[發明專利]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

• 申請號: 201410843160.2
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN105226312A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 權赫律;金賢裕;李昌夏
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04828
• 分類號: H01M8/04828
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發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以及由空氣壓縮機壓縮的空氣，因此，通過將水與空氣混合且將混合物注射到空氣壓縮機的入口中，可容易地對供應到燃料電池的空氣進行加濕。

背景技術

燃料電池車是由燃料電池驅動的車輛，該燃料電池通過氧氣與氫氣的反應將化學能轉換為電能。隨著燃料電池用于燃料電池車，通常使用聚合物電解質膜燃料電池。

當聚合物電解質膜充分浸漬到水中時，聚合物電解質膜的離子傳導性增加，且因此電阻的損耗減少。當供應到聚合物電解質膜的空氣和氫氣的相對濕度很低時，聚合物電解質膜的濕度減小且聚合物電解質膜的離子傳導性減小，且因此電阻的損耗增加。同時，當連續地供應具有很低濕度的反應氣體時，電解質膜最終干燥，因此完全不可用作電解質膜。如此，在聚合物電解質膜燃料電池中，需要對所供應的氣體進行加濕。

因此，已經開發出對車輛用燃料電池進行加濕的各種方法，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且使氣體在第二表面中流動的方法。特別地，所供應的氣體從電池堆排出并且同時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法在高負載區域中執行充分的加濕，結果，車輛可能在上坡道路上停止。

同時，在用于對燃料電池進行加濕的常規膜加濕裝置中，可能無法最佳地控制加濕量。在相關技術中，通常可使用注射器型加濕來控制加濕量。

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

使用注射器的加濕可具有若干優點。舉例來說，可容易地控制加濕量，可應用在其它技術領域中應用并研究的注射器加濕技術，裝置的成本可較小等。

在相關技術中，作為現有注射器型加濕技術的實例，已開發出用于操作燃料電池系統的氣體加濕裝置和方法。該裝置包括：從外部供應源泵送水的水泵；壓縮外部空氣的空氣壓縮機；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，燃料電池系統除了水泵之外還包括若干組件，例如壓縮機、混合腔室等，且在安裝附加裝置時，成本可能增加且安裝區域的體積可能增加。此外，由于在移動部分組件例如水泵、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。

在相關技術的另一實例中，已提供用于燃料電池的供水裝置。在供水裝置中當適當量的水通過水泵泵送且同時通過磁性噴嘴注射到螺桿式壓縮機的入口中時，所注射的水可與空氣一起被壓縮，通過之后的冷卻器被冷卻，且隨后被供應到燃料電池。

然而，如上所描述，由于在移動部分組件例如水泵、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。

上述在該背景技術部分公開的信息僅用于增強對本發明背景的理解，因此其可能含有不構成在該國本領域普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。

發明內容

本發明提供用于燃料電池的空氣加濕裝置和空氣加濕方法，其可容易地對供應到燃料電池的陰極的空氣進行加濕且獲得空氣冷卻效果。如此，可通過以下操作來預先防止溫度升高：壓縮所供應的空氣；從將空氣供應到燃料電池的陰極的空氣壓縮機的出口旁通一部分壓縮空氣；且同時通過旁通的壓縮空氣將從燃料電池系統排出的冷凝水注射到空氣壓縮機的入口中。

在一方面，本發明提供用于燃料電池的空氣加濕裝置。在示例性實施方式中，空氣加濕裝置可包括：空氣壓縮機，其將空氣供應到燃料電池的陰極；以及噴射器，其設置在與空氣壓縮機的入口連接的空氣供應管線中，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的出口注射到空氣壓縮機的入口。

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

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