本申請(qǐng)涉及燃料電池領(lǐng)域，特別涉及一種燃料電池水熱管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱(chēng)電化學(xué)發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高。另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料；同時(shí)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，故沒(méi)有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。由此可見(jiàn)，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

2、燃料電池進(jìn)行化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換，需要配套反應(yīng)氣體管理單元、水熱管理單元以及電氣管理單元等，轉(zhuǎn)換過(guò)程中將釋放大量的熱，為維持燃料電池的持續(xù)運(yùn)行，需要增加散熱裝置，散熱過(guò)程也將消耗大量能量。同時(shí)為保證燃料電池的轉(zhuǎn)換效率，供應(yīng)的反應(yīng)氣需要進(jìn)行濕度管理，通常要對(duì)反應(yīng)氣進(jìn)行增濕，需要消耗大量的能量以實(shí)現(xiàn)增濕所需要的水的氣化。這都將降低燃料電池的轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池水熱管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃料電池的所釋放的熱量的自循環(huán)，降低能量消耗，提高燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案。

3、本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)了一種燃料電池水熱管理系統(tǒng)，燃料電池設(shè)備包括水熱管理單元、氧化劑管理單元、燃料氣管理單元以及氣體增濕單元，

4、所述水熱管理單元用于將電堆在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量有效排出，以維持電堆在適合的溫度范圍內(nèi)工作；

5、所述氧化劑管理單元為所述電堆在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中提供所需要的氧；

6、所述燃料氣管理單元為所述電堆在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中提供所需要的氫；

7、所述氣體增濕單元為所述電堆在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中提供所需要的水蒸氣。

8、優(yōu)選的，在上述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)中，所述水熱管理單元包括傳熱介質(zhì)通過(guò)管路首尾環(huán)向依次連接的所述電堆、換熱器、節(jié)溫器，還包括監(jiān)測(cè)所述電堆的進(jìn)出口上的傳熱介質(zhì)溫度的傳感器，所述節(jié)溫器設(shè)置有兩個(gè)，兩所述節(jié)溫器之間的管路上設(shè)置有散熱風(fēng)扇，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的所述傳感器的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述節(jié)溫器的開(kāi)度、所述水泵的轉(zhuǎn)速以及所述散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

9、優(yōu)選的，在上述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)中，電堆產(chǎn)生的熱量通過(guò)所述換熱器傳遞至所述氣體增濕單元。

10、優(yōu)選的，在上述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)中，所述氧化劑管理單元包括沿氧化劑氣體輸送方向依次設(shè)置的過(guò)濾器、空壓機(jī)以及第一增濕器，氧化劑氣體經(jīng)過(guò)所述過(guò)濾器過(guò)濾后，再通過(guò)所述空壓機(jī)加壓到合適的壓力，再由所述第一增濕器氣液換濕處理后，進(jìn)入所述電堆內(nèi)部參與電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)剩余的氧化劑與生成的熱水通過(guò)第一氣液分離器后，氧化劑通過(guò)尾排排出，熱水通過(guò)水泵循環(huán)至所述氣體增濕單元回收利用。

11、優(yōu)選的，在上述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)中，所述燃料氣管理單元包括沿燃料氣氣體輸送方向依次設(shè)置的過(guò)濾器、減壓閥以及第二增濕器，燃料氣氣體經(jīng)過(guò)所述過(guò)濾器過(guò)濾后，再通過(guò)所述減壓閥降低到適合所述電堆工作的壓力，再由所述第二增濕器氣液換濕處理后，進(jìn)入所述電堆內(nèi)部參與電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)剩余的燃料氣與生成的熱水通過(guò)第二氣液分離器后，未反應(yīng)的燃料氣通過(guò)電磁閥進(jìn)入到氫氣循環(huán)系統(tǒng)中，熱水通過(guò)水泵循環(huán)至所述氣體增濕單元回收利用。

12、優(yōu)選的，在上述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)中，所述氣體增濕單元包括親水中空膜管的膜增濕器，干燥氣體通過(guò)膜管內(nèi)部流動(dòng)，同時(shí)在膜管外側(cè)有熱水流動(dòng)，通過(guò)膜管內(nèi)外兩側(cè)的濕熱交換，干燥氣體吸收水分和熱量，從而達(dá)到增濕效果。

13、優(yōu)選的，在上述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)中，還包括自帶加熱裝置的水箱，水泵帶動(dòng)氣液分離器分離的熱水進(jìn)入所述水箱加熱后經(jīng)換熱器后輸送至所述膜增濕器，換熱器提供額外熱量，所述膜增濕器出來(lái)的流水回流至所述水箱。

