燃料電池系統(tǒng)及燃料電池的排水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種燃料電池系統(tǒng)及燃料電池的排水系統(tǒng)，所述燃料電池的排水系統(tǒng)包括：空氣冷凝器，設(shè)置在燃料電池堆空氣出口，適于將所述空氣出口排出的氣體中所含的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水；冷凝水水箱，與所述空氣冷凝器耦接，適于收集所述空氣冷凝器冷凝的液態(tài)水。采用上述方案，可以有效防止水淹電極，提高燃料電池工作的穩(wěn)定性和耐久性。
【專利說(shuō)明】
燃料電池系統(tǒng)及燃料電池的排水系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池系統(tǒng)及燃料電池的排水系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)是以氫氣為燃料，以氧氣為氧化劑的電化學(xué)發(fā)電裝置。由于其環(huán)境友好性，能量轉(zhuǎn)換率高和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最清潔和高效的新能源發(fā)電裝置。
[0003]質(zhì)子交換膜燃料電池在正常發(fā)電時(shí)，氫氣和氧氣反應(yīng)生成的液態(tài)水大量存在于陰極流道，其中一部分液態(tài)水會(huì)隨著空氣流出電堆，另一部分液態(tài)水通過(guò)膜電極擴(kuò)散到陽(yáng)極。若產(chǎn)生的液態(tài)水無(wú)法及時(shí)排出去，就會(huì)導(dǎo)致液態(tài)水在催化層和氣體擴(kuò)散層累積，引起電極局部被水淹，導(dǎo)致質(zhì)子交換膜燃料電池性能下降和催化劑的衰減。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題是如何防止水淹電極，提高燃料電池工作的穩(wěn)定性和耐久性。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種燃料電池的排水系統(tǒng)，包括:
[0006]空氣冷凝器，設(shè)置在燃料電池堆空氣出口，適于將所述空氣出口排出的氣體中所含的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水；
[0007]冷凝水水箱，與所述空氣冷凝器耦接，適于收集所述空氣冷凝器冷凝的液態(tài)水。
[0008]可選的，所述燃料電池的排水系統(tǒng)還包括:冷凝水回收閥，與所述冷凝水水箱耦接，適于當(dāng)檢測(cè)到所述冷凝水水箱中的液態(tài)水累積到預(yù)設(shè)水量時(shí)打開(kāi)，以將所述冷凝水水箱中的液態(tài)水排出；去離子器，與所述冷凝水回收閥耦接，適于將所述冷凝水水箱中排出的液態(tài)水進(jìn)行去離子凈化。
[0009]可選的，所述去離子器與所述燃料電池的空氣加濕器耦接，所述去離子器排出的經(jīng)過(guò)去離子凈化的液態(tài)水輸入到所述燃料電池的空氣加濕器。
[0010]可選的，所述空氣冷凝器的冷凝強(qiáng)度由所述燃料電池堆的空氣入口濕度、所述燃料電池堆的空氣出口濕度的大小關(guān)系確定。
[0011]可選的，所述燃料電池的排水系統(tǒng)還包括:冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置，適于當(dāng)所述燃料電池堆的空氣入口濕度小于所述燃料電池堆的空氣出口濕度時(shí)，增加所述空氣冷凝器的冷凝強(qiáng)度;并當(dāng)所述燃料電池對(duì)的空氣入口濕度大于所述燃料電池堆的空氣出口濕度，且二者之差小于預(yù)設(shè)濕度值時(shí)，降低所述空氣冷凝器的冷凝強(qiáng)度。
[0012]可選的，所述燃料電池堆包括多個(gè)并聯(lián)連接的單電池，所述單電池包括陰極擴(kuò)散層，所述陰極擴(kuò)散層被劃分為N1個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<見(jiàn)<10。
[0013]可選的，所述陰極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90%。
[0014]可選的，所述單電池包括流場(chǎng)板，所述流場(chǎng)板被劃分為犯?jìng)€(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N2<10。
[0015]可選的，所述流場(chǎng)板的疏水度為30%?90%。
[0016]可選的，所述單電池包括陽(yáng)極擴(kuò)散層，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層被劃分為N3個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著氫氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N3<10。
[0017]可選的，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90%。
[0018]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括:燃料電池堆，所述燃料電池堆包括多個(gè)并聯(lián)連接的單電池，所述單電池包括陰極擴(kuò)散層，所述陰極擴(kuò)散層被劃分為犯?jìng)€(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<見(jiàn)<10。
[0019]可選的，所述陰極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90%。
