用于燃料电池的冷凝增湿器、冷凝增湿组件及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于燃料电池的冷凝增湿器、冷凝增湿组件及控制方法，所述用于燃料电池的冷凝增湿器包括：壳体和冷凝管，壳体内形成有冷凝腔和增湿腔，冷凝管设在冷凝腔内。根据本发明专利技术的用于燃料电池的冷凝增湿器，针对燃料电池在高电流密度发电工况下的阴极中部水淹问题，通过设置与增湿腔连通的冷凝腔，控制冷凝腔内的冷却液流动，冷凝电堆尾气促进电堆阴极排水，冷凝水汇集到冷凝腔内，当冷凝腔内无冷却液流动时，恢复高温的电堆尾气会吸收冷凝水增湿空气，达到回收冷凝水的目的，简化了冷凝增湿器的内部结构，便于装配，方便使用，整体结构更加紧凑，减少了安装空间，冷凝腔内的冷凝水可用于增湿，节省了资源，避免了资源的浪费。的浪费。的浪费。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的冷凝增湿器、冷凝增湿组件及控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统开发
，尤其是涉及一种用于燃料电池的冷凝增湿器、冷凝增湿组件及控制方法。

技术介绍

[0002]相关技术中指出，燃料电池系统在高电流密度的发电工况下，压缩空气流量高，电堆阴极产水量增多。且电化学反应区域向氧气浓度高的区域移动，因此阴极中部的水含量过高，过多的水堵塞燃料电池气体扩散层微孔，反应气不能与催化层、质子膜等充分接触，燃料电池发电性能下降，同时还会因为水淹造成的阴极反应气缺气，发生氢泵效应，阴极产生氢氧混合气体，易发生危险。
[0003]阴极内部空气湿度较大,且有液态水析出，因此阴极中部存在如下的水动态平衡：
[0004][0005]尾气冷凝会使阴极尾部大量的气态水向液态水转化，那么就会促进阴极中部的液态水转化为气态水，向尾部迁移，大幅度缓解液态水堵塞扩散层微孔，促进阴极排水。
[0006]针对高电流密度下的水淹问题，目前传统的解决方案集中在如何提升进气温度和空气流速来解决水淹问题，但这样做就导致：
[0007](1)提升空气流速，导致空压机负荷过高，徒增能耗
[0008](2)提升进气温度，电堆冷却系统控制难度增加，且如果控制不当，会导致质子交换膜等核心零部件产生永久性损伤。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术在于提出一种用于燃料电池的冷凝增湿器，所述冷凝增湿器的内部结构简单，且结构紧凑，节省了安装空间。
[0010]本专利技术还提出一种用于燃料电池的冷凝增湿组件。
[0011]本专利技术还提出一种冷凝增湿组件的控制方法。
[0012]根据本专利技术第一方面用于燃料电池的冷凝增湿器,包括：壳体，所述壳体内形成有间隔布置的冷凝腔和增湿腔，所述壳体内形成有连通所述冷凝腔和所述增湿腔的通过口，所述壳体上形成有尾气进口、尾气出口、空气进口和空气出口，所述尾气进口与所述冷凝腔相连通，所述尾气出口、所述空气进口和所述空气出口与所述增湿腔连通；冷凝管，所述冷凝管设在所述冷凝腔内。
[0013]根据本专利技术的用于燃料电池的冷凝增湿器，通过设置连通的冷凝腔和增湿腔，简化了用于燃料电池的冷凝增湿器的内部结构，便于装配，方便使用，整体结构更加紧凑，减少了安装空间，冷凝腔内的冷凝水可用于增湿，这样，节省了资源，避免了资源的浪费。
[0014]在一些实施例中，所述冷凝腔形成于所述增湿腔的顶部，所述通过口形成于所述冷凝腔的底部。
[0015]在一些实施例中，所述尾气出口和所述空气进口均形成于所述壳体的顶部，所述空气出口形成于所述壳体的下部，且所述空气进口和所述空气出口分别形成于所述壳体的沿长度方向的两端。
[0016]根据本专利技术第二方面的用于燃料电池的冷凝增湿组件，包括根据本专利技术上述第一方面的用于燃料电池的冷凝增湿器，所述冷凝增湿器的所述尾气进口适于与所述燃料电池阴极的尾气排出口相连通，所述冷凝增湿器的所述空气出口适于与所述燃料电池阴极的所述空气入口相连通，所述冷凝增湿器的所述空气进口适于与空气气源相连；冷媒管路，所述冷媒管路与所述冷凝管路相连，所述冷媒管路上串接有用于控制所述冷凝管路通断的控制阀。
[0017]根据本专利技术的用于燃料电池的冷凝增湿组件，通过设置上述第一方面实施例的用于燃料电池的冷凝增湿器，从而提高了用于燃料电池的冷凝增湿组件的整体性能，节省了资源，保证了用于燃料电池的冷凝增湿组件的稳定性。
[0018]进一步地，用于燃料电池的冷凝增湿组件还包括：控制器，所述控制器与所述燃料电池和所述控制阀通讯连接，所述控制器在所述燃料电池达到第一预设条件时启动所述控制阀，所述控制器在所述燃料电池达到第二预设条件时关闭所述控制阀。
[0019]进一步地，所述第一预设条件包括：所述阴极的尾气温度高于设定温度上阈值。
