求设计，加湿空气的湿度和温度只有在电堆额定工况时有能保证，在启动工况和变工况时，处于不可控状态，电堆内部的湿度不可量，影响电堆的使用效率；焓轮加湿虽然加湿量可以控制，充分利用了排气中的水分，但是其质量大不易密封，影响实际进入电堆的空气量。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种氢燃料电池可控式空气加湿装置，以实现可控式的进气加湿。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种氢燃料电池可控式空气加湿装置，包括氢燃料电池空气进气系统和氢燃料电池空气排气系统，所述氢燃料电池空气进气系统包括依次串接的空气滤、鼓风机和膜加湿器，加湿器的出口连接氢燃料电池电堆的进入通道；所述氢燃料电池空气排气系统分为两路，包括第一开关阀、第二开关阀、电动空气泵、PTC加热器、背压阀和混合器，所述第一开关阀设置在加湿器的第二进气口与氢燃料电池电堆之间为第一路；加湿器的第二进气口与氢燃料电池电堆之间还依次串接第二开关阀、电动空气泵和PTC加热器为第二路；所述加湿器的一个出口端依次连接背压阀和混合器。
优选的，所述加湿器为膜加湿器或者纤维加湿器。
相对于现有技术，本发明加湿装置具有以下优势：
(1)本发明加湿装置的加湿空气的湿度和温度在电堆额定工况时可有效保证，在启动工况和变工况时，也可实现可控。
(2)本发明加湿装置的结构简单，容易实现。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述一种氢燃料电池可控式空气加湿装置的结构示意图。
附图标记说明：
空气滤1、电动高压再生式鼓风机2、加湿器3、氢燃料电池电堆4、第一开关阀5、第二开关阀6、电动空气泵7、PTC加热器8、背压阀9、混合器10。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种氢燃料电池可控式空气加湿装置，如图1所示，包括氢燃料电池空气进气系统和氢燃料电池空气排气系统，氢燃料电池空气排气系统分为两路。
所述氢燃料电池空气进气系统包括依次串接的空气滤1、鼓风机2和膜加湿器3，加湿器3的出口连接氢燃料电池电堆4的空气进入通道；
所述氢燃料电池空气排气系统包括第一开关阀5、第二开关阀6、电动空气泵7、PTC加热器8、背压阀9和混合器10，所述第一开关阀5设置在加湿器3的第二进气口与氢燃料电池电堆4之间，加湿器3的第二进气口与氢燃料电池电堆4之间还依次串接第二开关阀6、电动空气泵7和PTC加热器8；所述加湿器3的一个出口端依次连接背压阀9和混合器10；通过上述连接结构，所述氢燃料电池空气排气系统分成两路，一路通过第一开关阀5控制通断，另一路通过第二开关阀6控制通断。
所述加湿器3为膜加湿器或者纤维加湿器。
工作时：空气进气系统中加湿器3的加湿体量按照氢燃料电池电堆4的额定工况设计，通过合理匹配控制加湿器3的湿空气侧的温度、压力和流速，在满足氢燃料电池电堆4不同工况下所需湿空气的流量的同时，使得氢燃料电池电堆4入口的湿空气的湿度、温度和露点温度满足氢燃料电池电堆4不同工况的需求。
在氢燃料电池工作在额定工况时，氢燃料电池排气系统中的设置电动空气泵7的一路不工作，具体通过关闭该路中的第二开关阀6来实现；
在氢燃料电池工作在其它工作工况时，比如启动工况或变工况，第一开关阀5关闭，第二开关阀6开启，通过调节电动空气泵7的转速、PTC加热器8的温度、背压阀9的压力，分别调整加湿器3湿空气入口的空气流量、温度和压力，结合该工况下氢燃料电池电堆4所需的干空气流量和加湿器3的工作对流换热和换湿原理，通过合理匹配标定电动空气泵7的转速和电动再生式鼓风机2转速，来实现对电堆4入口湿空气的温度、压力和露点温度的合理控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种氢燃料电池可控式空气加湿装置，其特征在于：包括氢燃料电池空气进气系统和氢燃料电池空气排气系统，氢燃料电池空气排气系统分成两路；
所述氢燃料电池空气进气系统包括依次串接的空气滤(1)、鼓风机(2)和膜加湿器(3)，加湿器(3)的出口连接氢燃料电池电堆(4)的进入通道；
所述氢燃料电池空气排气系统包括第一开关阀(5)、第二开关阀(6)、电动空气泵(7)、PTC加热器(8)、背压阀(9)和混合器(10)；所述氢燃料电池空气排气系统分成两路：第一路，第一开关阀(5)设置在加湿器(3)的第二进气口与氢燃料电池电堆(4)之间；第二路，加湿器(3)的第二进气口与氢燃料电池电堆(4)之间还依次串接第二开关阀(6)、电动空气泵(7)和PTC加热器(8)；所述加湿器(3)的一个出口端依次连接背压阀(9)和混合器(10)。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池可控式空气加湿装置，其特征在于：所述加湿器(3)为膜加湿器或者纤维加湿器。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池可控式空气加湿装置，其特征在于：所述加湿装置的加湿方法，包括如下内容：
在氢燃料电池工作在额定工况时，第二开关阀(6)关闭；
在氢燃料电池工作在启动工况或变工况时，第一开关阀(5)关闭，第二开关阀(6)开启。
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