一种燃料电池的冷却加湿集成系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池的冷却加湿集成系统，包括燃料电池电堆、气液分离器、水箱、散热器、水泵、中冷加湿器和空压机，中冷加湿器包括水通道和空气通道，水通道与空气通道之间通过隔板加湿结构相通；燃料电池电堆的空气出口通过气液分离器与所述水箱的进口连接，水箱的出口与水通道的进口之间设有散热器和水泵；空压机的排气口与空气通道的进口相连，空气通道的出口与燃料电池电堆的空气进口相连。本发明专利技术将燃料电池系统的加湿系统和冷却系统集成化设计，利用燃料电池系统自身产生的水对空压机排出的空气进行冷却加湿，不仅减少了系统部件和运行的故障点，而且也极大的降低了系统的复杂性和制造成本，节省了空间，并能实现良好的加湿效果。加湿效果。加湿效果。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池的冷却加湿集成系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池的冷却加湿集成系统。

技术介绍

[0002]燃料电池技术作为提供新一代高效零污染的清洁能源的环境友好型技术，正被越来越多的运用于动力、电源以及储能等行业。而在燃料电池中，广泛使用和开发应用的电池结构则是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。燃料电池发电系统是基于燃料电池为核心的一套提供电力的发电装置，典型的燃料电池发电系统主要包括主控制器(控制系统)、燃料电池(电堆)、冷却系统(含电堆冷却和空压机出口空气冷却)、空气供给系统及其加湿系统和燃料供给与回收循环系统。氢燃料电池系统则是以氢气这一清洁能源为燃料，具有低温启动、能量密度高、启动快速、系统性能好等优点，已经得到了广泛地关注和实际应用。
[0003]燃料电池是将燃料和电解质的化学能直接转换成电能的发电装置，如图1所示，其工作原理是：进入燃料电池阳极侧的氢气在催化剂的作用下，氢原子分解成H
+
与e
–
，其中H
+
进入阳极侧在水合作用下，穿过质子交换膜到达阴极侧，由于电子无法穿过质子交换膜，只能通过外部(则形成外部可供做功的电路)到达阴极侧；在阴极侧，质子、电子以及氧原子在催化剂的作用下，发生反应形成水分子并释放大量的热的过程。
[0004]质子交换膜燃料电池的电极反应方程式如下：
[0005]正极：O2+4e-+4H
+
＝2H2O
[0006]负极：2H2＝4H
+
+4e-[0007]化学总反应：2H2+O2＝2H2O
[0008]对于燃料电池的运行而言，质子交换膜的水传导率是影响其性能的重要参数。根据国内外实验数据表明，燃料电池工作在60℃，气体湿度为80％-100％之间，反应效率最高，如果反应气体过于干燥，会造成质子交换膜中水分子过少，导致燃料电池工作效率下降，并可能造成交换膜损坏；而反应气体加湿过度，则会由于“水淹”等原因造成电池系统的性能恶化，因此对燃料电池工作时整体性能影响最大的则是其加湿系统。
[0009]由于用于燃料电池系统的氧气供应，目前多数采用的是由高转速和大流量的空压机提供空气的方式实现的，而空压机由于工作时其出口空气温度很高(通常高达到120～130℃左右)，这就需要将进入燃料电池电堆的空气冷却降至满足电堆正常工作的温度，通常是40～50℃左右，而增设必要的空气冷却系统，多数采用的是以中冷器为主的配以水泵、散热器、散热风扇以及散热水箱等一套冷却系统。
[0010]燃料电池的加湿系统有多种形式，分类上主要分为外加湿和内加湿两类，所谓内加湿，即是在电堆内加入加湿段，依靠膜的阻气特性与水在膜内的浓差扩散来实现的；而外加湿方法主要包括鼓泡法加湿、液态水喷射加湿、湿膜加湿、中空纤维加湿和蒸汽注射加湿等。
[0011]现有的燃料电池系统的空压机冷却系统以及加湿系统，都在一定程度上增加了其系统的复杂性和系统运行的故障点：对空压机的出口空气冷却需要采用一整套完整的冷却
系统；同时，对于采用燃料电池外加湿的系统，则同样需要增设一套带补充水箱和加湿泵以及配合膜加湿或液态水喷射加湿或蒸汽注射加湿方式的一整套加湿系统，这不仅增加了系统的复杂性，也占用了大量的空间以及增加了系统的固有成本，对于目前在追求和提高燃料电池的体积功率比的技术背景下以及降低系统制造成本以增加市场竞争力方面，其缺点显得尤为突出。