14、優(yōu)選的，在上述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)中，所述氣體增濕單元包括自帶加熱裝置的鼓泡增濕器或噴淋增濕器，水泵帶動(dòng)氣液分離器分離的熱水后經(jīng)換熱器后輸送至所述鼓泡增濕器或噴淋增濕器中進(jìn)行加熱，換熱器提供額外熱量，所述鼓泡增濕器或噴淋增濕器出來(lái)的流水繼續(xù)輸送至所述換熱器。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)將燃料電池生成的熱量和水進(jìn)行控制，用于進(jìn)行燃料電池供應(yīng)氣體的濕度管理。從而，達(dá)成了燃料電池?zé)崃亢退膬?nèi)部循環(huán)，減輕燃料電池散熱需求，并同時(shí)解決燃料電池反應(yīng)氣增濕控制所需提供熱量和水需求。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，燃料電池設(shè)備包括水熱管理單元、氧化劑管理單元、燃料氣管理單元以及氣體增濕單元，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述水熱管理單元包括傳熱介質(zhì)通過(guò)管路首尾環(huán)向依次連接的所述電堆、換熱器、節(jié)溫器，還包括監(jiān)測(cè)所述電堆的進(jìn)出口上的傳熱介質(zhì)溫度的傳感器，所述節(jié)溫器設(shè)置有兩個(gè)，兩所述節(jié)溫器之間的管路上設(shè)置有散熱風(fēng)扇，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的所述傳感器的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述節(jié)溫器的開(kāi)度、所述水泵的轉(zhuǎn)速以及所述散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，電堆產(chǎn)生的熱量通過(guò)所述換熱器傳遞至所述氣體增濕單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化劑管理單元包括沿氧化劑氣體輸送方向依次設(shè)置的過(guò)濾器、空壓機(jī)以及第一增濕器，氧化劑氣體經(jīng)過(guò)所述過(guò)濾器過(guò)濾后，再通過(guò)所述空壓機(jī)加壓到合適的壓力，再由所述第一增濕器氣液換濕處理后，進(jìn)入所述電堆內(nèi)部參與電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)剩余的氧化劑與生成的熱水通過(guò)第一氣液分離器后，氧化劑通過(guò)尾排排出，熱水通過(guò)水泵循環(huán)至所述氣體增濕單元回收利用。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料氣管理單元包括沿燃料氣氣體輸送方向依次設(shè)置的過(guò)濾器、減壓閥以及第二增濕器，燃料氣氣體經(jīng)過(guò)所述過(guò)濾器過(guò)濾后，再通過(guò)所述減壓閥降低到適合所述電堆工作的壓力，再由所述第二增濕器氣液換濕處理后，進(jìn)入所述電堆內(nèi)部參與電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)剩余的燃料氣與生成的熱水通過(guò)第二氣液分離器后，未反應(yīng)的燃料氣通過(guò)電磁閥進(jìn)入到氫氣循環(huán)系統(tǒng)中，熱水通過(guò)水泵循環(huán)至所述氣體增濕單元回收利用。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體增濕單元包括親水中空膜管的膜增濕器，干燥氣體通過(guò)膜管內(nèi)部流動(dòng)，同時(shí)在膜管外側(cè)有熱水流動(dòng)，通過(guò)膜管內(nèi)外兩側(cè)的濕熱交換，干燥氣體吸收水分和熱量，從而達(dá)到增濕效果。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，還包括自帶加熱裝置的水箱，水泵帶動(dòng)氣液分離器分離的熱水進(jìn)入所述水箱加熱后經(jīng)換熱器后輸送至所述膜增濕器，換熱器提供額外熱量，所述膜增濕器出來(lái)的流水回流至所述水箱。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池水熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體增濕單元包括自帶加熱裝置的鼓泡增濕器或噴淋增濕器，水泵帶動(dòng)氣液分離器分離的熱水后經(jīng)換熱器后輸送至所述鼓泡增濕器或噴淋增濕器中進(jìn)行加熱，換熱器提供額外熱量，所述鼓泡增濕器或噴淋增濕器出來(lái)的流水繼續(xù)輸送至所述換熱器。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種燃料電池水熱管理系統(tǒng)，燃料電池設(shè)備包括水熱管理單元、氧化劑管理單元、燃料氣管理單元以及氣體增濕單元。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)燃料電池的所釋放的熱量的自循環(huán)，降低能量消耗，提高燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)研發(fā)人員：梁棟,周劍韜,洪紹景,杜超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：億創(chuàng)氫能源科技（張家港）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21