本发明专利技术涉及一种用于冷却车辆燃料电池系统中的加压增压空气的方法和系统，该方法和系统使用第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器。所述系统还包括气－气湿度调节器和燃料电池堆。根据所述方法和系统，阴极废气通过所述气－气湿度调节器，并在第一增压空气冷却器中还用作冷却剂气体。因此，所述燃料电池阴极废气被加热并减少了含水量，从而减少了废气中水分在车辆底部冷凝并淤积的趋势。本发明专利技术还提供了一种将所述第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器一体化的三流体换热器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种用于冷却车辆燃料电池系统中的加压增压空气的方法和系统，该方法和系统使用第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器。所述系统还包括气－气湿度调节器和燃料电池堆。根据所述方法和系统，阴极废气通过所述气－气湿度调节器，并在第一增压空气冷却器中还用作冷却剂气体。因此，所述燃料电池阴极废气被加热并减少了含水量，从而减少了废气中水分在车辆底部冷凝并淤积的趋势。本专利技术还提供了一种将所述第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器一体化的三流体换热器。【专利说明】用于冷却燃料电池的增压空气的冷却方法和系统以及三流体增压空气冷却器相关申请的交叉参照本申请要求了 2012年2月27日提交的美国临时专利申请N0.61/603，734的优先权和权益，该专利申请内容通过引用被并入本专利技术的说明书。
本专利技术涉及一种用于车辆燃料电池系统阴极热管理的方法和系统，并且涉及三流体增压空气冷却器，所述三流体增压空气冷却器可以在所述方法和系统中应用，而且适于在需要气体冷却的其他系统中应用。
技术介绍
燃料电池的阴极使用加压增压空气，所述增压空气通过空气压缩机被提升至燃料电池的操作压力。在压缩过程中，空气能够被加热至大约200°C或更高的温度，该温度显著高于燃料电池的操作温度。因此，在加压增压空气抵达燃料电池堆并且在加压增压空气到达可串联在空气压缩机和燃料电池堆之间的湿度调节器之前，使用增压空气冷却器来将加压增压空气冷却至期望的温度。 传统的阴极热管理系统使用液体一空气增压空气冷却器从增压空气移除热。液体冷却剂是循环通过燃料电池冷却系统的典型的水或水一乙二醇混合物。被液体冷却剂吸收的热随后通过车辆前端的换热器(例如散热器)被排放至大气。燃料电池引擎本身也产生废热，由于相对低的电池堆操作温度因此这种废热是低温位的热。这种低温位的热的排放典型地需要相对大的散热器，且通过该同一个散热器排出的来自增压空气冷却器的附加热负载迫使散热器尺寸进一步增加，以至于散热器可能难以安装在车辆的前端空间内。因此，对增压空气的冷却给燃料电池冷却系统造成了附加的负担，并使已经有限的空间内的安装复杂化。图1A显示了该现有技术的阴极热管理系统的一个示例。 需要用于阴极热管理系统的可替代方法以便减少燃料电池冷却系统上的热负载，同时保证增压空气被冷却至合适的温度。此外，期望减少燃料电池引擎冷却过程中的寄生能量损失。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供了一种用于在燃料电池系统中冷却加压阴极空气气流的方法，所述燃料电池系统包括:燃料电池堆，包括气一气增压空气冷却器的第一增压空气冷却器，气一气湿度调节器，以及第二增压空气冷却器。所述方法包括:(a)提供具有第一温度(T1)的所述加压阴极空气气流；(b)使所述加压阴极空气气流通过所述第一增压空气冷却器并与来自所述燃料电池堆的阴极废气流发生热交换，其中，在所述第一增压空气冷却器的进口处，所述阴极废气流具有第二温度(T2),且在所述第一增压空气冷却器的出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第三温度(T3) ；(c)使所述加压阴极空气气流通过所述第二增压空气冷却器，并与在液一气增压空气冷却器的冷却剂进口处具有第四温度(T4)的液体冷却剂或气体冷却剂发生热交换，其中，在所述第二增压空气冷却器的出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第五温度(T5) ；(d)使所述加压阴极空气气流以及所述阴极废气流通过所述气一气湿度调节器，其中，在所述湿度调节器中，水蒸气从阴极废气流转移给加压阴极空气气流；以及(Θ)将所述加压阴极空气气流运送至所述燃料电池堆的阴极空气进口。所述阴极废气流在穿过所述第一增压空气冷却器之前穿过所述气一气湿度调节器；且其中，所述加压阴极空气气流在通过所述第二增压空气冷却器之后，并在进入所述燃料电池堆的阴极空气进口之前穿过所述湿度调节器。 在一个实施例中，在正常操作状态下温度KTyT1且/或T4〈T5〈T3。 在一个实施例中，在所述气一气湿度调节器的进口处所述阴极废气流具有第六温度(T6),且其中，在所述气一气湿度调节器的出口处所述加压阴极空气气流具有第七温度(T7),其中，在正常操作状态下τ5〈τ7〈τ6。