CN106784934A - 用于燃料电池的加湿器 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料电池的加湿器，包括连接至燃料电池组的空气进口的连接软管部件。加湿器端口部件耦接至连接软管部件的内周表面，并且将连接软管部件连接至加湿器壳体的空气出口。冷凝物收集部件耦接至加湿器端口部件的上部分，使得在冷凝物收集部件的外周表面与连接软管部件的内周表面之间限定冷凝物收集空间。

Description

用于燃料电池的加湿器
技术领域
本公开涉及一种用于燃料电池的加湿器。更具体而言，本公开涉及一种用于燃料电池的加湿器，其能够收集在将加湿的空气供应给燃料电池组时因在加湿的空气与外部空气之间的温度差而生成的冷凝物。
背景技术
通常，在操作燃料电池组时，需要加湿在燃料电池组内的聚合物电解质膜。因此，单独的膜加湿器已经用于在作为从燃料电池组中排出的湿气的废气与从外部空气中供应的干气之间交换水分。
这种加湿器可以分成喷水式加湿器、注入型加湿器以及吸附式加湿器。然而，由于燃料电池车辆具有有限的包装空间，所以通常使用具有较小体积并且不需要特殊动力的膜加湿器。具体而言，中空纤维膜加湿器已经用作燃料电池的膜加湿器。
在此处，加湿器通常位于燃料电池组的下端，其中，加湿器使用橡胶软管等被夹紧并且连接至燃料电池组。
当空气由加湿器加湿并且供应给燃料电池组时，由于在加湿的空气与外部空气之间的温度差，所以使蒸汽凝结。在这种情况下，冷凝的蒸汽沿着橡胶软管的壁部表面向下流动，并且累积在位于燃料电池组的下端的加湿器中。
因此，当暂时将冷凝水供应给燃料电池组时，在燃料电池组内的通道可能被阻塞。此外，如果冷凝水在冬季冻结，则在加湿器中的加湿膜可能因水的体积膨胀而被损坏。
在此背景技术部分中公开的以上信息仅仅用于增强理解本发明的背景，因此，它可以包含不构成对于本领域的技术人员在该国家已知的现有技术的信息。
发明内容
已经做出本公开，以致力于解决与现有技术相关联的上述问题。
本公开的一个方面提供了一种用于燃料电池的加湿器，其在加湿器端口与连接软管之间限定冷凝物收集空间，从而收集当空气由加湿器加湿并且供应给燃料电池组时因在加湿的空气与外部空气之间的温度差而生成的冷凝物。
根据本公开中的一个实施方式，一种用于燃料电池的加湿器包括连接软管部件，该连接软管部件连接至燃料电池组的空气进口。加湿器端口部件耦接至连接软管部件的内周表面并且将连接软管部件连接至加湿器壳体的空气出口。冷凝物收集部件耦接至加湿器端口部件的上部分，使得在冷凝物收集部件的外周表面与连接软管部件的内周表面之间限定冷凝物收集空间。
冷凝物收集部件可以具有与加湿器端口部件相同的内直径，并且可以具有圆柱形形状，其中，冷凝物收集部件的上部分和下部分具有相同的直径。
冷凝物收集部件可以具有倾斜度，使得冷凝物收集空间的区域从冷凝物收集部件的底部向上逐渐增大。
加湿器端口部件可以具有形成在加湿器端口的内周表面上的挡住构件(catchmember，止挡构件)。
冷凝物收集部件可以具有穿过其中所形成的排出孔。
冷凝物收集空间可以具有形成在连接软管部件的内周表面上的传热构件。
通过在连接软管部件的外周表面上进行夹紧，使得连接软管部件可以连接至加湿器端口部件。
根据本公开中的另一个实施方式，一种用于燃料电池的加湿器包括加湿器端口部件，该加湿器端口部件连接至加湿器壳体的空气出口。连接软管部件耦接至加湿器端口部件的外周表面，将加湿器端口部件连接至燃料电池组的空气进口，并且具有弯曲端部，使得在连接软管部件的内周表面与加湿器端口部件的外周表面之间限定冷凝物收集空间。
根据本公开中的进一步实施方式，一种用于燃料电池的加湿器包括连接软管部件，该连接软管部件连接至燃料电池组的空气进口。加湿器端口部件耦接至连接软管部件的内周表面并且将连接软管部件连接至加湿器壳体的空气出口。传热构件耦接至加湿器端口部件的内周表面，以使沿着加湿器端口部件的内周表面移动的冷凝物蒸发。
传热构件可以耦接至连接软管部件的内周表面和加湿器端口部件的内周表面中的每个，或者可以选择性地耦接至连接软管部件或加湿器端口部件。
下面讨论本发明的其他方面和示例性实施方式。
要理解的是，在本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似的术语包括广义的机动运载工具，例如，包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客运汽车；包括各种船舶和船只在内的水运工具；飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力汽车、氢动力车辆以及其他替代燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如在本文中所提及的，混合车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动动力车辆。
