一种生成水再循环利用和增湿的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生成水再循环利用和增湿的系统，具有如下循环路径：冷却水路循环：电堆流经温度传感器压力传感器进入冷却液水泵，而后流入蒸发器，通过蒸发器后进入散热器，而后到达流量控制阀分为两路，一路流经压力传感器、温度传感器进入电堆，另一路进入中冷器后汇到电堆出口的冷却管路。空气路循环：空气流经空气过滤器、质量流量计进入冷凝器，而后进入增压膨胀机，增压后的干空气流经温度传感器到达混合室与蒸发器生成的水蒸气混合后流经湿度传感器压力传感器温度传感器进入电堆。冷凝器接收电堆的生成产物而后冷凝水进入水泵其他气体产物进入增压膨胀机，而后流经排气混合室排出。合室排出。合室排出。

【技术实现步骤摘要】
一种生成水再循环利用和增湿的系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池生成水的循环再利用
，尤其涉及一种生成水再循环利用和增湿的系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池又名燃料电池，由于其能量利用率高、无噪声、动力响应等优点，被认为未来的新能源动力系统。燃料电池系统以氢气和空气作为阳极和阴极的反应气体经过电化学反应产生电能。在燃料电池系统的应用中，主要生成产物纯水都被排出，未得到循环利用，增压中冷后的空气湿度偏低，影响燃料电池的综合性能。随着燃料电池技术的发展，其对生成产物再循环增湿的需求也更加突出，通过什么方法来实现生成水再循环利用，成为当前急需解决的难题。
[0003]现有技术中关于燃料电池空气湿度调节过程中一般通过空气循环增湿回路以进行入堆空气的有效增湿，其主要依靠尾排空气的液态水和水蒸气进行增湿，但是增湿效果和运行工况受限，增湿效率不高，并且增湿后的气体和水最终都被排出，未得到合理的利用。既没有应用到空气的有效增湿中，又没有应用到散热器的喷淋冷却。急需一种系统和方法进行效率提高和生成产物的再循环利用。