[0020]可選的，所述單電池包括流場(chǎng)板，所述流場(chǎng)板被劃分為犯?jìng)€(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N2<10。
[0021 ] 可選的，所述流場(chǎng)板的疏水度為30%?90%。
[0022]可選的，所述單電池包括陽(yáng)極擴(kuò)散層，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層被劃分為N3個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著氫氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N3<10。
[0023]可選的，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90%。
[0024]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了另一種燃料電池系統(tǒng)，包括:燃料電池堆，所述燃料電池堆包括多個(gè)并聯(lián)連接的單電池，所述單電池包括陽(yáng)極擴(kuò)散層，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層被劃分為N3個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N3<10。
[0025]可選的，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90%。
[0026]可選的，所述單電池包括流場(chǎng)板，所述流場(chǎng)板被劃分為犯?jìng)€(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N2<10。
[0027]可選的，所述流場(chǎng)板的疏水度為30%?90%。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0029]在燃料電池堆空氣出口處設(shè)置空氣冷凝器，通過(guò)空氣冷凝器將燃料電池堆空氣出口排除的氣體中的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水，并通過(guò)冷凝水水箱收集冷凝得到的液態(tài)水，從而可以有效地防止水淹電極，提高燃料電池工作的穩(wěn)定性和耐久性。
[0030]進(jìn)一步，設(shè)置冷凝水回收閥以及去離子器，將冷凝水水箱中的液態(tài)水排出并去離子凈化后，輸入至燃料電池堆的空氣入口處的空氣加濕器，實(shí)現(xiàn)液態(tài)水的循環(huán)利用。
[0031]進(jìn)一步，獲取燃料電池堆的空氣入口濕度以及空氣出口濕度，對(duì)冷凝器的冷凝強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，控制冷凝器的冷凝效果，當(dāng)燃料電池堆的空氣出口濕度較大時(shí)，表明膜電極含水量較高，提高冷凝強(qiáng)度可以加大液態(tài)水的排出量；當(dāng)燃料電池堆的空氣出口濕度較小時(shí)，表明膜電極含水量較低，降低冷凝強(qiáng)度可以防止電堆內(nèi)部過(guò)干。
[0032]此外，將燃料電池堆中的單電池的陰極擴(kuò)散層的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，促使燃料電池靠近空氣出口端的液態(tài)水排出，并保證靠近空氣入口端具有一定的水分，從而在濃度梯度的作用下，實(shí)現(xiàn)燃料電池的膜電極既不會(huì)被水淹也不會(huì)因?yàn)檫^(guò)干而導(dǎo)致歐姆電阻過(guò)大。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本實(shí)用新型中的一種燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是現(xiàn)有的一種燃料電池堆的單電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種陰極擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種流場(chǎng)板的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0037]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種單電池的工作場(chǎng)景圖；
[0038]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中的另一種單電池的工作場(chǎng)景圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]現(xiàn)有技術(shù)中，質(zhì)子交換膜燃料電池在正常發(fā)電時(shí)，燃料電池陰極側(cè)液態(tài)水的來(lái)源主要有兩方面:I)加濕空氣中的液態(tài)水冷凝;2)陽(yáng)極側(cè)液態(tài)水的反擴(kuò)散。一方面，燃料電池正常發(fā)電時(shí)生成的液態(tài)水主要在陰極側(cè)，陰極側(cè)的液態(tài)水在濃度梯度下擴(kuò)散到陽(yáng)極，而陽(yáng)極側(cè)的液態(tài)水在反擴(kuò)散作用下又會(huì)擴(kuò)散到陰極，導(dǎo)致陰陽(yáng)極兩側(cè)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。另一方面，燃料電池在正常工作時(shí)，陰極側(cè)的空氣需要經(jīng)過(guò)加濕器的加濕，以提高膜電極的含水量進(jìn)而減小燃料電池的歐姆電阻，提高燃料電池的發(fā)電能力。加濕空氣從流道的入口隨著電化學(xué)反應(yīng)流到流道的出口，由于燃料電池反應(yīng)生成水，使得靠近流道出口空氣中的水含量較高，近似于飽和氣體狀態(tài)。若燃料電池內(nèi)部溫度分布不均與，靠近出口的飽和氣體中的氣態(tài)水會(huì)冷凝為液態(tài)水。
