[发明专利]质子交换膜燃料电池阴极水管理系统

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池阴极水管理系统，其特征在于：包括空气压缩模块(1)、空气计量和加湿模块(2)、空气雾化模块(3)、氢气供应模块(4)、燃料电池电堆模块(5)、湿度监测模块(6)、压降值测量模块(7)、水分离模块(8)、液体计量模块(9)、储水模块(10)、控制中心模块(11)；其中，

空气压缩模块(1)用于通过空气过滤器(a)对输入的空气进行过滤，并将过滤后空气通过空气压缩机(b)进行压缩，压缩成能够满足体积流量要求、质量流量要求的压缩空气；

空气计量和加湿模块(2)用于将压缩空气分解成两条支路，在第一条支路上通过设置的第一气体流量计(c-1)自动控制通过的压缩空气的质量流量；在第二条支路上不仅通过设置的第二气体流量计(c-2)自动控制通过的压缩空气的质量流量，而且通过设置的鼓泡加湿器(d)对压缩空气进行补水处理，增大压缩空气的湿度；

空气雾化模块(3)用于通过设置的雾化喷嘴(e)第二气体通道接收空气计量和加湿模块(2)中第一条支路上输出的压缩空气，通过设置的雾化喷嘴(e)第一气体通道接收空气计量和加湿模块(2)中第二条支路上输出的压缩空气；并利用第二气体通道中的压缩空气提供的压差对输入雾化喷嘴(e)液体流道中的液态水进行雾化，将液态水雾化成能够满足尺寸要求的液滴，输出到燃料电池电堆(f)阴极；

氢气供应模块(4)用于为燃料电池电堆(f)阳极供应氢气，并将多余氢气回收循环利用；

燃料电池电堆模块(5)用于在阴极催化剂作用下，将输入到燃料电池电堆(f)阴极的加湿空气、以及输入到燃料电池电堆(f)阳极的氢气进行化学反应，生成水，并使水从阴极通道出口处排出；

湿度监测模块(6)用于实时监测燃料电池电堆(f)中的质子交换膜的湿度，并将湿度数据传输到控制中心模块(11)；

压降值测量模块(7)用于实时监测燃料电池电堆(f)阴极通道入口和出口之间的压力差值，通过压降曲线的波动频率、幅度反映燃料电池电堆(f)阴极通道中水含量的积聚、去除情况，并将压力差数据传输到控制中心模块(11)；

水分离模块(8)用于通过设置的水分离器(g)冷却燃料电池电堆(f)阴极通道出口处排出的水分子，并提取出液态水；

液体计量模块(9)用于通过设置的液体流量计(h)将水分离模块(8)中的液态水传输到空气雾化模块(3)液体流道进行雾化，并自动控制通过的液态水的质量流量；

储水模块(10)用于通过储水罐(i)储存水分离器(g)和鼓泡加湿器(d)中排出的多余液态水，或者为水分离器(g)和鼓泡加湿器(d)补充液态水；

控制中心模块(11)用于接收湿度监测模块(6)传输的湿度数据和压降值测量模块(7)传输的压力差数据，根据湿度监测模块(6)监测到的湿度数据大小，智能调节鼓泡加湿器(d)的功率、以及液体流量计(h)输出至雾化喷嘴(e)液体流道的液态水的质量流量和流速，保持质子交换膜的湿度，从而保证燃料电池的工作性能；根据不同的压缩空气流速下，压降值测量模块(7)测量的压降曲线所呈现的波动频率、幅度，确定合适的压缩空气流速，并智能调节第一气体流量计(c-1)和第二气体流量计(c-2)中通过的压缩空气的质量流量和流速，将燃料电池电堆(f)阴极通道中形成的液态水快速排出，保持阴极通道的畅通，从而保证燃料电池电堆(f)的工作性能。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池阴极水管理系统，其特征在于：空气压缩模块(1)中，所述空气压缩机(b)满足的体积流量V_air要求为

式中，

V_air为空气压缩机(b)所需的空气体积流量，

为空气中氧气的体积流量，

为空气中氧气的体积分数，

为氧气单位时间内消耗的摩尔数，

N为电堆中单电池数量，

I为电流，单位A，

F为法拉第常数。