下面讨论本发明的以上和其他特征。
附图说明
现在，参照在下文中仅仅通过示例性的方式提供的附图中显示的本发明的某些实施方式，详细地描述本发明的以上和其他特征，因此，它们对本公开并不构成限制。
图1是示意性示出在燃料电池组与根据本公开中的第一实施方式的用于燃料电池的加湿器之间的连接的视图。
图2是示出在根据本公开中的第一实施方式的用于燃料电池的加湿器中的连接软管部件与加湿器端口部件之间的连接的视图。
图3是示出根据本公开中的第一实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集部件的视图。
图4是示出根据本公开中的第二实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集部件的视图。
图5是示出根据本公开中的第三实施方式的用于燃料电池的加湿器的加湿器端口部件的视图。
图6是示出根据本公开中的第四实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集部件的视图。
图7是示出根据本公开中的第五实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集空间的视图。
图8是示出在根据本公开中的第六实施方式的用于燃料电池的加湿器中的连接软管部件与加湿器端口部件之间的连接的视图。
图9是示意性示出根据本公开中的第七实施方式的用于燃料电池的加湿器的视图。
图10是示意性示出根据本公开中的第八实施方式的用于燃料电池的加湿器的视图。
应理解的是，附图不必按比例绘出，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。在本文中公开的本发明的具体设计特征(例如，包括具体尺寸、定向、位置以及形状)部分地由特定的预期用途和使用环境确定。
在图中，在附图的这几幅图中，相同参考数字表示本公开的相同或等效部件。
具体实施方式
在下文中，现在详细参照在本公开中的各种实施方式，在附图中显示并且在下面描述其实例。虽然结合示例性实施方式描述本发明，但是要理解的是，本描述并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施方式，而且涵盖可以包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换物、修改、等同物以及其他实施方式。
图1是示意性示出在燃料电池组与根据本公开中的第一实施方式的用于燃料电池的加湿器之间的连接的视图。图2是示出在根据本公开中的第一实施方式的用于燃料电池的加湿器中的连接软管部件与加湿器端口部件之间的连接的视图。图3是示出根据本公开中的第一实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集部件的视图。
如图1到图3所示，用于燃料电池的加湿器包括连接软管部件100、加湿器端口部件110以及冷凝物收集部件120。
连接软管部件100连接至燃料电池组10的空气进口。在一些实施方式中，连接软管部件100由橡胶材料制成。连接软管部件100用作通道，在该通道中，加湿的空气在穿过加湿器壳体20的同时，可以移动到燃料电池组10。
加湿器端口部件110耦接至连接软管部件100的端部的内周表面，并且将连接软管部件100连接至加湿器壳体20的空气出口20a。即，通过在连接软管部件100的外周表面上夹紧软管夹30，加湿器端口部件110连接至连接软管部件100，如图2所示，从而将加湿器壳体20连接至燃料电池组10。
在加湿器端口部件110连接至连接软管部件100的状态中，当空气由加湿器加湿并且供应给燃料电池组10时，蒸汽可以因在加湿的空气与外部空气之间的温度差而凝结。由于加湿器壳体20位于燃料电池组10的下端，所以冷凝物沿着连接软管部件100和加湿器端口部件110的壁部表面流入加湿器壳体20内，并且累积在加湿器壳体20的底部。
因此，如果由于给其供应的干空气的量增大，所以将累积在加湿器壳体20的底部中的冷凝物暂时地供应给燃料电池组10，则在燃料电池组10中的通道可能阻塞。
此外，如果累积在加湿器壳体20内的冷凝物因在冬季的低温而冻结，则在加湿器壳体20内的加湿膜可以因冷凝物的体积膨胀而被损坏。
因此，根据第一实施方式的用于燃料电池的加湿器包括冷凝物收集部件120，用于解决以上问题。
参考图3，冷凝物收集部件120具有比加湿器端口部件110更小的外直径，并且被耦接至加湿器端口部件110的上部分。因此，在冷凝物收集部件120的外周表面与连接软管部件100的内周表面之间限定冷凝物收集空间A。