[0040]綜上，現(xiàn)有技術(shù)中，燃料電池陰極側(cè)液態(tài)水累積的可能性較大，進(jìn)而引起電極局部被水淹的可能性較大，導(dǎo)致質(zhì)子交換膜燃料電池性能下降和催化劑的衰減。
[0041]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，在燃料電池堆空氣出口處設(shè)置空氣冷凝器，通過(guò)空氣冷凝器將燃料電池堆空氣出口排除的氣體中的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水，并通過(guò)冷凝水水箱收集冷凝得到的液態(tài)水，從而可以有效地防止水淹電極，提高燃料電池工作的穩(wěn)定性和耐久性。
[0042]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和有益效果能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0043]參照?qǐng)D1，給出了本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，燃料電池系統(tǒng)包括:空氣壓縮機(jī)及控制器1、空氣加濕器2、空氣入口濕度計(jì)3、空氣進(jìn)氣閥4、由多個(gè)單電池5并聯(lián)連接組成的燃料電池堆6、氫氣尾排閥7、氫氣源8、氫氣進(jìn)氣閥9、空氣出口濕度計(jì)10、空氣尾排閥12以及燃料電池的排水系統(tǒng)，其中:燃料電池的排水系統(tǒng)可以包括空氣冷凝器11以及與其耦接的冷凝水水箱13。
[0044]在具體實(shí)施中，空氣冷凝器11可以設(shè)置在空氣出口濕度計(jì)10與空氣尾排閥12之間。燃料電池堆6的空氣出口排出的氣體的空氣出口濕度計(jì)1、空氣冷凝器11后，經(jīng)由空氣尾排閥12排出。
[0045]燃料電池堆6的空氣出口排除的氣體為陰極分配管道和流道內(nèi)排出的氣體。通常情況下，陰極分配管道和流道內(nèi)排出的氣體為經(jīng)過(guò)加濕的氣體?？諝饫淠?1可以對(duì)燃料電池堆6的空氣出口排出的氣體進(jìn)行冷凝處理，將排出的氣體中的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水，從而使得空氣出口處的氣體的含水量降低?？諝獬隹谔幍臍怏w含水量降低時(shí)，在濃度梯度的作用下，陰極分配管道和流道內(nèi)含水量較高的氣體可以迅速地排到燃料電池堆6外部。
[0046]空氣冷凝器11冷凝得到的液態(tài)水可以通過(guò)冷凝水水箱13來(lái)收集。
[0047]由此可見(jiàn)，在燃料電池堆空氣出口處設(shè)置空氣冷凝器，通過(guò)空氣冷凝器將燃料電池堆空氣出口排除的氣體中的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水，并通過(guò)冷凝水水箱收集冷凝得到的液態(tài)水，從而可以有效地防止水淹電極，提高燃料電池工作的穩(wěn)定性和耐久性。
[0048]在實(shí)際應(yīng)用，隨著燃料電池工作時(shí)間的增加，冷凝水水箱13中收集的液態(tài)水會(huì)逐漸增加。為避免冷凝水水箱13飽和，可以通過(guò)專用的管道將冷凝水水箱13中收集的液態(tài)水排出至燃料電池外部，也可以將冷凝水水箱13中收集的液態(tài)水進(jìn)行循環(huán)利用。
[0049]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，可以在冷凝水水箱13與空氣加濕器2之間設(shè)置冷凝水回收閥14以及去離子器15，其中:冷凝水回收閥14與冷凝水水箱13耦接，當(dāng)檢測(cè)到冷凝水水箱13中的液態(tài)水累積到預(yù)設(shè)的水量時(shí)打開(kāi)，從而可以將冷凝水水箱13中的液態(tài)水排出；去離子器設(shè)置在冷凝水回收閥14與空氣加濕器2之間，當(dāng)冷凝水回收閥14打開(kāi)時(shí)，將冷凝水水箱13中排出的液態(tài)水進(jìn)行去離子凈化，經(jīng)過(guò)去離子凈化后的液態(tài)水輸入至空氣加濕器2中，從而可以實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。
[0050]可以在去離子器15與空氣加濕器2之間設(shè)置水栗，從而將經(jīng)過(guò)去離子凈化后的液態(tài)水栗入到空氣加濕器2中。也可以將去離子器15的水平高度設(shè)置的高于空氣加濕器2的水平高度，從而在重力作用下，將經(jīng)過(guò)去離子器15凈化后的液態(tài)水輸入至空氣加濕器2中。
[0051]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，空氣冷凝器11的冷凝強(qiáng)度是可調(diào)的，可以通過(guò)冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置(圖1中未示出)來(lái)對(duì)空氣冷凝器11的冷凝強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。
[0052]冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置可以與空氣冷凝器11、空氣入口濕度計(jì)3以及空氣出口濕度計(jì)1耦接，獲取空氣入口濕度計(jì)3測(cè)量得到的空氣入口濕度值Rin、空氣出口濕度計(jì)測(cè)量得到的空氣出口濕度值Rcmt，根據(jù)獲取到的Rin以及Rcmt二者之間的大小關(guān)系，來(lái)判斷是否需要對(duì)空氣冷凝器11的冷凝強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，以及是增加冷凝強(qiáng)度還是降低冷凝強(qiáng)度。
