[發(fā)明專利]使用注射器的燃料電池用空氣加濕裝置及空氣加濕方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410843160.2
• 申請(qǐng)日: 2014-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105226312A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 權(quán)赫律;金賢裕;李昌夏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/04828
• 分類號(hào): H01M8/04828
• 代理公司: 北京尚誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于燃料電池的空氣加濕裝置和方法。用于燃料電池的空氣加濕裝置和方法可冷卻空氣壓縮機(jī)以及由空氣壓縮機(jī)壓縮的空氣，因此，通過(guò)將水與空氣混合且將混合物注射到空氣壓縮機(jī)的入口中，可容易地對(duì)供應(yīng)到燃料電池的空氣進(jìn)行加濕。

背景技術(shù)

燃料電池車是由燃料電池驅(qū)動(dòng)的車輛，該燃料電池通過(guò)氧氣與氫氣的反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。隨著燃料電池用于燃料電池車，通常使用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。

當(dāng)聚合物電解質(zhì)膜充分浸漬到水中時(shí)，聚合物電解質(zhì)膜的離子傳導(dǎo)性增加，且因此電阻的損耗減少。當(dāng)供應(yīng)到聚合物電解質(zhì)膜的空氣和氫氣的相對(duì)濕度很低時(shí)，聚合物電解質(zhì)膜的濕度減小且聚合物電解質(zhì)膜的離子傳導(dǎo)性減小，且因此電阻的損耗增加。同時(shí)，當(dāng)連續(xù)地供應(yīng)具有很低濕度的反應(yīng)氣體時(shí)，電解質(zhì)膜最終干燥，因此完全不可用作電解質(zhì)膜。如此，在聚合物電解質(zhì)膜燃料電池中，需要對(duì)所供應(yīng)的氣體進(jìn)行加濕。

因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出對(duì)車輛用燃料電池進(jìn)行加濕的各種方法，且已將氣體-氣體膜加濕裝置廣泛用作當(dāng)前使用的車輛用燃料電池的加濕裝置。

氣體-氣體膜加濕裝置是基于使用僅濕氣可穿透的膜使燃料電池排氣在其第一表面中流動(dòng)且使氣體在第二表面中流動(dòng)的方法。特別地，所供應(yīng)的氣體從電池堆排出并且同時(shí)從溫度升高且濕氣飽和的排氣接收熱量和水。

然而，氣體-氣體膜加濕裝置也可能因交換膜的高制造成本而較昂貴。此外，氣體-氣體膜加濕裝置可能不具有充分的加濕性能且可能無(wú)法在高負(fù)載區(qū)域中執(zhí)行充分的加濕，結(jié)果，車輛可能在上坡道路上停止。

同時(shí)，在用于對(duì)燃料電池進(jìn)行加濕的常規(guī)膜加濕裝置中，可能無(wú)法最佳地控制加濕量。在相關(guān)技術(shù)中，通常可使用注射器型加濕來(lái)控制加濕量。

注射器型加濕是指通過(guò)注射器注射水以使水霧化，使得用于蒸發(fā)水的表面積可增加，從而提高加濕效果。

使用注射器的加濕可具有若干優(yōu)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，可容易地控制加濕量，可應(yīng)用在其它技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用并研究的注射器加濕技術(shù)，裝置的成本可較小等。

在相關(guān)技術(shù)中，作為現(xiàn)有注射器型加濕技術(shù)的實(shí)例，已開(kāi)發(fā)出用于操作燃料電池系統(tǒng)的氣體加濕裝置和方法。該裝置包括：從外部供應(yīng)源泵送水的水泵；壓縮外部空氣的空氣壓縮機(jī)；以及用于混合并注射壓縮空氣和水的混合腔室和磁性型注射噴嘴。

然而，燃料電池系統(tǒng)除了水泵之外還包括若干組件，例如壓縮機(jī)、混合腔室等，且在安裝附加裝置時(shí)，成本可能增加且安裝區(qū)域的體積可能增加。此外，由于在移動(dòng)部分組件例如水泵、注射噴嘴等中水流原樣暴露于外部，因此水在較冷溫度條件下可能容易冷凍或泄漏。

在相關(guān)技術(shù)的另一實(shí)例中，已提供用于燃料電池的供水裝置。在供水裝置中當(dāng)適當(dāng)量的水通過(guò)水泵泵送且同時(shí)通過(guò)磁性噴嘴注射到螺桿式壓縮機(jī)的入口中時(shí)，所注射的水可與空氣一起被壓縮，通過(guò)之后的冷卻器被冷卻，且隨后被供應(yīng)到燃料電池。

然而，如上所描述，由于在移動(dòng)部分組件例如水泵、磁性噴嘴等中水流也原樣暴露于外部，因此水在較冷天氣條件下可能容易冷凍或泄漏。

上述在該背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此其可能含有不構(gòu)成在該國(guó)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供用于燃料電池的空氣加濕裝置和空氣加濕方法，其可容易地對(duì)供應(yīng)到燃料電池的陰極的空氣進(jìn)行加濕且獲得空氣冷卻效果。如此，可通過(guò)以下操作來(lái)預(yù)先防止溫度升高：壓縮所供應(yīng)的空氣；從將空氣供應(yīng)到燃料電池的陰極的空氣壓縮機(jī)的出口旁通一部分壓縮空氣；且同時(shí)通過(guò)旁通的壓縮空氣將從燃料電池系統(tǒng)排出的冷凝水注射到空氣壓縮機(jī)的入口中。

在一方面，本發(fā)明提供用于燃料電池的空氣加濕裝置。在示例性實(shí)施方式中，空氣加濕裝置可包括：空氣壓縮機(jī)，其將空氣供應(yīng)到燃料電池的陰極；以及噴射器，其設(shè)置在與空氣壓縮機(jī)的入口連接的空氣供應(yīng)管線中，且使用旁通的壓縮空氣的壓力將從燃料電池排出的冷凝水從空氣壓縮機(jī)的出口注射到空氣壓縮機(jī)的入口。

特別地，將空氣壓縮機(jī)的出口連接到注射器的入口的旁通管線可設(shè)有旁通閥，該旁通閥可控制開(kāi)放及閉合角度。

另外，注射器可為雙流體噴嘴，其可包括：外中空體，其具有設(shè)置在外中空體的一側(cè)的中心部分的第一噴嘴；以及內(nèi)中空體，其具有插入到第一噴嘴的中心部分中且設(shè)置在內(nèi)中空體的一端的第二噴嘴。

另外，注射器可為雙流體噴嘴，其包括：外中空體，其具有設(shè)置在外中空體的一側(cè)的中心部分的第一噴嘴；以及內(nèi)中空體，其具有隔開(kāi)地插入到第一噴嘴的中心部分中且設(shè)置在內(nèi)中空體的一端的第二噴嘴。