技术实现思路

[0012]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种燃料电池的冷却加湿集成系统，包括燃料电池电堆、气液分离器、散热器、水泵、中冷加湿器和空压机，所述中冷加湿器包括水通道和空气通道，所述水通道与所述空气通道之间通过隔板加湿结构相通；
[0013]所述燃料电池电堆的空气出口通过所述气液分离器与所述水箱的进口连接，所述水箱的出口与所述水通道的进口之间设有所述散热器和水泵；
[0014]所述空压机的排气口与所述空气通道的进口相连，所述空气通道的出口与所述燃料电池电堆的空气进口相连。
[0015]较佳地，所述隔板加湿结构包括隔板，所述隔板上设有若干分别与所述水通道和空气通道相通的第一开孔。
[0016]较佳地，所述水通道和空气通道均由翅片形成，形成所述水通道的翅片和形成所述空气通道的翅片均与所述隔板平行。
[0017]较佳地，所述翅片与所述隔板线接触或面接触，当所述翅片与所述隔板面接触时，与所述隔板相重叠的所述翅片上设有与所述第一开孔相通的第二开孔。
[0018]较佳地，所述翅片结构为平直形，当所述翅片断面为矩形时，与所述隔板重叠的所述的翅片部位上设有所述第二开孔。
[0019]较佳地，所述隔板为中空的腔体结构，所述隔板的中空部设有由透水膜包裹的多微孔支撑体，所述隔板上设有若干分别与所述水通道和空气通道相通的所述第一开孔。
[0020]较佳地，所述多微孔支撑体为泡沫金属结构。
[0021]较佳地，所述水通道的出口与所述水箱的进口相连。
[0022]较佳地，所述水通道的出口与所述水箱的进口之间还设有排水阀。
[0023]较佳地，所述气液分离器与所述水箱之间还设有真空泵。
[0024]与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：
[0025]本专利技术提供一种燃料电池的冷却加湿集成系统，将燃料电池系统的加湿系统和冷却系统集成化设计，减少了中冷器/或加湿器部件以及加湿水泵的使用。本系统为内冷却加湿系统，利用燃料电池系统自身产生的水(将燃料电池系统尾排的空气中的大量水进行重复利用)对空压机排出的空气进行冷却加湿，不仅减少了系统部件和运行的故障点，而且也极大的降低了系统的复杂性和制造成本，节省了空间，并能实现良好的加湿效果。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附
图中：
[0027]图1为燃料电池的工作原理图；
[0028]图2为本专利技术优选实施例提供的带有冷却加湿集成系统的燃料电池的结构框图；
[0029]图3为本专利技术优选实施例提供的中冷加湿器的结构示意图；
[0030]图4为本专利技术优选实施例提供的空气通道翅片或水通道翅片的结构示意图；
[0031]图5为本专利技术优选实施例提供的膜加湿方案中的隔板加湿结构的结构示意图。
具体实施方式
[0032]以下将结合图2至图5对本专利技术提供的一种燃料电池的冷却加湿集成系统进行详细的描述，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本专利技术精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
[0033]请参考图2至图5，一种燃料电池的冷却加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的冷却加湿集成系统，其特征在于，包括燃料电池电堆、气液分离器、水箱、散热器、水泵、中冷加湿器和空压机，所述中冷加湿器包括水通道和空气通道，所述水通道与所述空气通道之间通过隔板加湿结构相通；所述燃料电池电堆的空气出口通过所述气液分离器与所述水箱的进口连接，所述水箱的出口与所述水通道的进口之间设有所述散热器和水泵；所述空压机的排气口与所述空气通道的进口相连，所述空气通道的出口与所述燃料电池电堆的空气进口相连。2.如权利要求1所述的一种燃料电池的冷却加湿集成系统，其特征在于，所述隔板加湿结构包括隔板，所述隔板上设有若干分别与所述水通道和空气通道相通的第一开孔。3.如权利要求2所述的一种燃料电池的冷却加湿集成系统，其特征在于，所述水通道和空气通道均由翅片形成，形成所述水通道的翅片和形成所述空气通道的翅片均与所述隔板平行。4.如权利要求3所述的一种燃料电池的冷却加湿集成系统，其特征在于，所述翅片与所述隔板线接触或面接触，当所述翅片与所述隔板面接触时，与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢少锋，
申请(专利权)人：上海羿沣氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：