[0053]在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，當(dāng)Rin<RQU^，可以判定空氣出口濕度過(guò)大，可能存在液態(tài)水，此時(shí)冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置可以控制空氣冷凝器11增加冷凝強(qiáng)度，以加大液態(tài)水的排出量，避免膜電極被水淹。
[0054]反之，當(dāng)Rir^Rciut,可以判定空氣出口濕度較低，膜電極的含水量較低。當(dāng)Rin-Rciut< AR時(shí)，冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置可以控制空氣冷凝器11降低冷凝強(qiáng)度，防止電池堆內(nèi)部過(guò)于干燥。
[0055]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置可以是一個(gè)獨(dú)立的適于控制空氣冷凝器11的器件，也可以是內(nèi)置于空氣冷凝器11中的控制器件，冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置只要能夠獲取Rin以及R?t，并根據(jù)二者之間的關(guān)系對(duì)空氣冷凝器11的冷凝強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整即可。在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，在空氣冷凝器11中內(nèi)置有冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置。
[0056]參照?qǐng)D2，給出了現(xiàn)有的一種燃料電池堆的單電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]燃料電池堆6中的單電池5可以包括流場(chǎng)板16、陰極擴(kuò)散層17、陰極催化層18、質(zhì)子交換膜19、陽(yáng)極催化層20、陽(yáng)極擴(kuò)散層21以及氫氣流道22。
[0058]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，單電池5包含的陰極擴(kuò)散層17可以具備一定的疏水性。可以沿著空氣流動(dòng)的方向，將陰極擴(kuò)散層17劃分成N1個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且不同區(qū)域的疏水度沿著空氣流動(dòng)的方向(如圖2中的a方向)依次增加。犯可以根據(jù)單電池5的活性面積的大小來(lái)劃分，活性面積越大，Ni的值越高;反之，活性面積越小，Ni的值越小。Ni的取值范圍可以為2彡沁彡10。
[0059]由于不同區(qū)域的疏水度沿著空氣流動(dòng)方向依次增加，因此最靠近空氣出口的區(qū)域的疏水度最高，從而確?？拷諝獬隹趨^(qū)域的液態(tài)水能夠順利排出。但為了保證最靠近空氣出口的區(qū)域的膜電極不至于過(guò)于干燥而導(dǎo)致歐姆電阻過(guò)大，因此可以設(shè)定最靠近空氣出口的區(qū)域的疏水度不能大于一定值。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，陰極擴(kuò)散層17中的所有區(qū)域的疏水度的取值范圍可以在30%?90 %之間，最靠近空氣入口的區(qū)域的疏水度最小，最靠近空氣出口的區(qū)域的疏水度最大。
[0060]陰極擴(kuò)散層17的不同區(qū)域?qū)?yīng)的材料可以相同，也可以不同。為簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，陰極擴(kuò)散層17的不同區(qū)域可以選擇相同的材料，但是不同區(qū)域?qū)?yīng)的材料之間的配比不同，從而實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域?qū)?yīng)不同的疏水度。
[0061]參照?qǐng)D3，給出了本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種陰極擴(kuò)散層17的結(jié)構(gòu)示意圖。a方向?yàn)榭諝饬鲃?dòng)方向，則區(qū)域161、162、163以及164的疏水度排序?yàn)?區(qū)域161的疏水度最低，區(qū)域162的疏水度高于區(qū)域161的疏水度，區(qū)域163的疏水度高于區(qū)域162的疏水度，區(qū)域164的疏水度最高。
[0062]例如，區(qū)域161的疏水度為30%，區(qū)域162的疏水度為45%，區(qū)域163的疏水度為60%，區(qū)域164的疏水度為75 %。
[0063]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，單電池5的流場(chǎng)板16也可以具備一定的疏水性。與陰極擴(kuò)散層17相類似，將流場(chǎng)板16劃分成N2個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且不同區(qū)域的疏水度沿著空氣流動(dòng)的方向(如圖2中的a方向)依次增加。N2的取值范圍可以為2<N2<10。
[0064]參照?qǐng)D4，給出了本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種流場(chǎng)板16的結(jié)構(gòu)示意圖。a方向?yàn)榭諝饬鲃?dòng)方向，則區(qū)域171、172、173以及174的疏水度排序?yàn)?區(qū)域171的疏水度最低，區(qū)域172的疏水度高于區(qū)域171的疏水度，區(qū)域173的疏水度高于區(qū)域172的疏水度，區(qū)域174的疏水度最高。
