一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统。所述系统连接在燃料电池堆处，燃料电池堆具有用于循环冷却水的冷却回路。增湿中冷系统包括：增湿中冷器、增湿支路和气水分离器。增湿中冷器连接在包括空气滤清器和空压机的供气支路上，用于冷却并加湿进入燃料电池堆之前的空气。增湿支路连通冷却回路中冷却水泵的出口及增湿中冷器冷却水入口，用于为增湿中冷器输送冷却水。气水分离器连通增湿中冷器的空气出口及电堆空气入口。本实用新型专利技术兼备中冷和增湿功能，无需专门设置增湿水路，降温增湿环节无需电动控制，适用于大功率燃料电池系统且有助于大幅缩减系统成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统
本技术涉及质子交换膜燃料电池，尤其涉及一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(以下简称燃料电池)功率密度高、效率高、工作温度低、产物无污染等优势使其非常适合于车载使用；而且相对于锂离子电池作主动力的纯电动汽车而言，燃料电池汽车可以有效解决里程焦虑问题，极具发展前景。燃料电池作为一种电化学动力源，其工作需要在空气供给系统、氢气供给系统、冷却系统等子系统的配合下完成。燃料电池对内部水状态非常敏感。内部缺水会导致：(1)质子交换膜脱水，质子传导能力下降，电堆欧姆阻抗升高；(2)催化层催化活性降低，燃料电池活化损失增大。而内部液态水的集聚会阻碍反应气体扩散到催化层参与反应，可能会导致燃料电池水淹。缺水和水的过量都会造成燃料电池性能下降，由此说明为燃料电池反应气体提供增湿是必要的，而且增湿必须恰当。目前，有通过合理设计燃料电池堆和流场的结构的方式实现电堆内部自增湿的方案，丰田Mirai燃料电池堆的三维流场设计就属于内部增湿。但是结构设计难度较大，工艺要求复杂，控制变量多，而且增湿效果有限。目前，还有液态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统，其特征在于，连接在燃料电池堆处，所述燃料电池堆具有电堆冷却水入口、电堆冷却水出口及电堆空气入口，所述燃料电池堆具有冷却回路以循环冷却水，其中，冷却水经过冷却水泵，从所述电堆冷却水入口进入所述燃料电池堆，经所述电堆冷却水出口进入散热器，散热后经所述冷却水泵进入所述电堆冷却水入口实现循环，所述空气供气增湿中冷系统包括：增湿中冷器，连接在包括空气滤清器和空压机的供气支路上，用于冷却并加湿进入所述燃料电池堆之前的空气，所述增湿中冷器具有增湿中冷器冷却水入口、增湿中冷器空气入口及增湿中冷器空气出口；增湿支路，连通所述冷却水泵的出口及所述增湿中冷器冷却...

【技术特征摘要】
1.一种用于质子交换膜燃料电池的空气供气增湿中冷系统，其特征在于，连接在燃料电池堆处，所述燃料电池堆具有电堆冷却水入口、电堆冷却水出口及电堆空气入口，所述燃料电池堆具有冷却回路以循环冷却水，其中，冷却水经过冷却水泵，从所述电堆冷却水入口进入所述燃料电池堆，经所述电堆冷却水出口进入散热器，散热后经所述冷却水泵进入所述电堆冷却水入口实现循环，所述空气供气增湿中冷系统包括：增湿中冷器，连接在包括空气滤清器和空压机的供气支路上，用于冷却并加湿进入所述燃料电池堆之前的空气，所述增湿中冷器具有增湿中冷器冷却水入口、增湿中冷器空气入口及增湿中冷器空气出口；增湿支路，连通所述冷却水泵的出口及所述增湿中冷器冷却水入口，用于为所述增湿中冷器输送冷却水；和气水分离器，连通所述增湿中冷器空气出口及所述电堆空气入口，用于分离增湿空气中的液态水，具有气水分离器入口、气水分离器出口及气水分离器排水口；其中，空气依次经所述空气滤清器、所述空压机、所述增湿中冷器和所述气水分离器，从所述电堆空气入口进入所述燃料电池堆参与阴极反应。2.根据权利要求1所述的空气供气增湿中冷系统，其特征在于，所述冷却水泵流量固定，通过控制所述散热器中的冷却风扇起停和转速来控制冷却水温度，以此保证所述冷却水泵的出口的水压恒定。3.根据权利要求1所述的空气供气增湿中冷系统，其特征在于，ΔP＝Ppump-PhumidifierΔP是所述冷却水泵出口压力与所述的空气供气增湿中冷系统额定工作状态下增湿中冷器内腔喷嘴出口处空气压力的压力差，Ppump是所述冷却水泵出口压力，Phumidifier是所述空气供气增湿中冷系统额定工作状态下增湿中冷器内腔喷嘴出口处空气压力，若ΔP＜1bar，所述空气供气增湿中冷系统还包括布置在所述增湿中冷器冷却水入口之前的增压水泵；若ΔP≥1bar，所述空气供气增湿中冷系统无需增设所述增压水泵。4.根据权利要求3所述的空气供气...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴普成，任棚，李跃华，吴子尧，陈东方，黄尚尉，贾肖宁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11