CN109935854B - 一种加湿器、燃料电池和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种加湿器，所述加湿器包括壳体、位于所述壳体内部的换热组件和增湿组件，所述壳体设置有进气口和排气口，所述换热组件靠近所述进气口设置，以使所述干热空气经所述进气口进入所述换热组件内冷却以形成干冷空气，所述增湿组件靠近所述排气口设置，且与所述换热组件导通，以使所述干冷空气进入所述增湿组件内加湿以形成湿冷空气，所述湿冷空气经所述排气口排出所述壳体外。本申请通过将换热组件和增湿组件相互导通并设置于同一壳体内部，集成化程度高，使得加湿器无需通过再外接换热组件的设置方式，即可实现对干热空气进行高效率地加湿。

Description

一种加湿器、燃料电池和车辆

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，尤其涉及一种加湿器、燃料电池和车辆。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的化学装置，该装置主要利用氢－氧燃料电池反应原理(电解水的逆过程)以实现连续地发电，在该过程中，高湿度的空气可增加反应速率，提升电堆性能。但由于前级空压机出来的空气温度较高，因此，在现有技术中，不得不采用“外接中冷器”的方法对其进行降温处理，由于中冷器采用外接的方式与加湿器连接，不仅增加了该燃料电池的体积，还增加了燃料电池的结构复杂性，甚至阻碍空气的流通。

发明内容

一方面，本申请实施例提供一种加湿器，所述加湿器包括壳体、位于所述壳体内部的换热组件和增湿组件，所述壳体设置有进气口和排气口，所述换热组件靠近所述进气口设置，以使所述干热空气经所述进气口进入所述换热组件内冷却以形成干冷空气，所述增湿组件靠近所述排气口设置，且与所述换热组件导通，以使所述干冷空气进入所述增湿组件内加湿以形成湿冷空气，所述湿冷空气经所述排气口排出所述壳体外。

其中，所述壳体还设有进水口和出水口，当冷却水由所述进水口进入所述壳体内部并经所述出水口排出所述壳体外的过程中，所述冷却水用于冷却所述换热组件内的干热空气和加湿所述增湿组件内的干冷空气。

其中，所述增湿组件相对所述换热组件较为靠近所述进水口设置，以使所述冷却水流动的过程中先流经所述增湿组件以加湿所述增湿组件内的干冷空气后，再流经所述换热组件冷却所述换热组件内的干热空气。

其中，所述换热组件和所述增湿组件上开设有至少一个凹部，所述凹部用于容置所述冷却水。

其中，所述加湿器还包括设置于所述壳体内部的第一密封件和第二密封件，所述第一密封件密封连接于所述进气口和所述换热组件之间，所述第二密封件密封连接于所述增湿组件和所述排气口之间。

其中，所述加湿器还包括连接件，所述连接件分别导通连接于所述换热组件和所述增湿组件之间，且所述连接件具有腔体，以使所述干冷空气经所述腔体进入所述增湿组件内加湿以形成所述湿冷空气。

其中，所述换热组件包括至少两个沿第一方向间隔设置的换热件，一个所述换热件具有相背设置的第一端和第二端，且所述第一端插接于所述第一密封件上与所述进气口导通连接，所述第二端插接于所述连接件上与所述腔体导通连接。

其中，所述增湿组件包括至少两个沿第一方向间隔设置的增湿件，一个所述增湿件包括相背设置的第三端和第四端，且所述第三端插接于所述连接件上与所述腔体导通连接，所述第四端插接于所述第二密封件上与所述排气口导通连接。

另一方面，本申请还提供一种燃料电池，所述燃料电池包括上述加湿器。

再一方面，本申请还提供一种车辆，所述车辆包括上述燃料电池。

本申请实施例提供加湿器通过将所述换热组件和所述增湿组件相互导通且设置于同一壳体内部，集成化程度高，使得加湿器无需通过再外接换热组件的设置方式，即可实现对干热空气进行高效率地加湿。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种车辆和燃料电池的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的加湿器的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的加湿器的结构示意图。

图4是本申请实施例提供的翅片结构的换热件的结构示意图。

图5是本申请实施例提供的板型结构的换热件的结构示意图。

图6是本申请实施例提供的换热件与增湿件直接连接的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参见图1和图2，本申请提供一种车辆100，所述车辆100包括燃料电池1，该燃料电池1包括加湿器11，所述加湿器11包括壳体111、位于所述壳体111内部的换热组件112和增湿组件113，所述壳体111设置有进气口1111和排气口1112，所述换热组件112靠近所述进气口1111设置，以使所述干热空气经所述进气口1111进入所述换热组件112内冷却以形成干冷空气，所述增湿组件113靠近所述排气口1112设置，且与所述换热组件112导通，以使所述干冷空气进入所述增湿组件113内加湿以形成湿冷空气，所述湿冷空气经所述排气口1112排出所述壳体外。