[0065]通過(guò)將單電池5的陰極擴(kuò)散層17以及流場(chǎng)板16劃分成多個(gè)疏水度不同的區(qū)域，越靠近空氣入口的疏水度越低，越靠近空氣出口的疏水度越高，則在濃度梯度的作用下，水從空氣入口逐漸排放至空氣出口?？拷諝獬隹诘膮^(qū)域的疏水度最高，能夠促進(jìn)液態(tài)水的排出。采用上述結(jié)構(gòu)的陰極擴(kuò)散層17，可以實(shí)現(xiàn)膜電極既不會(huì)被水淹也不會(huì)過(guò)于干燥而導(dǎo)致歐姆電阻過(guò)大。
[0066]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，單電池5的陽(yáng)極擴(kuò)散層21也可以具備一定的疏水性。與陰極擴(kuò)散層17相類似，將陽(yáng)極擴(kuò)散層21劃分成N3個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且不同區(qū)域的疏水度沿著氫氣的流動(dòng)方向依次增加，N3的取值范圍可以為2 < N3 < 1。陽(yáng)極擴(kuò)散層21中的所有區(qū)域的疏水度的取值范圍可以在30 %?90 %之間。
[0067]參照?qǐng)D5和圖6，給出了本實(shí)用新型實(shí)施例中的兩種單電池的工作場(chǎng)景圖。
[0068]圖5中，空氣的流動(dòng)方向?yàn)閍方向，氫氣的流動(dòng)方向?yàn)閎方向，a方向與b方向相反。
[0069]陰極擴(kuò)散層17被劃分成4個(gè)區(qū)域，4個(gè)區(qū)域的疏水度沿a方向依次增加；陽(yáng)極擴(kuò)散層21也被劃分成4個(gè)區(qū)域，4個(gè)區(qū)域的疏水度沿b方向依次增加。當(dāng)空氣與氫氣對(duì)向流動(dòng)時(shí)，陰極擴(kuò)散層17最靠近空氣出口側(cè)的區(qū)域生成的液態(tài)水可以為氫氣入口側(cè)輸入的氫氣加濕。
[0070]圖6中，空氣的流動(dòng)方向?yàn)閍方向，氫氣的流動(dòng)方向也為a方向。陰極擴(kuò)散層17的疏水度與陽(yáng)極擴(kuò)散層21的疏水度均沿a方向依次增加。此時(shí)，陰極擴(kuò)散層17最靠近出口側(cè)的區(qū)域無(wú)法對(duì)氫氣入口側(cè)輸入的氫氣加濕。
[0071]結(jié)合圖1，以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)上述實(shí)施例中提供的燃料電池系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行說(shuō)明。
[0072]首先，將燃料電池堆空氣出口排出的氣體中所含的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，可以通過(guò)空氣冷凝器11將燃料電池堆6的空氣出口排出的氣體中所含的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水。之后，通過(guò)與空氣冷凝器11耦接的冷凝水水箱13收集冷凝得到的液態(tài)水。當(dāng)檢測(cè)到收集的液態(tài)水累積到預(yù)設(shè)水量時(shí)，將收集的液態(tài)水排出。
[0073]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到冷凝水水箱13收集的液態(tài)水累積到預(yù)設(shè)數(shù)量時(shí)，冷凝水回收閥14打開(kāi)，從而可以將冷凝水水箱13中收集的液態(tài)水排出。冷凝水水箱13中收集的液態(tài)水中可能包括一些離子，因此，可以將排出的液態(tài)水進(jìn)行去離子凈化。
[0074]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，可以通過(guò)去離子器15將冷凝水水箱13中排出的液態(tài)水進(jìn)行去離子凈化。將經(jīng)過(guò)去離子凈化的液態(tài)水輸入至燃料電池的空氣加濕器。
[0075]由此可見(jiàn)，在燃料電池堆的空氣出口處設(shè)置空氣冷凝器，通過(guò)空氣冷凝器將燃料電池堆空氣出口排除的氣體中的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水，并通過(guò)冷凝水水箱收集冷凝得到的液態(tài)水，從而可以有效地防止水淹電極，提高燃料電池工作的穩(wěn)定性和耐久性。
[0076]雖然本實(shí)用新型披露如上，但本實(shí)用新型并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，包括: 空氣冷凝器，設(shè)置在燃料電池堆空氣出口，適于將所述空氣出口排出的氣體中所含的氣態(tài)水冷凝為液態(tài)水； 冷凝水水箱，與所述空氣冷凝器耦接，適于收集所述空氣冷凝器冷凝的液態(tài)水。2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 冷凝水回收閥，與所述冷凝水水箱耦接，適于當(dāng)檢測(cè)到所述冷凝水水箱中的液態(tài)水累積到預(yù)設(shè)水量時(shí)打開(kāi)，以將所述冷凝水水箱中的液態(tài)水排出； 去離子器，與所述冷凝水回收閥耦接，適于將所述冷凝水水箱中排出的液態(tài)水進(jìn)行去離子凈化。3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述去離子器與所述燃料電池的空氣加濕器耦接，所述去離子器排出的經(jīng)過(guò)去離子凈化的液態(tài)水輸入到所述燃料電池的空氣加濕器。4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣冷凝器的冷凝強(qiáng)度由所述燃料電池堆的空氣入口濕度、所述燃料電池堆的空氣出口濕度的大小關(guān)系確定。