本发明专利技术涉及一种燃料电池空气增湿系统、燃料电池系统及车辆。燃料电池空气增湿系统包括空气增湿装置，空气增湿装置包括增湿部分和去湿部分，增湿部分设有干空气进口以及用于与燃料电池电堆连接的湿空气出口，去湿部分包括湿空气进口和去湿空气出口，增湿系统还包括气液分离装置和集液装置，气液分离装置收集燃料电池电堆产生的水分，集液装置储存气液分离装置收集的水分并与湿空气进口连接以便为空气增湿装置定量补水。通过将燃料电池系统大功率运行时过量的水分收集并储存起来，并在燃料电池低功率运行而导致空气增湿装置水分不足时为空气增湿装置补充水分，达到补水的平衡，实现湿度的合理调控，保证燃料电池电堆处于合理湿度范围。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池空气增湿系统、燃料电池系统及车辆
本专利技术涉及一种燃料电池空气增湿系统、燃料电池系统及车辆。
技术介绍
随着环境和能源等问题的日益突出，燃料电池汽车被认为是替代内燃机汽车的未来发展方向之一。燃料电池以氢气和氧气为燃料，具有效率高、无污染、功率密度高、低温启动等优点，受到人们越来越多的关注。目前，世界各大汽车公司都逐渐推出了自己的燃料电池车辆，如丰田的Mirai等，燃料电池汽车市场具有广阔的发展前景。增湿系统是质子交换膜燃料电池中最重要的子系统之一，主要分为自增湿和外增湿两类。自增湿是将增湿技术集成至燃料电池，无需外加增湿装置，这种增湿对电堆选型及系统控制具有较高要求。另外一类为外增湿，主要方法为在反应气体前（通常为空气侧）增加一个增湿设备，对进气进行增湿。因此，燃料电池空气侧增湿系统的设计与控制是一项关键核心技术。申请公布号为CN106532085A的专利公开了一种用于控制燃料电池膜加湿器加湿量的设备和方法，该专利通过调节组成用于燃料电池膜加湿器的中空纤维膜内部和外部之间的湿气体的分压力差，来相对于供应至燃料电池的空气侧湿度控制。具体实施方法：当所测量的湿度等于或大于参考值时，通过减小或阻塞从燃料电池供应至膜加湿器的湿空气量，来增加膜加湿器的中控纤维膜的压力；当所测量的湿度小于参考值时，通过阻塞膜加湿器的出口来增加膜加湿器的中空纤维内部和外部的压力。通过改变压力来控制湿度的上述方法有两个方面缺点：1）内部压力的增加使对空压机的负荷增大，内部压力的降低会影响燃料电池性能；2）压力的变化影响膜两侧的压差，容易造成膜机械损伤。公开号为CN1567624A的专利公开了一种高效燃料电池的空气增湿系统，该空气输送装置的出口与燃料电池堆的空气进口连接，该燃料电池堆的空气出口与增湿装置的湿空气进口连接，增湿装置的去湿空气出口与大气相通。但是，此专利增湿程度依赖电堆产生的水量大小，不具备湿度调节能力，不能实现有效湿度调节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过囤积电堆大功率运行时的多余水分以在电堆小功率运行时补偿增湿器、从而实现湿度的合理调控的燃料电池空气增湿系统；本专利技术的目的还在于提供一种使用上述燃料电池空气增湿系统的燃料电池系统和车辆。为实现上述目的，本专利技术的燃料电池空气增湿系统采用如下的技术方案：技术方案1：燃料电池空气增湿系统包括空气增湿装置，空气增湿装置包括增湿部分和去湿部分，增湿部分设有干空气进口以及用于与燃料电池电堆连接的湿空气出口，去湿部分包括湿空气进口和去湿空气出口，燃料电池空气增湿系统还包括气液分离装置和集液装置，气液分离装置用于收集燃料电池电堆产生的水分，集液装置用于储存气液分离装置收集的水分并与所述湿空气进口连接以便为空气增湿装置定量补水。有益效果：本专利技术通过气液分离装置和集液装置的设置，将燃料电池系统大功率运行时过量的水分收集并储存起来，并在燃料电池低功率运行而导致空气增湿装置水分不足时为空气增湿装置补充水分，达到为空气增湿装置补水的平衡，实现湿度的合理调控，保证燃料电池电堆处于合理湿度范围。技术方案2：在技术方案1的基础上，燃料电池空气增湿系统还包括与干空气进口和湿空气出口之间的湿空气通道并联设置的干空气支路，燃料电池空气增湿系统还包括调节干空气支路与所述湿空气通道的气流量的第一控制装置。干空气支路及第一控制装置的设置可调控增湿装置增湿部分的干空气与湿空气的比例，从而实现对湿度的调控，配合气液分离装置和集液装置的水分调控，可在集液装置的容器集满水后采用干空气支路调节进气的干空气与湿空气比例的方案进行调控湿度。技术方案3：在技术方案2的基础上，所述第一控制装置包括设置在干空气支路与湿空气通道的上游三岔口处的三通调节阀。技术方案4：在技术方案3的基础上，燃料电池空气增湿系统还包括在干空气支路、湿空气通道以及与两者相连的主路三者中的至少两个上设置的流量计。两个流量计的设置即可准确监控干空气与湿空气的比例的实时数据。技术方案5：在技术方案1-4任意一项的基础上，所述湿空气进口上连接有用于与燃料电池电堆相连的管路系统，管路系统上设有并联的第一、第二支路，第一支路上连接有所述气液分离装置和集液装置，燃料电池空气增湿系统还包括调节第一、第二支路气流量的第二控制装置。技术方案6：在技术方案5的基础上，第二控制装置为三通调节阀。技术方案7：在技术方案5的基础上，所述气液分离器包括直接与所述湿空气进口相连的第一出口以及通过集液装置与湿空气进口相连的第二出口。