当所述干热空气经所述进气口1111进入加湿器11中，所述干热空气在所述换热组件112内冷却以形成所述干冷空气，由于所述换热组件112和所述增湿组件113导通连接，所述干冷空气在所述换热组件112内冷却后可进入所述增湿组件113内加湿形成湿冷空气，该湿冷空气可经所述排气口1112排出所述加湿器11外，进入所述燃料电池1的反应堆中作为反应介质，以增加所述反应堆的反应速率。

在本申请中，通过将所述换热组件112和所述增湿组件113相互导通并设置于同一壳体111内部，使得干热空气经所述换热组件112冷却后可进入所述增湿组件113以进行加湿处理生成湿冷空气，即加湿器11中换热组件112和增湿组件113的设置方式提高了加湿器11的集成化程度，优化了所述加湿器11的结构，使得加湿器11无需再通过外接换热组件112的设置方式，即可实现对干热空气进行高效率地加湿。

请参见图2，所述壳体111的形状大致为圆柱形，材质可以是聚丙烯塑料，且所述壳体111的两端分别开设有进气口1111和排气口1112，其中，所述进气口1111设置于所述壳体111上靠近所述换热组件112的一端，且所述进气口1111直接与风压机导通连接，以使所述风压机排出的干热空气经所述进气口1111进入所述换热组件112内冷却，所述排气口1112设置于所述壳体111上靠近所述增湿组件113的一端，以使所述干冷空气在所述增湿组件113内加湿后经所述排气口1112排出所述壳体111外。

请参见图3，所述壳体111还设有进水口1113和出水口1114，当冷却水由所述进水口1113进入所述壳体111内部并经所述出水口1114排出所述壳体111外的过程中，所述冷却水用于冷却所述换热组件112内的干热空气和加湿所述增湿组件113内的干冷空气。具体的，所述进水口1113和所述出水口1114上可以设置有控制阀，用以控制冷却水的流速，使得所述冷却水能够以一定流速进入所述壳体111内部分别冷却所述换热组件112内部干热空气和加湿所述增湿组件113内的干冷空气后经所述出水口1114排出所述壳体111外。本实施例通过在壳体111上设置一个进水口和一个出水口，使得容置于同一壳体111内部换热组件112和增湿组件113可共用同一股水流，即可同时完成冷却和加湿操作，大大节省了干热空气的加湿成本；并且，本实施例通过在进水口1113和出水口1114上设置控制阀控制冷却水的流速，使得该加湿器11能够在大功率条件下使用，增加了干热空气的加湿效率，并使得整个加湿过程更加易调可控。

其中，所述进水口1113和所述出水口1114的设置位置包括但不限于以下实施例：

一实施例中，请参见图3，所述增湿组件113相对所述换热组件114较为靠近所述进水口1113设置，以使所述冷却水流动的过程中先流经所述增湿组件113以加湿所述增湿组件113内的干冷空气后，再流经所述换热组件112冷却所述换热组件112内的干热空气。具体的，所述进水口1113靠近所述增湿组件113设置，并靠近所述增湿组件113上邻近所述排气口1112的一端设置，所述出水口1114靠近所述换热组件112设置，并靠近所述换热组件112上邻近所述进气口1111的一端设置，以使冷却水先流经所述增湿组件113加湿所述增湿组件113内的干冷空气后，再流经所述换热组件112冷却所述换热组件112内的干热空气。当然，在其他实施例中，所述进水口1113也可以靠近所述换热组件112设置，所述出水口1114也可以靠近所述增湿组件113设置。

在本实施例中，所述进水口1113和所述出水口1114的设置方式以及设置位置，使得该冷却水能够先流经所述增湿组件113以加湿干冷空气后再流经所述换热组件112冷却干热空气，在此过程中，由于进水口1113和出水口1114分别靠近所述排气口1112和进气口1111一端设置，使得冷却水能够最大限度地流经增湿组件113和换热组件112，减少冷却水流经的盲区。并且，在加湿过程中，由于冷却水的温度并未增加，根据传热原理，使得该冷却水能够最大限度地降低所述干热空气的温度以形成干冷空气，换言之，即增加了所述加湿器11的加湿效率。