5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，還包括:冷凝強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置，適于當(dāng)所述燃料電池堆的空氣入口濕度小于所述燃料電池堆的空氣出口濕度時(shí)，增加所述空氣冷凝器的冷凝強(qiáng)度;并當(dāng)所述燃料電池對(duì)的空氣入口濕度大于所述燃料電池堆的空氣出口濕度，且二者之差小于預(yù)設(shè)濕度值時(shí)，降低所述空氣冷凝器的冷凝強(qiáng)度。6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池堆包括多個(gè)并聯(lián)連接的單電池，所述單電池包括陰極擴(kuò)散層，所述陰極擴(kuò)散層被劃分為N1個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<見(jiàn)<10。7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90%。8.如權(quán)利要求6所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述單電池包括流場(chǎng)板，所述流場(chǎng)板被劃分為N2個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2彡N2彡10。9.如權(quán)利要求8所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述流場(chǎng)板的疏水度為30%?90% ο10.如權(quán)利要求6所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述單電池包括陽(yáng)極擴(kuò)散層，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層被劃分為N3個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著氫氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N3<10。11.如權(quán)利要求10所述的燃料電池的排水系統(tǒng)，其特征在于，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層的疏水度為 30%?90%。12.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括: 燃料電池堆，所述燃料電池堆包括多個(gè)并聯(lián)連接的單電池，所述單電池包括陰極擴(kuò)散層，所述陰極擴(kuò)散層被劃分為N1個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<見(jiàn)<10。13.如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90% ο14.如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述單電池包括流場(chǎng)板，所述流場(chǎng)板被劃分為N2個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2SN2SlO015.如權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述流場(chǎng)板的疏水度為30%?90%。16.如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述單電池包括陽(yáng)極擴(kuò)散層，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層被劃分為N3個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著氫氣的流動(dòng)方向依次增加，2彡N3彡10。17.如權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90% ο18.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括: 燃料電池堆，所述燃料電池堆包括多個(gè)并聯(lián)連接的單電池，所述單電池包括陽(yáng)極擴(kuò)散層，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層被劃分為N3個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2<N3<10。19.如權(quán)利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述陽(yáng)極擴(kuò)散層的疏水度為30%?90% ο20.如權(quán)利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述單電池包括流場(chǎng)板，所述流場(chǎng)板被劃分為N2個(gè)疏水度不同的區(qū)域，且各區(qū)域的疏水度沿著空氣的流動(dòng)方向依次增加，2SN2SlO021.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述流場(chǎng)板的疏水度為30%?90%。
【文檔編號(hào)】H01M8/04119GK205666283SQ201620538422
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】余意, 施昕, 汪飛杰, 陳駿, 陳雪松
【申請(qǐng)人】上海汽車集團(tuán)股份有限公司