一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统。

背景技术：

1、在燃料电池系统中，为了保证电堆的性能和使用寿命，在空气进入电堆之前，通常需要对空气进行加湿。目前常用的空气加湿方式分为膜加湿器加湿、鼓泡加湿和喷淋加湿。膜加湿器加湿的方式属于被动加湿，空气的湿度无法进行主动调节，其主要应用在车用燃料电池系统和小功率燃料电池发电系统中。鼓泡加湿和喷淋加湿虽然属于主动加湿，可以实现空气湿度调节，但是加湿罐体积较大，导致加湿系统占地尺寸较大。

2、同时，为了保证电堆的性能和使用寿命，电堆在工作过程中需要进行冷却散热。目前常用的电堆散热方式分为风冷散热器散热和冷却水塔散热。在车用燃料电池系统中，通常在其热管理系统中设置风冷散热器(即车用散热器)，从而将电堆冷却水(或冷却液)中的热量散发至外界环境中，但是，通过风冷散热器散热的方式效率低。在热电联供、发电站等大功率应用场景的燃料电池系统中，通常采用冷却水塔散热的技术方案，但是，上述两种散热方案对布置方式提出了极高的要求，一方面，风冷散热器和冷却水塔对水平及竖直方向均有严格的安装间距要求，另一方面，风冷散热器和冷却水塔必须充分暴露在外界环境中。因此，在某些设有外壳的燃料电池系统(例如，现有的热电联供或发电站应用场景的燃料电池系统，通常为集装箱式的燃料电池系统，以集装箱作为燃料电池系统的外壳)中，在外壳内集成风冷散热器的难度高，而冷却水塔则必须设置在外壳之外，且远离外壳一定距离。

3、综上所述，在现有的燃料电池系统中，空气加湿与电堆散热是通过相对独立的子系统或部件分别独立实现的，增大了系统体积。

技术实现思路

1、基于上述现有技术中存在的问题，本发明旨在解决现有技术中的燃料电池系统中，空气加湿与电堆散热是通过相对独立的子系统或部件分别独立实现的，会增大系统体积的技术问题。

2、本发明提供一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其包括：

3、空气供应路，与电堆的空气进口连通，以用于供应空气；

4、汽化罐，所述汽化罐内形成有能够使所述汽化罐内的水的沸点降低至不高于电堆冷却水的设定进堆温度的特定环境；

5、水蒸气输送路，两端分别与所述汽化罐和所述空气供应路连通，用于将所述汽化罐内生成的水蒸气输送至所述空气供应路，以加湿空气；

6、水循环路，两端分别与所述汽化罐和电堆的冷却腔连通，以使水能够在所述汽化罐和电堆的冷却腔之间循环流动。

7、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括安装在所述水循环路中的水泵。

8、本发明还提供一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其包括：

9、空气供应路，与电堆的空气进口连通，以用于供应空气；

10、汽化罐，所述汽化罐内形成有能够使所述汽化罐内的水的沸点降低至低于电堆冷却介质的设定进堆温度的特定环境；

11、水蒸气输送路，两端分别与所述汽化罐和所述空气供应路连通，用于将所述汽化罐内生成的水蒸气输送至所述空气供应路，以加湿空气；

12、介质循环路，包括外循环路、内循环路和换热器，所述外循环路的两端分别与所述汽化罐和所述换热器连通；所述内循环路的两端分别与所述换热器和电堆的冷却腔连通。

13、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括分别安装在所述外循环路和所述内循环路中的外循环泵及内循环泵。

14、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括与所述汽化罐连接的负压泵，用于抽出所述汽化罐中的气体，以使所述汽化罐内形成有所述特定环境。

15、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括安装在所述水蒸气输送路中的水蒸气泵。

16、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括设置在所述空气供应路中的混合器，所述水蒸气输送路远离所述汽化罐的一端与所述混合器连通。

17、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括水回收管路，所述水回收管路的一端连通于燃料电池系统的气水分离器的排水口，用于回收电堆中电化学反应生成的水对所述汽化罐进行补水。

18、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括补水水箱和补水管路，所述补水管路的两端分别与所述补水水箱和所述汽化罐连通。

19、根据本发明一实施例，所述用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统还包括水回收管路、设置在电堆的尾气排出路中的两个串联的气水分离器、以及设置在两个所述气水分离器之间的涡轮发电机，其中，两个所述气水分离器的排水口均与所述水回收管路连通。

20、本发明提供的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统具有以下有益效果：

21、(1)所述汽化罐内形成有能够使水的沸点降低至不高于电堆冷却水(或冷却介质)的设定进堆温度的特定环境，使得回流至电堆冷却腔的冷却水(或冷却介质)可以对电堆进行冷却，回流至所述汽化罐内的水在其内的特定环境发生汽化(蒸发和沸腾)产生的水蒸气可输送至所述空气供应路以加湿空气，实现了对电堆工作余热的充分利用，而无需外部热源，节约了能耗；

22、(2)相较于传统的使用加湿罐进行鼓泡/喷淋加湿的技术方案，具有更小的体积和更高的集成度；相较于传统的使用膜加湿器的技术方案，具有可自主调节供应空气的湿度的优势；相较于传统的使用风冷散热器的技术方案，散热效率更高；相较于传统的使用冷却水塔的技术方案，可以将所述汽化罐布置在燃料电池系统的外壳内部，体积小，占地尺寸小，集成度高。

技术特征：

1.一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括安装在所述水循环路中的水泵。

3.一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括分别安装在所述外循环路和所述内循环路中的外循环泵及内循环泵。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括与所述汽化罐连接的负压泵，用于抽出所述汽化罐中的气体，以使所述汽化罐内形成有所述特定环境。

6.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括安装在所述水蒸气输送路中的水蒸气泵。

7.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括设置在所述空气供应路中的混合器，所述水蒸气输送路远离所述汽化罐的一端与所述混合器连通。

8.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括水回收管路，所述水回收管路的一端连通于燃料电池系统的气水分离器的排水口，用于回收电堆中电化学反应生成的水对所述汽化罐进行补水。

9.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括补水水箱和补水管路，所述补水管路的两端分别与所述补水水箱和所述汽化罐连通。

10.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其特征在于，还包括水回收管路、设置在电堆的尾气排出路中的两个串联的气水分离器、以及设置在两个所述气水分离器之间的涡轮发电机，其中，两个所述气水分离器的排水口均与所述水回收管路连通。

技术总结
本发明提供了一种用于燃料电池的空气加湿与电堆散热联合系统，其中，空气供应路与电堆的空气进口连通；汽化罐内形成有能够使其内的水的沸点降低至低于或不高于电堆冷却介质或冷却水的设定进堆温度的特定环境，使所述汽化罐中的一部分水能够汽化生成水蒸气，进而使所述汽化罐中的水降温，以直接或间接用于电堆的散热；水蒸气输送路的两端分别与所述汽化罐和所述空气供应路连通，用于将所述汽化罐内生成的水蒸气输送至所述空气供应路，以加湿空气。

技术研发人员：张辉
受保护的技术使用者：武汉众宇动力系统科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29