[發(fā)明專利]一種燃料電池系統(tǒng)換熱加濕裝置及換熱加濕方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110374251.6
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113224347B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊軍;潘建欣;胡梅;高勇;肖敏
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所）
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/04119
• 代理公司: 武漢凌達(dá)知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

1.一種燃料電池系統(tǒng)換熱加濕裝置，其特征在于：包括燃料電池電堆（4001）以及與燃料電池電堆（4001）連接的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)（2001）、熱管理子系統(tǒng)（6001）以及電能輸出子系統(tǒng)（5001）；還包括由空氣過濾器（3001）、空氣壓縮機(jī)（3002）和換熱加濕裝置組成的空氣供應(yīng)系統(tǒng)；所述的換熱加濕裝置包括對流入的兩股氣體進(jìn)行換熱的換熱模塊和改變兩股氣體濕度的加濕模塊，所述的換熱模塊包括由換熱壁隔絕的高溫側(cè)腔體和低溫側(cè)腔體，所述換熱壁的高溫側(cè)使用直流道，所述換熱壁的低溫側(cè)使用換熱板，或者具備擾流環(huán)或擾流絲的波紋管式換熱管，或者曲折/狹窄的流道，或者破壞層流邊界層，所述的加濕模塊包括由選擇透過性膜壁隔絕的濕氣體側(cè)腔體和干氣體側(cè)腔體，所述的濕氣體側(cè)腔體采用曲折/狹窄的結(jié)構(gòu)，或者破壞層流邊界層，或者強(qiáng)化流動的流道、或者折疊結(jié)構(gòu)的選擇透過膜，高溫側(cè)腔體上分別設(shè)置有高溫氣體出入口，低溫側(cè)腔體上分別設(shè)置有低溫氣體出入口，濕氣體側(cè)腔體上分別設(shè)置有濕氣體出入口，干氣體側(cè)腔體上分別設(shè)置有干氣體出入口，其中低溫氣體入口與濕氣體側(cè)出口相連接，高溫氣體出口與干氣體側(cè)入口相連接，干氣體側(cè)出口和濕氣體側(cè)入口分別與燃料電池電堆（4001）的空氣入口和空氣出口連接，高溫氣體入口與空氣壓縮機(jī)（3002）連接，空氣壓縮機(jī)（3002）與空氣過濾器（3001）連接，低溫氣體出口連接尾氣排放閥（3005）；

燃料電池電堆（4001）工作時，環(huán)境中的空氣依次經(jīng)過空氣過濾器（3001）和空氣壓縮機(jī)（3002）后通過高溫氣體入口進(jìn)入高溫側(cè)腔體，高溫空氣通過高溫氣體出口流出高溫側(cè)腔體，通過干氣體側(cè)入口進(jìn)入干氣體側(cè)腔體，干空氣通過干氣體側(cè)出口流出干氣體側(cè)腔體，進(jìn)入燃料電池電堆（4001）的空氣入口，空氣流經(jīng)電堆空氣流道，一部分氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)被消耗，剩余部分空氣并攜帶部分水蒸氣形成濕空氣，從燃料電池電堆（4001）的空氣出口流出，通過濕氣體側(cè)入口進(jìn)入濕氣體側(cè)腔體，濕空氣通過濕氣體側(cè)出口流出濕氣體側(cè)腔體，通過低溫氣體入口進(jìn)入低溫側(cè)腔體，濕空氣流經(jīng)低溫側(cè)腔體和高溫側(cè)腔體，通過高溫氣體出口流出高溫側(cè)腔體，通過尾氣排放閥（3005）排出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池系統(tǒng)換熱加濕裝置，其特征在于，所述的換熱模塊和加濕模塊彼此獨(dú)立且由管道連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池系統(tǒng)換熱加濕裝置，其特征在于，所述的換熱模塊和加濕模塊集成安裝在殼體內(nèi)；所述的高溫側(cè)腔體和干氣體側(cè)腔體相連通，所述的低溫側(cè)腔體和濕氣體側(cè)腔體相連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池系統(tǒng)換熱加濕裝置，其特征在于，所述的換熱模塊和加濕模塊設(shè)置在殼體內(nèi)并通過留有通道的隔板（405）隔開；所述的換熱壁為列管式換熱壁（502），所述的選擇透過性膜壁為列管式選擇透過性膜壁（602），所述的干氣體側(cè)入口、高溫側(cè)腔體、干氣體側(cè)腔體和干氣體側(cè)出口依次連通，所述的濕氣體側(cè)入口、濕氣體側(cè)腔體、低溫側(cè)腔體和濕氣體側(cè)出口依次連通。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池系統(tǒng)換熱加濕裝置，其特征在于，所述的換熱模塊和加濕模塊集成安裝在殼體內(nèi)；所述的高溫側(cè)腔體和干氣體側(cè)腔體相連通，所述的低溫側(cè)腔體和濕氣體側(cè)腔體相連通；所述的低溫氣體出口還分別設(shè)置有：一流量控制模塊（130），用于控制燃料電池電堆（4001）內(nèi)的空氣流量和壓力；一消音模塊（140），用于降低空氣供應(yīng)系統(tǒng)噪音；一溫度濕度壓力傳感器（150），用于監(jiān)測進(jìn)入燃料電池電堆（4001）的空氣。