技术实现思路

[0004]根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种生成水再循环利用和增湿的系统，包括：
[0005]接收新鲜空气的空气过滤器，所述空气过滤器的输出端与质量流量计相连接，所述质量流量计的输出端与冷凝器相连接，所述冷凝器接收电堆输出的产物并与空气进行换热而形成液态水，所述冷凝器将输出的液态水输送至循环水泵、将剩余的气体输送至空气增压膨胀机进行增压处理，所述空气增压膨胀机的输出端与中冷器相连接，所述循环水泵的输出端通过三通流量控制阀一分别与喷雾装置和蒸发器相连接，其中干空气流经中冷器进入混合室与蒸发器输出的水蒸气进行增湿处理形成最终入堆气体输入至混合室，所述混合室的输出端与电堆相连接，所述电堆输出的冷却液输送至水泵二，所述水泵二与蒸发器相连接，所述蒸发器输出的冷凝水输送至喷雾装置，所述喷雾装置将水雾喷射在散热器上，所述散热器的输出端通过三通流量控制阀二形成两路冷却液，一路流经中冷器用于增压后空气的冷却降温、另一路直接进入电堆并对电堆进行冷却处理。
[0006]所述空气增压膨胀机和混合室的输出端与排气混合室相连接，从而将其他的生成产物通过排气混合室排出。
[0007]所述冷凝器将电堆生成的水蒸气和水利用空气进行换热后生成冷凝水。
[0008]通过调整水泵二的流量控制蒸发器高温冷却液流量，从而控制生成的水蒸气量最后控制进入电堆的空气湿度。
[0009]通过调整循环水泵和的冷凝水流量从而控制进入蒸发器的冷凝水量来控制生成
的水蒸气量，进而控制进入电堆的空气湿度。
[0010]通过循环水泵将冷凝水输运到蒸发器中，利用电堆输出的高温冷却液进行换热蒸发部分冷凝水而生成水蒸气。
[0011]通过喷雾装置将冷凝器生成的冷凝水和蒸发器的剩余冷凝水喷淋到散热器外部进行冷却降温。
[0012]由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种生成水再循环利用和增湿的系统，该控制系统通过冷凝器、蒸发器、水泵及喷雾装置的结合应用将电堆产物循环利用到入堆空气增湿和散热器降温当中，同时可通过循环水泵、水泵二和三通流量控制阀及空气增压膨胀机的联合控制以调整入堆空气温湿度满足系统目标要求，并且该系统生成水再循环精准控制空气增湿效果、生成水再循环用于散热器外部喷淋降温冷却，该系统解决了目前电堆生成水的再循环利用问题，有效回收电堆生成产物且通过多变量共同控制入堆空气状态，以满足电堆动态工况的目标需求。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0014]图1为本专利技术系统的结构框图
[0015]图2为本专利技术系统的工作原理图
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
[0017]如图1所示的一种生成水再循环利用和增湿的系统，新鲜空气流经空气过滤器1和质量流量计2进入冷凝器3，同时由电堆24生成的产物流经冷凝器3与空气进行换热而形成液态水，而后流经循环水泵一7将冷凝水输运到三通流量控制阀一12分成两路，一路分流到喷雾装置10用于散热器11的外部喷淋降温。另一路流经蒸发器9与电堆的出口高温冷却液进行换热后形成大量的水蒸气和水的混合产物，该混合产物进入混合室6。流经冷凝器换热后的干空气进入空气增压膨胀机4进行增压，而后流经中冷器5进入混合室与蒸发器的混合产物混合达到增湿效果而形成最终入堆气体。经蒸发器的生成冷凝水通过喷雾装置10用于散热器11的外部喷淋降温。混合室6中的多余冷凝水则汇入排气混合室25中排出。从电堆流出的冷却液流经水泵二8，而后流经蒸发器9，与生成冷凝水换热后进入散热器11，而后流经三通流量控制阀二13形成冷却液两路，一路流经中冷器5用于增压后空气的冷却降温，另一路直接进入电堆实现降温功能。
[0018]如图2所示：本专利技术公开的生成水再循环利用和增湿的系统具有如下循环路径：
[0019]冷却水路循环：电堆24流经温度传感器22压力传感器23进入冷却液水泵，而后流入蒸发器9，通过蒸发器9后进入散热器11，而后到达流量控制阀13分为两路，一路流经压力传感器20、温度传感器21进入电堆24，另一路进入中冷器5后汇到电堆出口的冷却管路。
[0020]空气路循环：空气流经空气过滤器1、质量流量计2进入冷凝器3，而后进入增压膨胀机4，增压后的干空气流经温度传感器14到达混合室6与蒸发器9生成的水蒸气混合后流经湿度传感器15压力传感器16温度传感器17进入电堆24。冷凝器3接收电堆24的生成产物而后冷凝水进入水泵7其他气体产物进入增压膨胀机4，而后流经排气混合室25排出。
[0021]在该系统电堆24冷却液的输送管路上设置有多个压力传感器16、19、20、23、温度传感器14、17、18、21、22和湿度传感器15，用来检测输送管路的压力、温度和湿度信息，并结合控制阀一12、控制阀二13和空气增压膨胀机4的联合控制，以满足系统对空气温湿度的需求。
[0022]进一步的，可通过调整水泵二8的流量(水泵控制策略)，即进入蒸发器9的高温冷却液流量而来控制生成的水蒸气量，进而控制进入电堆24的空气湿度。
[0023]可通过调整循环水泵7的冷凝水流量，即进入蒸发器9的冷凝水量来控制生成的水蒸气量，进而控制进入电堆24的空气湿度。
[0024]可通过冷凝器3将电堆24生成产物(水蒸气和水)利用空气进行换热而生成冷凝水。
[0025]可通过循环水泵7将冷凝水输运到蒸发器9中，利用电堆24出来的高温冷却液进行换热蒸发部分冷凝水而生成水蒸气
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生成水再循环利用和增湿的系统，其特征在于包括：接收新鲜空气的空气过滤器(1)，所述空气过滤器(1)的输出端与质量流量计(2)相连接，所述质量流量计(2)的输出端与冷凝器(3)相连接，所述冷凝器(3)接收电堆(24)输出的产物并与空气进行换热而形成液态水，所述冷凝器(3)将输出的液态水输送至循环水泵(7)、将剩余的气体输送至空气增压膨胀机(4)进行增压处理，所述空气增压膨胀机(4)的输出端与中冷器(5)相连接，所述循环水泵(7)的输出端通过三通流量控制阀一(12)分别与喷雾装置(10)和蒸发器(9)相连接，其中干空气流经中冷器(5)进入混合室与蒸发器(9)输出的水蒸气进行增湿处理形成最终入堆气体输入至混合室(6)，所述混合室(6)的输出端与电堆(24)相连接，所述电堆(24)输出的冷却液输送至水泵二(8)，所述水泵二(8)与蒸发器(9)相连接，所述蒸发器(9)输出的冷凝水输送至喷雾装置(10)，所述喷雾装置(10)将水雾喷射在散热器(11)上，，所述散热器(11)的输出端通过三通流量控制阀二(13)形成两路冷却液，一路流经中冷器(5)用于增压后空气的冷却降温、另一路直接进入电堆(24)对电堆进行冷却降温。2.根据权利要求1所述的一种生成水再...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东明，汪源利，蒋建良，丁鹏，高世驹，舒清柱，王宏双，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：