一种基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统。

背景技术：

1、针对燃料电池系统，氢气侧循环回来的氢气需要降低湿度防止水淹，空气侧新鲜空气需要加湿从而保持燃料电池系统高效运行。在目前的燃料电池系统中，氢气有循环利用的部分，在循环回来的氢气当中往往具有较大的湿度，一般通过增加汽水分离的措施降低湿度，但是往往该措施无法完全达到降低氢气湿度的要求，将新鲜低温氢气与其混合后存在水分析出的可能，容易出现氢气侧的水淹现象。空气侧直接通入外界新鲜空气往往湿度不够，通常需要增加加湿器以达到增湿的效果，满足系统需求。

技术实现思路

1、鉴于以上问题，本发明提供了一种基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，不仅满足入堆时对于空气、氢气湿度的要求，集成了新鲜氢气加热，新鲜氢气与循环氢气充分混合，排放废气的热量回收，而且零部件高度集成，提高系统功率密度，降低成本的目的。

2、为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，所述循环系统包括：

4、电堆；

5、湿度平衡装置，分为内圈再生区、内圈加湿区、外圈再生区和外圈加湿区，包括电动机和焓轮主轴，所述焓轮主轴的外部套设有氢气焓轮外壳，所述氢气焓轮外壳与所述焓轮主轴之间设有氢气焓轮吸附剂，所述氢气焓轮外壳的外部套设有氢气加热管路，所述氢气加热管路的外部套设有空气吸附剂内支撑滚筒，所述空气吸附剂内支撑滚筒的外部套设有焓轮加湿器外壳，所述焓轮加湿器外壳与所述空气吸附剂内支撑滚筒之间设有空气焓轮吸附剂，所述焓轮主轴两端设有驱动轮，该驱动轮与空气焓轮吸附剂内壁之间转动连接有空气焓轮驱动行星轮，所述焓轮加湿器外壳两端面分别设有湿空气进气口、新鲜空气进气口和湿空气出气口、新鲜空气出气口；所述氢气焓轮外壳两端面分别设有穿过所述焓轮加湿器外壳两端面的氢气出气管和氢气进气管，所述氢气加热管路一端与氢气焓轮外壳内部连通，另一端穿过轮加湿器外壳的一端面，所述电动机的输出轴与所述焓轮主轴连接；

6、空气循环系统，通过所述湿度平衡装置与所述电堆连接；

7、氢气循环系统，通过所述湿度平衡装置与所述电堆连接。

8、进一步的，所述空气循环系统包括中冷器、空气湿度传感器、涡轮增压器和空气滤清器，新鲜空气经过所述空气滤清器与所述涡轮增压器连接，所述涡轮增压器与所述湿度平衡装置连接，所述湿度平衡装置与所述中冷器连接，所述中冷器与所述电堆连接，所述电堆与所述中冷器之间设有空气湿度传感器。

9、进一步的，出堆湿空气经过所述湿度平衡装置与所述涡轮增压器连接。

10、进一步的，所述氢气循环系统包括氢气瓶、汽液分离器、氢气循环泵和氢气湿度传感器，所述氢气瓶与所述湿度平衡装置连接，所述湿度平衡装置与所述电堆连接，所述电堆与所述湿度平衡装置之间设有氢气湿度传感器。

11、进一步的，出堆湿氢气经过所述汽液分离器与所述氢气循环泵连接，所述氢气循环泵与所述湿度平衡装置连接。

12、进一步的，所述氢气焓轮吸附剂至少为硅胶或改性硅胶中的一种，所述空气焓轮吸附剂至少为硅胶或改性硅胶中的一种。

13、进一步的，所述电动机的输出轴与所述焓轮主轴连接，所述焓轮主轴驱动所述内圈再生区和所述内圈加湿区转动，所述空气焓轮驱动行星轮带动所述外圈再生区和所述外圈加湿区转动。

14、进一步的，所述内圈再生区与所述内圈加湿区的面积比例为1：5，所述外圈再生区与所述外圈加湿区的面积比例为1:5。

15、进一步的，所述外圈再生区上下两端分别设有湿空气进气口和湿空气出气口，所述外圈加湿区上下两端分别设有新鲜空气出气口和新鲜空气进气口。

16、进一步的，所述氢气加热管路呈螺旋状，所述氢气加热管路的一端穿过所述内圈再生区，另一端穿过所述氢气焓轮外壳，所述内圈加湿区的上下两端分别设有氢气出气口和氢气进气口。

17、本发明具有以下积极效果：

18、1.本发明采用内圈再生区、内圈加湿区、外圈再生区和外圈加湿区，对新鲜空气进行加湿，对氢气进行再生和加热，同时实现空气系统、氢气系统之间的湿度平衡，保障电堆安全、高效运行。

