[发明专利]一种余热回收的气体加湿装置及方法

说明书

本发明公开一种余热回收的气体加湿装置，包括加湿罐、温度调节组件、余热利用组件；加湿罐的水经过温度调节组件和余热利用组件进行降温和升温，并通过第一阀门、第二阀门、第三阀门的调整、开度来调节循环水的流经降温换热器的流量，通过第四阀门的开启关闭，调整循环水散热，可最大程度利用燃料电池系统余热，利用余热进行气体加湿，减少系统热负荷消耗。降低加湿系统能耗，提高整体能源利用效率。并通过根据加湿罐出口水温度，合理控制第一阀门、第二阀门、第三阀门的开度，以及第四阀门开关可以合理利用余温。当经过余温加热后的水温不满足要求时，在启动第一加热器，结构设计合理，具有很好的节能效果。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体来说是一种余热回收的气体加湿装置及加湿方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是利用氢能最高效的发电装置，具有转换效率高、无污染等优点，有广泛的应用前景。质子交换膜的水热管理对燃料电池至关重要，而燃料电池气体加湿控制是水热管理控制的关键。在燃料电池开发与测试过程中，需要对各种运行环境、工况参数进行模拟，其中高动态响应、高效加湿控制是精准测试评价的关键。

燃料电池系统中需要加湿器对反应气体进行加湿，保证质子交换膜保持湿润的状态，从而提高燃料电池的性能。如果当膜中水分子过甚时，会引起整个燃料电池系统水淹，导致燃料电池无法正常工作；如果当膜中水分子过少时，会导致膜干，使得燃料电池也无法正常工作。因此，燃料电池测试系统平台必须对进入电池组的反应气体进行加湿控制，以确保质子交换膜处于合适的水饱和状态。

目前现有的燃料电池测试平台多采用鼓泡、填料或喷淋组合形式，存在加湿效率低、系统容积大动态响应慢和系统复杂等缺点，无法满足燃料电池测试平台高动态响应的需求且加湿系统能耗高。

如公开号为CN113871658A公开的一种固定式燃料电池电站用加湿系统及控制方法，其结构包括塔体、水泵、储水槽和余热换热器等。塔体具有进气口和出气口，两者之间依次在塔体内设置有填料层、喷淋装置和液滴拦截装置，其中喷淋装置包括非雾化的滴淋头。通过水泵将塔体底部储水槽内的水经第一余换热器加热后泵送至喷淋装置。储水槽内还设置有电加热器和第二余热换热器，用于加热储水槽内的水。余热换热器连接至电堆循环水系统；电加热器通过PID控制器控温加热。该加湿系统虽然也利用了电池的余热，但是该系统采用先加热，再利用余热，余热回收利用不充分，且余热和加热器只具备单向调节，调节能力差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决现有技术中电池余热利用效率不高的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种余热回收的气体加湿装置，包括加湿罐(2)、温度调节组件和余热利用组件；

所述温度调节组件包括第一泵(6)、第一换热器(9)、第一阀门(7)和第二阀门(8)；所述第一泵(6)与所述加湿罐(2)的排水口连接；所述第一泵(6)的出水口分别与第一阀门(7)和第二阀门(8)的进口连接；所述第二阀门(8)与余热利用组件的进口连接；所述第二阀门(8)与第一换热器(9)的热侧进口串接；所述第一换热器(9)的热侧出口与所述余热利用组件的进口连接；所述第一换热器(9)的冷侧与冷却介质连通；

所述余热利用组件包括第三阀门(11)和第二换热器(10)；所述第三阀门(11)为三通阀门，第一接口与第一阀门(7)和第一换热器(9)的热侧出口连接，第二接口与第二换热器(10)的冷侧进口连接，第三接口与所述加湿罐(2)的进水口连通；所述第二换热器(10)的冷侧出口与所述加湿罐(2)的进水口连通，热侧的进出口分别与燃料电池的冷却液管路出口、进口连通，或与燃料电池的阴极气体出口、尾气处置装置连通；

在所述第三阀门(11)与加湿罐(2)的连接管道上安装有第一温度传感器(18)；所述加湿罐(2)的出气口与燃料电池的阴/阳极气体进口连通。