[实用新型]一种燃料电池发动机进气增湿可调装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池增湿装置，尤其是涉及一种燃料电池发动机进气增湿可调装置。

背景技术

燃料电池是一种化学效能高、无污染的发电装置，具有工作温度低、抗腐蚀性好、电流密度高、响应速度快、零排放等优点，适合作为车载动力源。世界各大汽车公司都对燃料电池汽车开展了积极的研究，已有不少汽车制造商生产出了样车，部分已经进行了公路测试及商业化示范运行，可见燃料电池汽车市场具有光明的前景。

增湿系统是质子交换膜燃料电池中最重要的子系统之一。目前广泛使用的质子交换膜燃料电池使用固体聚合物--质子交换膜为电解质，其性能受质子交换膜电导率的影响十分显著。电池运行过程中质子交换膜需要结合水才能保持质子的传导性，水含量越高则离子传导能力越强，如果水含量减少，膜的阻抗增加，导致高电流密度时很大的欧姆损失；如果膜脱水或干枯，催化层的活性将下降，导致电池不能工作，严重时会造成膜的破裂，致使H2和O2相互混合，甚至发火发生爆炸。质子交换膜的电导率与其自身的含水量密切相关，这就要求反应气体在进入燃料电池发动机前先要进行增湿，将一定量的水蒸汽带入燃料电池发动机，使质子交换膜保持湿润的状态。但是湿度并不是越高越好，如果控制不好，将导致燃料电池内部积水过多，造成电极中的催化剂被腌渍，失去活性，并且还会在流道和扩散层中形成气液二相流，造成局部祖塞，使氢气和氧气的流动和扩散减弱或中断，传质过程受阻，进而影响电池的工作。一般认为小电流、大流量、低湿度将导致膜缺水，大电流、小流量、高湿度可能造成水淹，因此，增湿控制在燃料电池发动机控制技术中至关重要。

目前应用于质子交换膜燃料电池的增湿方式有外增湿、内增湿和自增湿三种，其中外增湿具有增湿量大、容易控制等优点，是最常用的增湿方式。外增湿的实现方式主要有鼓泡增湿、液态水喷射增湿、膜增湿、焓轮增湿等，其中膜增湿法凭借结构简单、增湿效果明显等优点，成为了主要的外增湿实现方式。

专利号200420090445.5，发明名称为“一种高效的燃料电池增湿可调装置”的实用新型专利，其喷水量和功率大小成正比，为了在小功率下防止进气中含有液态水，将喷水量减少至10g/s，而小功率正是容易出现缺水的情况，这种增湿方式很容易起不到理想的增湿效果；专利号02111824.8，发明名称为“一种用于燃料电池的高效增湿可调装置”的发明专利采用一个可以旋转的增湿器利用尾气给进气进行增湿，存在的问题是当右半内胆还没饱和时，反应气体已经通过左内胆进入燃料电池发动机参与反应了，利用该装置进行增湿的话势必会存在进气湿度断续的情况，使得质子交换膜的含水量一直波动，降低膜的寿命。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现燃料电池发动机进气达到理想湿度，避免水淹和膜干，保证燃料电池发动机稳定高效运行的燃料电池发动机进气增湿可调装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池发动机进气增湿可调装置，包括控制单元、传感器、电磁三通阀、膜增湿器、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的控制单元分别连接传感器、电磁三通阀、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的传感器分别连接燃料电池发动机与膜增湿器，所述的膜增湿器、电磁三通阀和水泵通过连接头相互连接，所述的电磁三通阀、背压阀和冷凝器组件通过连接头相互连接，所述的水泵与冷凝器组件连接，所述的电磁三通阀与燃料电池发动机连接。

所述的膜增湿器内设有多个由透水阻气膜制成的管束。

所述的传感器包括温度传感器、功率传感器。

所述的冷凝器组件包括冷凝器、冷凝器风扇、冷凝器风扇电机和储液罐，所述的冷凝器风扇电机一端与控制单元连接，另一端依次连接冷凝器风扇、冷凝器和储液罐，所述的冷凝器通过连接头与电磁三通阀、背压阀连接，所述的储液罐和水泵连接。

所述的储液罐中设有液体过滤器和液位报警器。

所述的冷凝器上设有用于气体排放的通气口。

所述的连接头为两进一出的三孔连接头。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型通过传感器实时监测燃料电池发动机进气端的温度，并通过控制单元控制各部件的动作，实现燃料电池发动机进气达到理想湿度；

2、本实用新型的膜增湿器采用透水阻气膜，有效分离水和气，保证燃料电池发动机稳定高效运行。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为膜增湿器的结构示意图；

图3为膜增湿器的截面示意图；

图4为FCU实现湿度调节控制的示意图。