冷凝物收集部件120具有与加湿器端口部件110相同的内直径，并且具有圆柱形形状，其中，冷凝物收集部件的上部分和下部分具有相同的直径。
当冷凝物收集部件120以预定的长度安装到位于连接软管部件100内的加湿器端口部件110中时，冷凝物收集部件120具有阶梯式形状，从而限定冷凝物收集空间A。
当燃料电池组10中生成的冷凝物沿着在第一实施方式的加湿器中的连接软管部件100的壁部表面移动到加湿器端口部件110时，在由冷凝物收集部件120所限定的冷凝物收集空间A内收集冷凝物，从而防止冷凝物累积在加湿器壳体20内。
图4是示出根据本公开中的第二实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集部件的视图。
如图4所示，冷凝物收集部件120可以倾斜，使得冷凝物收集空间A的区域从冷凝物收集部件120的底部向上逐渐增大。
即，冷凝物收集部件120被耦接至加湿器端口部件110的上部分，同时具有梯形的横截面，因此，在连接软管部件100的内周表面与冷凝物收集部件120的外周表面之间的距离从冷凝物收集部件120的底部向上逐渐增大。因此，冷凝物收集空间A的区域可以增大。
因此，与第一实施方式的冷凝物收集空间A相比，根据第二实施方式，可以在冷凝物收集空间A内收集更大量的冷凝物，从而更有效地防止冷凝物累积在加湿器壳体20内。
图5是示出根据本公开中的第三实施方式的用于燃料电池的加湿器的加湿器端口部件的视图。
如图5所示，加湿器端口部件110具有形成在其内周表面上并且在其纵向上彼此隔开的多个挡住构件112。
每个挡住构件112在加湿器端口部件110中的一侧以及另一侧具有不同的偏转，并且具有预定的长度。在某个实施方式中，一些挡住构件112形成在加湿器端口部件110上，以和与其相邻的一些挡住构件112相交。
如果由于给其供应的干空气的量增大，所以将累积在加湿器壳体20内的冷凝物暂时地供应给燃料电池组10，则加湿器端口部件110可以使用挡住构件112挡住冷凝物，使得供应给燃料电池组10的冷凝物分散。
图6是示出根据本公开中的第四实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集部件的视图。
如图6所示，冷凝物收集部件120可以在其上部分的外周表面上具有穿过其中所形成的多个排出孔H。
因此，在冷凝物收集空间A内，当冷凝物被收集到某个高度或更大的高度时，冷凝物收集部件120可以从冷凝物收集空间A中略微排出冷凝物。
即，在冷凝物收集空间A装有冷凝物的状态中，当在冷凝物收集空间A中连续收集冷凝物时，大量冷凝物可沿着加湿器端口部件110的壁部表面突然全部移动到加湿器壳体20，而累积在加湿器壳体20内。
为了解决这种问题，在冷凝物收集部件120内在预定的高度形成彼此隔开的多个排出孔H，使得可以通过这些排出孔H排出在冷凝物收集空间A收集的冷凝物。
图7是示出根据本公开中的第五实施方式的用于燃料电池的加湿器的冷凝物收集空间的视图。
如图7所示，传热构件130可以形成在冷凝物收集空间A内的连接软管部件100的内周表面上。
在此，传热构件130具有多个孔。在某个实施方式中，传热构件130由金属泡沫或金属网制成，其为具有诸如重量轻、能量吸收能力、隔热以及耐火等性能的金属。
传热构件130可以安装在冷凝物收集空间A内的连接软管部件100的内周表面上，以便使在冷凝物收集空间A内收集的冷凝物蒸发。
传热构件130可以耦接至在冷凝物收集空间A内的连接软管部件100的内周表面和冷凝物收集部件120的外周表面中的每个。在某个实施方式中，传热构件130可以选择性地耦接至连接软管部件100的内周表面或冷凝物收集部件120的外周表面。
图8是示出在根据本公开中的第六实施方式的用于燃料电池的加湿器中的连接软管部件与加湿器端口部件之间的连接的视图。
如图8所示，根据第六实施方式的用于燃料电池的加湿器包括加湿器端口部件200和连接软管部件210。
加湿器端口部件200连接至加湿器壳体20的空气出口20a。由于加湿器端口部件200与在以上实施方式中描述的加湿器端口部件相似，所以省略其详细描述。
连接软管部件210被耦接至加湿器端口部件200的外周表面，并且将加湿器端口部件200连接至燃料电池组10的空气进口。
连接软管部件210具有弯曲端部，使得在连接软管部件210的弯曲端部的内周表面与加湿器端口部件200的外周表面之间限定冷凝物收集空间A。
连接软管部件210的弯曲端部具有“L”形状，使得如图8所示，在连接软管部件210的横截面中查看时，每个弯曲端部朝向彼此。可以根据在连接软管部件210与加湿器端口部件200之间的耦接位置，调整冷凝物收集空间A的区域。