19、2.本发明实现新鲜氢气的氢气加热、新鲜氢气与循环氢气的充分混合，将氢气加热器、缓冲罐的功能进行集成，减少了系统部件，降低设备的成本，从而降低了生产的成本。

20、3.本发明实现对空气侧排放废气的热量回收，提高了系统效率，降低了能源消耗，从而提高了生产效益。

技术特征：

1.一种基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，所述循环系统包括电堆（100）、空气循环系统（300）和氢气循环系统（400），其特征在于：所述循环系统还具有一湿度平衡装置（200），所述湿度平衡装置（200）包括电动机（209）和焓轮主轴（204），所述焓轮主轴（204）的外部套设有氢气焓轮外壳（205），所述氢气焓轮外壳（205）与所述焓轮主轴（204）之间设有氢气焓轮吸附剂（207），所述氢气焓轮外壳（205）的外部套设有氢气加热管路（203），所述氢气加热管路（203）的外部套设有空气吸附剂内支撑滚筒（206），所述空气吸附剂内支撑滚筒（206）上固定有空气焓轮吸附剂（202）所述有空气焓轮吸附剂（202）的外部套设有焓轮加湿器外壳（201），所述焓轮主轴（204）两端连接有驱动轮，该驱动轮与空气焓轮吸附剂（202）内壁之间转动连接有空气焓轮驱动行星轮（208），所述焓轮加湿器外壳（201）两端面分别设有湿空气进气口（2121）、新鲜空气进气口（2132）和湿空气出气口（2122）、新鲜空气出气口（2131）；所述氢气焓轮外壳（205）两端面分别设有穿过所述焓轮加湿器外壳（201）两端面的氢气出气管（2111）和氢气进气管（2112），所述氢气加热管路（203）一端与氢气焓轮外壳（205）内部连通，所述氢气加热管路（203）首端穿过焓轮加湿器外壳（201）的一端面与氢气循环系统（400）连接，所述电动机（209）的输出轴与所述焓轮主轴（204）连接。

2.根据权利要求1所述的基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，其特征在于：所述空气循环系统（300）和所述氢气循环系统（400）分别通过所述湿度平衡装置（200）与电堆（100）连接。

3.根据权利要求1所述的基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，其特征在于：所述空气循环系统（300）包括中冷器（301）、空气湿度传感器（302）、涡轮增压器（303）和空气滤清器（304），新鲜空气经过所述空气滤清器（304）与所述涡轮增压器（303）连接，所述涡轮增压器（303）与所述湿度平衡装置（200）的新鲜空气进气口（2132）连接，所述湿度平衡装置（200）的新鲜空气出气口（2131）与所述中冷器（301）连接，所述中冷器（301）与电堆（100）连接，所述电堆（100）与所述中冷器（301）之间设有空气湿度传感器（302）。

4.根据权利要求3所述的基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，其特征在于：从电堆（100）反应后的湿空气经过所述湿度平衡装置（200）与所述涡轮增压器（303）连接。

5.根据权利要求1所述的基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，其特征在于：所述氢气循环系统（400）包括氢气瓶（403）、汽液分离器（401）、氢气循环泵（402）和氢气湿度传感器（404），所述氢气瓶（403）与所述湿度平衡装置（200）的氢气进气管（2112）连接，所述湿度平衡装置（200）与所述电堆（100）连接，所述电堆（100）与所述湿度平衡装置（200）之间设有氢气湿度传感器（404）。

6.根据权利要求5所述的基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，其特征在于：从电堆（100）反应后的湿氢气经过所述汽液分离器（401）与所述氢气循环泵（402）连接，所述氢气循环泵（402）与所述湿度平衡装置（200）的氢气加热管路（203）首端连接。

7.根据权利要求1所述的基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，其特征在于：所述氢气焓轮吸附剂（207）至少为硅胶或改性硅胶中的一种，所述空气焓轮吸附剂（202）至少为硅胶或改性硅胶中的一种。

8.根据权利要求1所述的基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，其特征在于：所述氢气加热管路（203）呈螺旋状绕设在所述氢气焓轮外壳（205）的外周。

技术总结
本发明涉及一种基于湿度平衡装置的质子交换膜燃料电池的循环系统，所述循环系统包括电堆；湿度平衡装置，分为内圈再生区、内圈加湿区、外圈再生区和外圈加湿区，包括电动机和焓轮主轴，所述焓轮主轴的外部套设有氢气焓轮外壳，所述氢气焓轮外壳与所述焓轮主轴之间设有氢气焓轮吸附剂，所述氢气焓轮外壳的外部套设有氢气加热管路，所述氢气加热管路的外部套设有空气吸附剂内支撑，所述空气吸附剂内支撑的外部套设有焓轮加湿器外壳。本发明不仅满足入堆时对于空气、氢气湿度的要求，集成了新鲜氢气加热，新鲜氢气与循环氢气充分混合，排放废气的热量回收，而且零部件高度集成，提高系统功率密度，降低成本的目的。

技术研发人员：张耀,张凤龙,孟康,肖进辉,孙营,熊保平,申建中,王飞
受保护的技术使用者：广州海珀特科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11