[0020]进一步地，所述第二预设条件包括：所述燃料电池的电流密度大于预设电流密度下阈值，和/或所述阴极的尾气温度低于设定温度下阈值。
[0021]更进一步地，所述阴极的尾气在所述设定温度下阈值时的含湿量大于所述空气入口的进气含湿量，
[0022]其中，所述设定温度下阈值T满足：
[0023]lgP
w
＝-2.1794+2.593
×
10-2
(T-273)-9.1837
×
10-5
(T-273)2+1.4454
×
10-7
(T-273)3，
[0024]Pw＝(W*p)/(0.621945+W)，
[0025]其中，Pw为尾气水蒸气分压，W为进气含湿量，p为尾气压力。
[0026]更进一步地，所述空气进口位置连接有中冷器，所述中冷器内设有换热管，所述换热管与所述冷凝管并联设置，所述控制阀为三通阀，所述三通阀的第一接口和第二接口分别与所述换热管和所述冷凝管相连。
[0027]根据本专利技术第三方面的冷凝增湿组件的控制方法，所述冷凝增湿组件为根据本专利技术第二方面的用于燃料电池的冷凝增湿组件，所述控制方法包括：在所述燃料电池的电流密度大于预设电流密度上阈值时，开启所述控制阀；在所述燃料电池的阴极的尾气温度低于设定温度下阈值时，关闭所述控制阀。
[0028]根据本专利技术的冷凝增湿组件的控制方法，通过将该控制方法应用于上述第二方面的用于燃料电池的冷凝增湿组件，从而提高了冷凝增湿组件的功能性，节约资源。
[0029]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0030]图1是根据本专利技术实施例的用于燃料电池的冷凝增湿器的示意图；
[0031]图2是图1中所示的上壳体的示意图；
[0032]图3是图2中所示的上壳体的俯视图的示意图；
[0033]图4是图2中所示的上壳体的仰视图的示意图；
[0034]图5是冷凝增湿组件的示意图；
[0035]图6是冷媒管路的示意图。
[0036]附图标记：
[0037]冷凝增湿器100：
[0038]壳体1，尾气进口11，尾气出口12，空气进口13，空气出口14，冷媒入口15，冷媒出口16，上壳体17，下壳体18，
[0039]冷凝管2，
[0040]冷凝腔3，通过口31，
[0041]增湿腔4，
[0042]冷凝增湿组件1000，
[0043]氢气管路200，减压阀201，控氢电磁阀202，氢气喷射器203，引射器204，氢循环泵205，氢水分离器206，排水电磁阀207，
[0044]空气增湿管路300，空气过滤器301，传感器302，空压机303，
[0045]中冷器304，冷却液入口3041，冷却液出口3042，旁通阀305，
[0046]尾气排放管路400，背压阀401，
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的冷凝增湿器,其特征在于，包括：壳体，所述壳体内形成有间隔布置的冷凝腔和增湿腔，所述壳体内形成有连通所述冷凝腔和所述增湿腔的通过口，所述壳体上形成有尾气进口、尾气出口、空气进口和空气出口，所述尾气进口与所述冷凝腔相连通，所述尾气出口、所述空气进口和所述空气出口与所述增湿腔连通；冷凝管，所述冷凝管设在所述冷凝腔内。2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的冷凝增湿器，其特征在于，所述冷凝腔形成于所述增湿腔的顶部，所述通过口形成于所述冷凝腔的底部。3.根据权利要求2所述的用于燃料电池的冷凝增湿器，其特征在于，所述尾气出口和所述空气进口均形成于所述壳体的顶部，所述空气出口形成于所述壳体的下部，且所述空气进口和所述空气出口分别形成于所述壳体的沿长度方向的两端。4.一种用于燃料电池的冷凝增湿组件，其特征在于，包括：冷凝增湿器，所述冷凝增湿器为根据权利要求1-3中任一项所述的用于燃料电池的冷凝增湿器，所述冷凝增湿器的所述尾气进口适于与所述燃料电池阴极的尾气排出口相连通，所述冷凝增湿器的所述空气出口适于与所述燃料电池阴极的所述空气入口相连通，所述冷凝增湿器的所述空气进口适于与空气气源相连；冷媒管路，所述冷媒管路与所述冷凝管路相连，所述冷媒管路上串接有用于控制所述冷凝管路通断的控制阀。5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的冷凝增湿组件，其特征在于，还包括：控制器，所述控制器与所述燃料电池和所述控制阀通讯连接，所述控制器在所述燃料电池达到第一预设条件时启动所述控制阀，所述控制器在所述燃料电池达到第二预设条件时关闭所述控制阀。6.根据权利要求5所述的用于燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广飞，刘慧，鲁亮，初洪超，刘新海，沈远亮，
申请(专利权)人：宝能汽车集团有限公司，
类型：发明
国别省市：