一种燃料电池用空气预过滤装置及其控制方法和燃料电池制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池用空气预过滤装置及其控制方法和燃料电池，所述预过滤装置的内腔底部设为蓄水腔，蓄水腔上部通过分隔板隔离为空气过滤侧腔和补水侧腔；所述空气过滤侧腔下方连接空气进气管，顶部设有与燃料电池的空气滤清器连接的空气出口，内部设有控湿分水器；所述补水侧腔顶部设有进水口，底部设有排水口；所述进水口连接燃料电池的阳极分水器，所述排水口连接燃料电池阴极的尾气出口；所述补水侧腔还设有补水排气口，所述补水排气口的进水方向连接于燃料电池阴极的尾气处理器，排气方向连接于燃料电池阴极的尾气出口。本发明专利技术能够保证入堆空气的洁净度，减少空气滤清器的滤芯的更换次数，并对燃料电池反应的副产物水进行有效利用。产物水进行有效利用。产物水进行有效利用。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用空气预过滤装置及其控制方法和燃料电池


[0001]本专利技术属于燃料电池
，更具体地，涉及一种燃料电池用空气预过滤装置及其控制方法和燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池的反应机理是通过氢气和氧气在膜电极中发生化学反应来产生电能。通过这些反应，燃料电池可以将化学能转化为电能，同时产生水作为副产物。燃料电池系统是一种高效、清洁的能源转换方式，有望在未来的能源领域得到广泛应用。
[0003]质子交换膜燃料电池系统中空气供给系统主要对空气进行处理，输送满足电堆要求的空气。对电堆的功率、效率、寿命因素等起着至关重要的作用。这些要求包括了洁净度、换热湿度和温度等。
[0004]洁净度：空气中的污染物（固体颗粒、CO、C
m
H
n
、NO
x
、SO2、H2S等）会对PEMFC的性能造成不良影响。正规的方法是采用物理加化学过滤装置，对空气中的有害物进行过滤去除。
[0005]湿度：质子交换膜需要水分来维持质子导电性，膜本身有一定吸水性，质子交换膜的水含量对电池性能影响很大。含水量过低则会严重降低其导电率。同时通过对入堆的新鲜空气加湿，能够有效防止入口附近的部分膜被吹干，从而影响电堆性能。
[0006]质子交换膜燃料电池中，目前空气供给系统根据车用工况环境进行设计，缺乏了对于工程机械行业在高粉尘的运行环境中的考虑，这将导致空气空滤的频繁更换，甚至由于粉尘的堵塞，将导致燃料电池空气侧欠压情况的发生，从而影响系统正常运行。而如果频繁更换空滤则会增加燃料电池的维护成本。另一方面，由于加湿器属于固定增湿面积附件，在大功率燃料电池系统中，由于空气湿度的要求，将进一步增加加湿器的增湿面积，从而增加系统的整体成本。
[0007]同时，燃料电池反应产生的副产物水，一般都是直接排出，并未进行有效的利用。而这部分水具有洁净度高和低电导率等特点，是可以进行再利用的。
[0008]专利CN114792827A公开了一种质子交换膜燃料电池自增湿系统，其在燃料电池空气侧增加了分水器和超声波雾化器，将反应产生的水通过超声波雾化后，通入空压器的出口，从而实现反应产生水的回收和新鲜空气的自增湿。但是其反应水雾化系统在空气侧增加了两个分水器，增加了系统附件的成本，另外通过该装置可能会导致空气过湿，导致发生阴极水淹，影响燃料电池电堆的性能。
[0009]专利CN212934681U公开了一种含雾化装置的尾排系统，该装置能够将燃料电池系统产生的液态水雾化形成水汽，避免了直接将液态水排放于地面。主要解决了在冬季高寒地带，由于排出的液态水在地面结冰，而发生车辆打滑等交通意外。但是其尾排水回收喷淋装置会导致泥沙的结块，当泥浆附着于燃料电池系统散热器上，将降低燃料电池系统的散热效率，进而影响燃料电池系统的正常工作。
[0010]专利CN2499106Y公开了一种新型的气水分离器，主要通过在挡水板的迎风面上固设多个倒钩，当含有杂质的水分进入气水分离器时，可将含有杂质的水分集中于倒钩处并
顺势落至底部，从而提升气体的分水效率。但是该气水分离器是应用于传统行业的，其流通的工质是水多气少，对于气体含量大的工质的分水效率并不突出。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是针对以上不足，提供一种燃料电池用空气预过滤装置及其控制方法和燃料电池，该空气预过滤装置为能够自清洁自增湿，可快速拆卸，可清洗的空气滤清器前置部件，从而减少空气滤清器的滤芯的更换次数，又能保证入堆空气的洁净度，另一方面，用于洁净空气的水是来源于燃料电池的电堆，能够实现预过滤装置内水的存储与更换，利用了燃料电池反应的副产物水。
