一种燃料电池发动机气体温度控制系统及燃料电池发动机的制作方法

本技术属于燃料电池发动机，特别涉及一种燃料电池发动机气体温度控制系统及燃料电池发动机。

背景技术：

1、燃料电池发动机是通过氢气和空气中的氧气在电堆内部的催化剂表面发生反应，将化学能转化为电能的设备。其中，主要通过空气压缩机为燃料电池提供一定流量和压力的空气。

2、燃料电池发动机正常运行时，空气压缩机的出口空气温度较高，需要通过中冷器冷却和加湿处理后才能进入电堆，保证燃料电堆阴极侧的温度、压力、湿度及流量处于比较舒适的范围内；同时电堆入口的氢气也需加热，防止温度过低而不利于低温启动。

3、目前的燃料电池发动机，一般是通过电堆冷却水或设备冷却水来冷却高温空气，而氢气一般利用电堆冷却水或外部热源加热，该方式存在以下缺陷和不足：

4、1、气体温度控制与冷却水系统控制存在耦合，不利于电堆水热管理。

5、2、在低温启动时，由于冷却水装量和热容较大，升温慢，造成电堆入口氢气温度较低，不利于低温启动。

6、3、正常运行时，由于电堆冷却水或设备冷却水温度相对低，因此电堆入口气体温度与电堆温度相差较大，易造成电堆温度分布不均匀。

技术实现思路

1、本实用新型主要解决的技术问题是，提供一种电堆入口氢气升温快，有利于低温启动，且可使电堆温度分布更加均匀，有利于电堆热管理的燃料电池发动机气体温度控制系统，同时提供一种采用该燃料电池发动机气体温度控制系统的燃料电池发动机。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用第一个技术方案是：

3、一种燃料电池发动机气体温度控制系统，包括电堆，还包括:

4、空气回路，与电堆阴极连接，包括通过管路依次连接的空压机、中冷器、换热装置和加湿器，中冷器和换热装置均为气-气换热器，空压机出口的空气沿管路依次经过中冷器、换热装置、加湿器、电堆阴极、加湿器、中冷器后排至大气，电堆入口空气和电堆出口空气在中冷器内换热；

5、氢气回路，与电堆阳极连接，包括氢气循环泵和氢气源，氢气源通过管路依次连接换热装置、电堆阳极和氢气循环泵，氢气源输出的氢气经过换热装置换热后进入电堆阳极，电堆阳极出口与氢气循环泵连接，电堆入口氢气与电堆入口空气在所述换热装置内换热，利用电堆入口空气加热电堆入口氢气。

6、进一步，在所述换热装置内，空气和氢气的流动方向相同。

7、进一步，所述气-气换热器为板式换热器或壳管式换热器。

8、进一步，在所述空压机入口端设置空气过滤器。

9、进一步，在所述空气过滤器与空压机之间安装有空气入口流量检测装置。

10、进一步，在所述中冷器与电堆阴极出口之间的管路上串接背压阀，背压阀用于将电堆出口的空气压力调节至环境压力。

11、进一步，在所述氢气源的出口端安装有氢气控制阀，用于调节送到氢气回路中的氢气流量。

12、进一步，在所述中冷器出口向大气排放的管路中串接有消音器。

13、本实用新型采用第二个技术方案是：

14、一种燃料电池发动机，采用如上所述的燃料电池发动机气体温度控制系统。

15、综上内容，本实用新型所提供的一种燃料电池发动机气体温度控制系统及燃料电池发动机，与现有技术相比，具有如下有益效果：

16、(1)本实用新型解决了现有技术中存在的气体温度控制与冷却水系统控制存在耦合的问题，解耦冷却水系统控制与气体温度控制，空气循环与冷却水循环形成各自独立的循环系统，在发动机正常运行时，电堆冷却系统只用于电堆1的温度控制，不参与空气和氢气的温度控制，有利于电堆水热管理，降低冷却水系统控制难度，该系统极大地简化了燃料电池发动机系统。

17、(2)本实用新型通过在中冷器与加湿器之间安装的换热装置，利用电堆入口空气的温度加热电堆入口氢气，使电堆入口的氢气快速升温，不但有利于低温启动，同时也省略了其它加热装置，使系统结构更加简单，降低系统成本。

18、(3)本实用新型在发动机正常运行时，空压机出口的空气依次经过中冷器和换热装置，利用气-气换热的中冷器和换热装置为空压机的出口空气进行两次换热降温，使电堆入口空气温度接近电堆运行温度，进而使电堆温度分布更加均匀，解决了现有技术中利用低温的冷却水给空气降温，使电堆入口气体温度与电堆温度相差较大而造成电堆温度分布不均匀的问题。

19、下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的描述。

1.一种燃料电池发动机气体温度控制系统，包括电堆，其特征在于，还包括:

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机气体温度控制系统，其特征在于：在所述换热装置内，空气和氢气的流动方向相同。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机气体温度控制系统，其特征在于：所述气-气换热器为板式换热器或壳管式换热器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池发动机气体温度控制系统，其特征在于：在所述空压机入口端设置空气过滤器。

5.根据权利要求4所述的燃料电池发动机气体温度控制系统，其特征在于：在所述空气过滤器与空压机之间安装有空气入口流量检测装置。

6.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池发动机气体温度控制系统，其特征在于：在所述中冷器与电堆阴极出口之间的管路上串接背压阀，背压阀用于将电堆出口的空气压力调节至环境压力。

7.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池发动机气体温度控制系统，其特征在于：在所述氢气源的出口端安装有氢气控制阀，用于调节送到氢气回路中的氢气流量。

8.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池发动机气体温度控制系统，其特征在于：在所述中冷器出口向大气排放的管路中串接有消音器。

9.一种燃料电池发动机，其特征在于：采用如权利要求1-8 任一项所述的燃料电池发动机气体温度控制系统。