技术方案8：在技术方案7的基础上，燃料电池空气增湿系统还包括控制集液装置向所述湿空气进口供气量的控制阀。本专利技术的燃料电池系统采用如下的技术方案：技术方案1：燃料电池系统包括燃料电池以及为燃料电池增湿的增湿系统，增湿系统包括空气增湿装置，空气增湿装置包括增湿部分和去湿部分，增湿部分设有干空气进口以及与燃料电池电堆连接的湿空气出口，去湿部分包括湿空气进口和去湿空气出口，增湿系统还包括气液分离装置和集液装置，气液分离装置用于收集燃料电池电堆产生的水分，集液装置用于储存气液分离装置收集的水分并与所述湿空气进口连接以便为空气增湿装置定量补水。有益效果：本专利技术通过气液分离装置和集液装置的设置，将燃料电池系统大功率运行时过量的水分收集并储存起来，并在燃料电池低功率运行而导致空气增湿装置水分不足时为空气增湿装置补充水分，达到为空气增湿装置补水的平衡，实现湿度的合理调控，保证燃料电池电堆处于合理湿度范围。技术方案2：在技术方案1的基础上，燃料电池空气增湿系统还包括与干空气进口和湿空气出口之间的湿空气通道并联设置的干空气支路，燃料电池空气增湿系统还包括调节干空气支路与所述湿空气通道的气流量的第一控制装置。干空气支路及第一控制装置的设置可调控增湿装置增湿部分的干空气与湿空气的比例，从而实现对湿度的调控，配合气液分离装置和集液装置的水分调控，可在集液装置的容器集满水后采用干空气支路调节进气的干空气与湿空气比例的方案进行调控湿度。技术方案3：在技术方案2的基础上，所述第一控制装置包括设置在干空气支路与湿空气通道的上游三岔口处的三通调节阀。技术方案4：在技术方案3的基础上，燃料电池空气增湿系统还包括在干空气支路、湿空气通道以及与两者相连的主路三者中的至少两个上设置的流量计。两个流量计的设置即可准确监控干空气与湿空气的比例的实时数据。技术方案5：在技术方案1-4任意一项的基础上，所述湿空气进口上连接有用于与燃料电池电堆相连的管路系统，管路系统上设有并联的第一、第二支路，第一支路上连接有所述气液分离装置和集液装置，燃料电池空气增湿系统还包括调节第一、第二支路气流量的第二控制装置。技术方案6：在技术方案5的基础上，第二控制装置为三通调节阀。技术方案7：在技术方案5的基础上，所述气液分离器包括直接与所述湿空气进口相连的第一出口以及通过集液装置与湿空气进口相连的第二出口。技术方案8：在技术方案7的基础上，燃料电池空气增湿系统还包括控制集液装置向所述湿空气进口供气量的控制阀。本专利技术的车辆采用如下的技术方案：技术方案1：车辆包括车体及设在车体上的燃料电池系统，燃料电池系统包括燃料电池以及为燃料电池增湿的增湿系统，增湿系统包括空气增湿装置，空气增湿装置包括增湿部分和去湿部分，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池空气增湿系统，包括空气增湿装置，空气增湿装置包括增湿部分和去湿部分，增湿部分设有干空气进口以及用于与燃料电池电堆连接的湿空气出口，去湿部分包括湿空气进口和去湿空气出口，其特征是，燃料电池空气增湿系统还包括气液分离装置和集液装置，气液分离装置用于收集燃料电池电堆产生的水分，集液装置用于储存气液分离装置收集的水分并与所述湿空气进口连接以便为空气增湿装置定量补水。
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池空气增湿系统，包括空气增湿装置，空气增湿装置包括增湿部分和去湿部分，增湿部分设有干空气进口以及用于与燃料电池电堆连接的湿空气出口，去湿部分包括湿空气进口和去湿空气出口，其特征是，燃料电池空气增湿系统还包括气液分离装置和集液装置，气液分离装置用于收集燃料电池电堆产生的水分，集液装置用于储存气液分离装置收集的水分并与所述湿空气进口连接以便为空气增湿装置定量补水。2.根据权利要求1所述的燃料电池空气增湿系统，其特征是，燃料电池空气增湿系统还包括与干空气进口和湿空气出口之间的湿空气通道并联设置的干空气支路，燃料电池空气增湿系统还包括调节干空气支路与所述湿空气通道的气流量的第一控制装置。3.根据权利要求2所述的燃料电池空气增湿系统，其特征是，所述第一控制装置包括设置在干空气支路与湿空气通道的上游三岔口处的三通调节阀。4.根据权利要求3所述的燃料电池空气增湿系统，其特征是，燃料电池空气增湿系统还包括在干空气支路、湿空气通道以及与两者相连的主路三者中的至少两个上设置的流量计。5.根据权利要求1-4任意一项所述的燃料电池空气增湿系统，其特征是，所述湿空气进口上连接有用于与燃料电池电堆相连的管路系统，管路系统上设有并联的第一、第二支路，第一支路上连接有所述气液分离装置和集液装置，燃料电池空气增湿系统还包括调节第一、第二支路气流量的第二控制装置。6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟德水，李飞强，张龙海，李进，
申请(专利权)人：郑州宇通客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41
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