燃料电池的进气增湿系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种燃料电池的进气增湿系统及控制方法。所述进气增湿系统包括进气系统和增湿系统，进气系统包括空压机和进气管，电堆的出气端连接有分水器；增湿系统包括：高压蓄水罐，通过进水阀与分水器相连，进水阀可打开以将分水器中的液体排入高压蓄水罐，进水阀可关闭以阻断高压蓄水罐与分水器的气压环境连通；喷水支路，连接于高压蓄水罐和进气管之间；供气支路，连接于进气管和高压蓄水罐之间，供气支路上设有供气阀，用于将进气管内的压缩空气通入高压蓄水罐；排气支路，设有排气阀，用于将高压蓄水罐中的气体排出。所述控制方法应用于所述进气增湿系统。本发明专利技术喷水压力稳定，且对喷水水泵的压升要求低，可降低水泵成本及延长使用寿命。长使用寿命。长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的进气增湿系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池的进气增湿系统及控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池系统是一种通过将氢气与空气输送至电堆中，使得氢气与空气中的氧气在电堆上发生化学反应，以产生电能的供电系统。其中，进入电堆的空气的湿度对于电堆的性能和寿命有较大的影响，因此在燃料电池系统运行过程中常常需要对输送至电堆前的空气进行外部增湿。目前，业界主要采用膜管增湿器的方式来实现对输送至电堆前的空气的外部增湿。然而，膜管增湿器的自身体积较大、成本较高，且随着使用时间的增加，膜管增湿器的加湿性能会劣化；而且，膜管增湿器是一种被动增湿的装置，难以实现对实际加湿量的主动、精确控制。这对于燃料电池系统的成本降低、体积减小以及可靠性提高带来了较大的挑战。
[0003]为此，业界也在探寻其他的增湿方式，其中一种增湿方式是喷水增湿。现有技术中的一种喷水增湿装置包括蓄水罐、水泵和进气雾化器，蓄水罐收集水气分离装置中分离出的液体，通过水泵加压输送至进气雾化器中，并通过喷雾进口呈雾化液体喷射至空气进气管中，以实现对进入电堆前的空气喷水加湿。该现有技术虽可以实现喷水加湿，然而却存在如下不足：在该现有技术中，蓄水罐通过水气分离装置和出气管连通，蓄水罐内的压力为与外界出气管相同的较低气压，因此欲将蓄水罐内的水以较高的压力喷雾到进气管，需要将水压从较低气压、如外界环境大气压，提升到高于进气管压力一定值的较高压力。而进气管中的空气由于经过空压机加压，其压力较高，例如在一些常见的燃料电池系统中，以额定功率工作后的空压机形成的压缩空气的压力会比大气压高约200Kpa。若水泵需提供比此还高的泵水压力，对水泵的功耗和磨损带来了严重的负面影响。
[0004]专利技术人经过对现有技术的充分检索和分析发现，在燃料电池的测试领域有通过保护气加压实现恒压补水的测试设备，主要方案为通过气瓶向补水箱输入保护气体，以将补水箱内的水加压输送至加湿罐。然而，测试设备作为相对独立的设备难以与实际投入应用、处于运行状态的燃料电池系统相结合，因为一方面增设的气瓶和补水箱会增大燃料电池系统的体积和重量且气瓶和补水箱的储气储水量有限，难以实现燃料电池系统的持续运行；另一方面，测试设备的保护气体和补水箱中的液体的加入和排放都无法与燃料电池系统中的气路系统和水路系统相融合。因此，该现有技术也难以在燃料电池系统上应用。
[0005]基于此，有必要提出一种技术方案，以克服现有技术存在的不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了克服现有技术的缺陷，提出了一种燃料电池的进气增湿系统及控制方法，其喷水压力稳定，且对喷水水泵的压升要求低，可降低水泵的成本及延长使用寿命。
[0007]本专利技术通过如下技术方案实现：一种燃料电池的进气增湿系统，包括将空气输送
至电堆的进气系统和对输送至电堆前的空气加湿的增湿系统，所述进气系统包括空压机和连接于所述空压机与所述电堆之间的进气管，所述电堆的出气端连接有分水器，以将电堆反应后排出的气体和液体相分离；其中，所述增湿系统包括：高压蓄水罐，通过进水阀与所述分水器相连，所述进水阀可打开以将所述分水器中的液体排入所述高压蓄水罐，所述进水阀可关闭以阻断所述高压蓄水罐与所述分水器的气压环境连通；喷水支路，连接于所述高压蓄水罐和所述进气管之间，所述喷水支路包括水泵和喷嘴，水泵抽取高压蓄水罐中的液体经喷嘴喷射至所述进气管中；加压气体的供气支路和排气支路，所述供气支路连接于所述进气管和所述高压蓄水罐之间，所述供气支路上设有供气阀，用于将所述进气管内的压缩空气通入所述高压蓄水罐；所述排气支路上设有排气阀，用于将所述高压蓄水罐中的气体排出。
[0008]作为本申请进一步改进的方案，所述进气系统还包括设置于所述空压机上游的空气过滤器和设置于所述空压机与所述电堆之间的中冷器，所述喷嘴和所述供气支路均连接于所述空压机和所述中冷器之间的进气管上。
[0009]作为本申请进一步改进的方案，所述供气支路与所述进气管的连接点位于所述喷嘴与所述进气管的连接点上游。