另外，在一些实施例中，在正常操作状态下τ2〈τ6。 在一个实施例中，所述第二增压空气冷却器是液一气增压空气冷却器，且其中，所述液体冷却剂从燃料电池系统内的一个或其他多个热源吸收热。 在一个实施例中，通过第一增压空气冷却器从加压阴极空气气流移除的热能的量要大于通过第二增压空气冷却器从加压阴极空气气流移除的热能的量。 在另一方面，本文提供了一种用于产生适于用在燃料电池中的加压阴极空气气流的系统。所述系统包括:(a)第一增压空气冷却器，所述第一增压空气冷却器包括用于借助在第一增压空气冷却器的进口处具有第二温度(T2)的气体冷却剂将所述加压阴极空气气流从第一温度(T1)冷却至第三温度(T3)的气一气增压空气冷却器；(b)第二增压空气冷却器，所述第二增压空气冷却器用于借助于在所述第二增压空气冷却器的冷却剂进口处具有第四温度(T4)的液体冷却剂或气体冷却剂，将所述加压阴极空气气流从温度T3冷却至第五温度(T5) ；(c)气一气湿度调节器，所述气一气湿度调节器用于通过从加湿气体转移水分来提高加压阴极空气气流的水含量；以及(d)燃料电池堆，所述燃料电池堆具有阴极空气进口和阴极废气出口。加湿气体包括来自燃料电池堆的阴极废气出口的阴极废气流。第一增压空气冷却器的气体冷却剂包括阴极废气流。第一增压空气冷却器布置成用于接收来自湿度调节器的阴极废气流，且湿度调节器布置成用于接收来自燃料电池堆的阴极废气出口的阴极废气流。 在一个实施例中，第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器连续地布置，使得所述第二增压空气冷却器从所述第一增压空气冷却器接收温度为第三温度(T3)的所述加压阴极空气气流。 在一个实施例中，第二增压空气冷却器是液一气增压空气冷却器，且其中，第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器一体化形成为三流体增压空气冷却器，所述三流体增压空气冷却器包括用于加压阴极空气气流的多个流动通道、用于气体冷却剂的多个流动通道以及用于液体冷却剂的多个流动通道。 在一个实施例中，阴极空气进口接收来自可以是隔膜湿度调节器的所述气一气湿度调节器的所述加压阴极空气气流。 在一个实施例中，所述系统还包括压缩机，所述压缩机接收处于环境温度和压力的空气并压缩所述环境空气以产生具有所述第一温度(T1)的所述加压阴极空气气流，且其中，第一增压空气冷却器接收来自压缩机的加压阴极空气气流。 在一个实施例中，第二增压空气冷却器是气一气增压空气冷却器，其中，第二增压空气冷却器通过可变速风机冷却，且其中，可变速风机通过控制回路控制，以便将温度T7保持在期望的范围内。 在一个实施例中，第二增压空气冷却器是液一气增压空气冷却器，在第二增压空气冷却器内，加压阴极空气气流由循环通过冷却回路的液体冷却剂冷却，所述冷却回路也包括所述燃料电池堆，且其中，冷却回路包括控制通过燃料电池堆和第二增压空气冷却器的液体冷却剂流量的可变速泵。 以及在又一方面，本专利技术提供了一种三流体增压空气冷却器。所述增压空气冷却器包括多块板，所述多块板排列成具有第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于冷却燃料电池系统中的加压阴极空气气流的冷却方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、包括气－气增压空气冷却器的第一增压空气冷却器、气－气湿度调节器以及第二增压空气冷却器，其中，所述冷却方法包括：(a)提供具有第一温度(T1)的加压阴极空气气流；(b)使所述加压阴极空气气流通过所述第一增压空气冷却器并与来自所述燃料电池堆的阴极废气流发生热交换，其中，在所述第一增压空气冷却器进口处，所述阴极废气流具有第二温度(T2)，并且在所述第一增压空气冷却器出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第三温度(T3)；(c)使所述加压阴极空气气流通过所述第二增压空气冷却器，并与液体冷却剂或气体冷却剂发生热交换，所述液体冷却剂或气体冷却剂在液－气增压空气冷却器的冷却剂进口处具有第四温度(T4)，其中，在所述第二增压空气冷却器出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第五温度(T5)；(d)使所述加压阴极空气气流以及所述阴极废气流通过所述气－气湿度调节器，其中，在所述湿度调节器中，水蒸气从阴极废气流转移给加压阴极空气气流；以及(e)将所述加压阴极空气气流运送至所述燃料电池堆的阴极空气进口；其中，所述阴极废气流在通过所述第一增压空气冷却器之前穿过所述气－气湿度调节器；且其中，所述加压阴极空气气流在通过所述第二增压空气冷却器之后并且在进入所述燃料电池堆的阴极空气进口之前通过所述气－气湿度调节器。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·范迪维斯，C·A·绍尔，
申请(专利权)人：达纳加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA
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