[0012]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供了一种燃料电池用空气预过滤装置，设置于燃料电池的空气侧，所述空气预过滤装置的内腔底部设为蓄水腔，蓄水腔上部通过分隔板隔离为空气过滤侧腔和补水侧腔；所述空气过滤侧腔底部连接空气进气管，顶部设有与燃料电池的空气滤清器连接的空气出口，内部设有控湿分水器；所述补水侧腔顶部设有进水口，下方设有排水口；所述进水口连接燃料电池的阳极分水器，所述排水口连接燃料电池阴极尾排系统的尾气出口；所述补水侧腔还设有补水排气口，所述补水排气口的进水方向连接于燃料电池阴极尾排系统的尾气处理器，排气方向连接于燃料电池阴极尾排系统的尾气出口。
[0013]本专利技术所述燃料电池基于现有的质子交换膜燃料电池，其空气侧包括依次连接的空气滤清器、流量计、空压机、中冷器、加湿器、电堆、背压阀、尾气处理器以及尾气出口等，该侧为燃料电池的阴极侧。
[0014]进一步的，所述进水口处设有进水阀，排水口处设有排水阀，所述补水排气口通过三通阀连接于燃料电池尾排系统的尾气处理器和尾气出口之间，并通过三通阀调节其进水和排气的方向选择。各阀门可连接控制器，由控制器统一控制，阀门与控制器的连接控制关系为现有常规技术，不是本专利技术主要创新点，本申请不再赘述。
[0015]进一步的，所述空气进气管的入口处设有滤网，出口设置于蓄水腔的液面以下。
[0016]进一步的，所述控湿分水器包括迷宫式挡板分水器和旋风分水器，控制空气出口排出的空气湿度维持在15%
‑
20%，既能够给空气预增湿，又能避免湿度过高影响空压机性能。
[0017]进一步的，所述迷宫式挡板分水器通过调节挡板的长度和数量控制空气湿度。具体可参考现有技术进行计算，本专利技术不再赘述。而旋风分水器是用于避免因迷宫式挡板分水器失效而导致液态水进入空压机。
[0018]进一步的，所述空气预过滤装置的侧壁设有液位传感器，用于监测蓄水腔内液面高度，并进行预警。液位传感器与控制器的连接控制关系也是现有常规技术，不是本专利技术主要创新点，本申请不再赘述。
[0019]第二方面，本专利技术还提供了一种第一方面所述的燃料电池用空气预过滤装置的控制方法，包括：关闭进水口、排水口和空气出口，通过补水排气口向空气预过滤装置内注水；
当蓄水腔内液面高度高于分隔板底端时，停止补水排气口注水，通过进水口间歇向空气预过滤装置内进水；当蓄水腔液面高于预设预警值，关闭进水口，打开排水口排水，同时通过补水排气口再次向空气预过滤装置内注水，至蓄水腔内换水完成。
[0020]进一步的，所述空气预过滤装置关机时，打开进水口，关闭补水排气口，并实时监测液面，间歇开启排水口，使空气预过滤器装置内部的液面不低于分隔板底端。该过程是为了将燃料电池阳极路产生的水排空，在排空前采用该通道排水的同时要保证空气预过滤装置内部的液封不能被破坏，当阳极路的水完全排空后，空气预过滤装置内部的水可再通过人工手动排空。
[0021]进一步的，所述方法还包括：通过蓄水腔的储水容积设计，保证阳极分水器在燃料电池工作过程中收集的纯水，能够全部进入空气预过滤装置的蓄水腔内，所述储水容积的计算公式为：；式中：为阳极分水器内部水的生成速率，为空气预过滤装置水的流出速度；t0为进水口间歇进水的时间总和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用空气预过滤装置，其特征在于，所述空气预过滤装置的内腔底部设为蓄水腔，蓄水腔上部通过分隔板隔离为空气过滤侧腔和补水侧腔；所述空气过滤侧腔下方连接空气进气管，顶部设有与燃料电池的空气滤清器连接的空气出口，内部设有控湿分水器；所述补水侧腔顶部设有进水口，底部设有排水口；所述进水口连接燃料电池的阳极分水器，所述排水口连接燃料电池阴极尾排系统的尾气出口；所述补水侧腔还设有补水排气口，所述补水排气口的进水方向连接于燃料电池阴极尾排系统的尾气处理器，排气方向连接于燃料电池阴极尾排系统的尾气出口；所述空气进气管的入口处设有滤网，出口设置于蓄水腔的液面以下。2.根据权利要求1所述的燃料电池用空气预过滤装置，其特征在于，所述进水口处设有进水阀，排水口处设有排水阀，所述补水排气口通过三通阀连接于燃料电池尾排系统的尾气处理器和尾气出口之间。3.根据权利要求1所述的燃料电池用空气预过滤装置，其特征在于，所述控湿分水器包括迷宫式挡板分水器和旋风分水器，控制空气出口排出的空气湿度维持在15%
‑
20%。4.根据权利要求3所述的燃料电池用空气预过滤装置，其特征在于，所述迷宫式挡板分水器通过调节挡板的长度和数量控制空气湿度。5.根据权利要求1所述的燃料电池用空气预过滤装置，其特征在于，所述空气预过滤装置的侧壁设有液位传感器。6.一种权利要求1至5任意一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，丁成，高云峰，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：