[0010]作为本申请进一步改进的方案，所述增湿系统还包括连接于所述分水器和所述高压蓄水罐之间的低压蓄水罐，所述分水器中的液体通过所述低压蓄水罐排向所述高压蓄水罐，所述进水阀设于所述低压蓄水罐和所述高压蓄水罐之间。
[0011]作为本申请进一步改进的方案，所述进水阀为单向阀。
[0012]作为本申请进一步改进的方案，所述低压蓄水罐的设置位置高于所述高压蓄水罐，所述低压蓄水罐内的液体通过自身重力打开所述进水阀流向所述高压蓄水罐。
[0013]作为本申请进一步改进的方案，所述分水器包括阴极分水器，所述阴极分水器连通尾排管以将分离出的气体排出，所述阴极分水器和所述尾排管之间设置有尾排阀，所述尾排阀开度可调以增大所述阴极分水器和所述低压蓄水罐内的气压，使所述低压蓄水罐内的液体通过所述气压打开所述进水阀流向所述高压蓄水罐。
[0014]作为本申请进一步改进的方案，所述分水器包括阳极分水器，所述阳极分水器的出气口连接至氢气循环系统。
[0015]本专利技术还通过如下技术方案实现：一种燃料电池的进气增湿系统控制方法，应用于如上所述的进气增湿系统，所述控制方法包括：充水：所述供气阀关闭且所述排气阀打开，使所述高压蓄水罐内的压力释放，所述进水阀打开以将液体排向所述高压蓄水罐；加压：所述空压机运行，所述供气阀打开且所述排气阀关闭，以将压缩空气通入所述高压蓄水罐以增大所述高压蓄水罐内的气压；喷水：所述喷水支路的水泵和喷嘴打开，所述高压蓄水罐内的气压及所述水泵的压升驱动所述高压蓄水罐内的液体喷射至所述进气管中。
[0016]作为本申请进一步改进的方案，所述增湿系统包括连接于所述分水器和所述高压蓄水罐之间的低压蓄水罐，所述低压蓄水罐和所述高压蓄水罐之间设置所述进水阀，所述低压蓄水罐的设置位置高于所述高压蓄水罐，充水时，所述低压蓄水罐内的液体通过自身
重力流向所述高压蓄水罐。
[0017]作为本申请进一步改进的方案，所述增湿系统包括连接于所述分水器和所述高压蓄水罐之间的低压蓄水罐，所述低压蓄水罐和所述高压蓄水罐之间设置所述进水阀，所述分水器连通尾排管以将分离出的气体排出，所述分水器和所述尾排管之间设置有开度可调的尾排阀，充水时，所述尾排阀开度调小以增大所述分水器和所述低压蓄水罐内的气压，使所述低压蓄水罐内的液体藉由所述气压压力流向所述高压蓄水罐。
[0018]本专利技术提供的燃料电池的进气增湿系统及控制方法，可将分水器分离的液体收集至高压蓄水罐中，并通过压缩空气通入高压蓄水罐中，以增大高压蓄水罐中的压力，从而抽取高压蓄水罐中的液体用于喷射加湿的水泵无需提供较大的压升，可降低水泵的成本及延长使用寿命；而且由于通入高压蓄水罐的压缩空气为从进气系统中引入的气体，其压力变化与进气系统内的压力变化相关联，从而水泵提供稳定的压升即可保证喷水压力稳定，喷水增湿效果更稳定。
附图说明
[0019]图1是本专利技术燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的进气增湿系统，包括将空气输送至电堆的进气系统和对输送至电堆前的空气加湿的增湿系统，所述进气系统包括空压机和连接于所述空压机与所述电堆之间的进气管；所述电堆的出气端连接有分水器，以将电堆反应后排出的气体和液体相分离；其特征在于，所述增湿系统包括：高压蓄水罐，通过进水阀与所述分水器相连，所述进水阀可打开以将所述分水器中的液体排入所述高压蓄水罐，所述进水阀可关闭以阻断所述高压蓄水罐与所述分水器的气压环境连通；喷水支路，连接于所述高压蓄水罐和所述进气管之间，所述喷水支路包括水泵和喷嘴，水泵抽取高压蓄水罐中的液体经喷嘴喷射至所述进气管中；加压气体的供气支路和排气支路，所述供气支路连接于所述进气管和所述高压蓄水罐之间，所述供气支路上设有供气阀，用于将所述进气管内的压缩空气通入所述高压蓄水罐；所述排气支路上设有排气阀，用于将所述高压蓄水罐中的气体排出。2.如权利要求1所述的燃料电池的进气增湿系统，其特征在于，所述进气系统还包括设置于所述空压机上游的空气过滤器和设置于所述空压机与所述电堆之间的中冷器，所述喷嘴和所述供气支路均连接于所述空压机和所述中冷器之间的进气管上。3.如权利要求2所述的燃料电池的进气增湿系统，其特征在于，所述供气支路与所述进气管的连接点位于所述喷嘴与所述进气管的连接点上游。4.如权利要求1所述的燃料电池的进气增湿系统，其特征在于，所述增湿系统还包括连接于所述分水器和所述高压蓄水罐之间的低压蓄水罐，所述分水器中的液体通过所述低压蓄水罐排向所述高压蓄水罐，所述进水阀设于所述低压蓄水罐和所述高压蓄水罐之间。5.如权利要求4所述的燃料电池的进气增湿系统，其特征在于，所述进水阀为单向阀。6.如权利要求4或5所述的燃料电池的进气增湿系统，其特征在于，所述低压蓄水罐的设置位置高于所述高压蓄水罐，所述低压蓄水罐内的液体通过自身重力打开所述进水阀流向所述高压蓄水罐。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震，田真，
申请(专利权)人：上海重塑能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：