同样，根据第六实施方式的用于燃料电池的加湿器限定冷凝物收集空间A，在该空间内，通过改变连接软管部件210的弯曲端部的形状，而不是包括如上所述的单独的冷凝物收集部件，来收集冷凝物。因此，可以简化用于收集冷凝物的结构。
图9是示意性示出根据本公开中的第七实施方式的用于燃料电池的加湿器的视图。图10是示意性示出根据本公开中的第八实施方式的用于燃料电池的加湿器的视图。
如图9所示，根据第七实施方式的用于燃料电池的加湿器包括连接软管部件300、加湿器端口部件310以及传热构件320。
由于连接软管部件300和加湿器端口部件310与在以上实施方式中描述的连接软管部件和加湿器端口部件相似，所以省略其详细描述。
传热构件320被耦接至加湿器端口部件310的内周表面，并且使沿着加湿器端口部件310的内周表面移动的冷凝物蒸发。
传热构件320具有多个孔。在某个实施方式中，传热构件320由金属泡沫或金属网制成，其为具有诸如重量轻、能量吸收能力、隔热以及耐火等性能的金属。
传热构件320可以耦接至加湿器端口部件310的内周表面。可替换地，传热构件320可以耦接至连接软管部件300的内周表面，如图10所示。
然而，传热构件320的耦接位置是一个实例，并且传热构件320可以耦接至连接软管部件300的内周表面和加湿器端口部件310的内周表面中的每个，以便通过传热使冷凝物有效地蒸发。
根据本公开，可以在加湿器端口与连接软管之间限定冷凝物收集空间，使得当空气由加湿器加湿并且供应给燃料电池组时，在冷凝物收集空间内收集因在加湿的空气与外部空气之间的温度差而生成的冷凝物。
此外，由于防止冷凝物在加湿器中累积，所以可以防止在加湿器中的加湿膜因累积的冷凝物在冬季冻结时造成的体积膨胀而被损坏。
已经参照本发明的示例性实施方式对本发明进行了详细描述。然而，本领域的技术人员将理解的是，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施方式中进行变化，在所附权利要求及其等同物内限定本发明的范围。

Claims (11)

1.一种用于燃料电池的加湿器，包括：
连接软管部件，连接至燃料电池组的空气进口；
加湿器端口部件，耦接至所述连接软管部件的内周表面，所述加湿器端口部件将所述连接软管部件连接至加湿器壳体的空气出口；以及
冷凝物收集部件，耦接至所述加湿器端口部件的上部分，使得在所述冷凝物收集部件的外周表面与所述连接软管部件的内周表面之间限定冷凝物收集空间。
2.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述冷凝物收集部件具有与所述加湿器端口部件相同的内直径，并且具有圆柱形形状，其中，所述冷凝物收集部件的上部分和下部分具有相同的直径。
3.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述冷凝物收集部件是倾斜的，使得所述冷凝物收集空间的区域从所述冷凝物收集部件的底部向上逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述加湿器端口部件具有形成在所述加湿器端口部件的内周表面上的挡住构件。
5.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述冷凝物收集部件具有穿过所述冷凝物收集部件而形成的排出孔。
6.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述冷凝物收集空间具有形成在所述连接软管部件的内周表面上的传热构件。
7.根据权利要求1所述的加湿器，其中，通过在所述连接软管部件的外周表面上进行夹紧，所述连接软管部件被连接至所述加湿器端口部件。
8.一种用于燃料电池的加湿器，包括：
加湿器端口部件，连接至加湿器壳体的空气出口；以及
连接软管部件，所述连接软管部件耦接至所述加湿器端口部件的外周表面，将所述加湿器端口部件连接至燃料电池组的空气进口，并且具有弯曲端部，从而使得在所述连接软管部件的内周表面与所述加湿器端口部件的外周表面之间限定冷凝物收集空间。
9.一种用于燃料电池的加湿器，包括：
连接软管部件，连接至燃料电池组的空气进口；
加湿器端口部件，耦接至所述连接软管部件的内周表面，所述加湿器端口部件将所述连接软管部件连接至加湿器壳体的空气出口；以及
传热构件，耦接至所述加湿器端口部件的内周表面，以使沿着所述加湿器端口部件的内周表面移动的冷凝物蒸发。
10.根据权利要求9所述的加湿器，其中，所述传热构件耦接至所述连接软管部件的内周表面和所述加湿器端口部件的内周表面中的每个。
11.根据权利要求9所述的加湿器，其中，所述传热构件选择性地耦接至所述连接软管部件或所述加湿器端口部件。
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