[发明专利]用于燃料电池的冷凝增湿器、冷凝增湿组件及控制方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统开发技术领域，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。

背景技术

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。

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：

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。

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：

(1)提升空气流速，导致空压机负荷过高，徒增能耗

(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。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明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。

本发明还提出一种用于燃料电池的冷凝增湿组件。

本发明还提出一种冷凝增湿组件的控制方法。

根据本发明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。

根据本发明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。

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。

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。

根据本发明第二方面的用于燃料电池的冷凝增湿组件，包括根据本发明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。