可以理解的，请参见图3，所述加湿器11还包括设置于所述壳体111内部的第一密封件114和第二密封件115，所述第一密封件114设置于所述进气口1111和所述换热组件112之间；所述第二密封件115设置于所述增湿组件113和所述排气口1112之间。具体的，所述第一密封件114和所述第二密封件115的材质可以是硅胶材质，形状大致为圆饼形状，且所述第一密封件114和所述第二密封件115通过粘结剂粘结固定于所述壳体111的内周面上，可以理解的是，所述第一密封件114和所述第二密封件115的尺寸与所述壳体111的尺寸相匹配。进一步的，所述第一密封件114设置于所述进气口1111和所述换热组件112之间，且所述第一密封件114上沿第一方向X开设有至少一个第一孔1141，以使所述换热组件112能够插接于所述第一孔1141上与所述进气口1111导通连接，进而使得所述干热空气经所述进气口1111进入所述换热组件112内冷却形成干冷空气，可以理解的是，所述第一密封件114与所述进气口1111之间存在着一定预设距离；同样地，所述第二密封件115设置于所述增湿组件113和所述排气口1112之间，且所述第二密封件115上沿所述第一方向X开设有至少一个第二孔1151，以使所述增湿组件112能够插接于所述第二孔1151上与所述排气口1112导通连接，进而使得所述湿冷空气经所述排气口1112排出所述壳体111外，可以理解的是，所述第二密封件115和所述排气口1112之间存在一定预设距离。换言之，所述第一密封件114和第二密封件115的设置将所述壳体111的内部划分为进气部、冷却加湿部以及排气部，其中，所述换热组件112和增湿组件113以及进水口1113和出水口1114设置于所述冷却加湿部，所述进气口1111位于进气部，所述排气口1112位于所述排气部。其中，所述第一方向x为所述壳体111的长度延伸方向。

本实施例通过在壳体111内部设置第一密封件114和第二密封件115，以使所述换热组件112和所述增湿组件113分别固定与第一密封件114和第二密封件115上与所述进气口1111和所述出气口1112导通连接，避免了所述干热空气和湿冷空气扩散至所述换热组件112和增湿组件113的外部，降低所述加湿器11的加湿效率，同时也防止了加湿换热部内的冷却水经所述进气口1111进入所述风压机中所产生的安全隐患。此外，本实施例中，预设距离的设置，可防止由于风压机的压力作用，使得干热空气直接快速进入所述换热组件112和所述增湿组件113内，减少干热空气的冷却时间和干冷空气的加湿时间，从而降低干热空气的转换效率，甚至损坏所述换热组件112和所述增湿组件113等负面问题。

可以理解的，请参见图3，所述换热组件112包括至少两个沿垂直于所述第一方向X间隔设置的换热件1121，一个所述换热件1121具有相背设置的第一端1121a和第二端1121b，且所述第一端1121a插接于所述第一密封件114上与所述进气口1111导通连接，所述第二端1121b插接于所述连接件116上与所述腔体1161导通连接。具体的，所述换热件1121的材质可以是金属材质，且所述换热件1121包括相对设置的第一端1121a和第二端1121b。其中，所述第一端1121a插接于所述第一密封件114上的第一孔1141上与所述进气口1111导通连接，以使所述干热空气经所述进气口1111进入所述换热件1121内冷却形成干冷空气。所述换热件1121的第二端1121b与所述增湿组件113导通连接，以使所述干冷空气进入增湿组件113进行加湿处理以形成湿冷空气。

可以理解的，所述换热组件112上开设有至少一个凹部，所述凹部用于容置所述冷却水，以使冷却水流经所述换热组件112外部时，能够容置于所述凹部内，增加所述换热件1121内干热空气与冷却水的换热面积，进而增加整个加湿器11的加湿效率。

本实施例通过将换热件1121的第二端1121b与所述增湿组件113导通连接，并将换热组件112和增湿组件113设置于同一壳体111内部，使得干热空气可经所述换热组件112冷却后直接进入所述增湿组件113内以进行加湿处理生成湿冷空气，即加湿器11中换热组件112和增湿组件113的设置方式提高了湿冷空气的转换效率，并且，增加了该加湿器11的集成化程度，优化了加湿器11的结构，使得加湿器11无需通过再外接换热组件112的设置方式，即可实现对干热空气进行高效率地加湿。

可以理解的，换热件的结构包括但不限于以下实施例：

一实施例中，请参见图3，所述换热件1121为圆管，且所述圆管的周面上设置至少一个凹部，所述圆管型的换热件1121第一端1121a插接于所述第一密封件114的第一孔1141上，以与所述进气口1111导通，第二端1121b与所述增湿组件113导通连接，以使所述干冷空气进入所述增湿组件113以进行增湿处理形成湿冷空气。

另一实施例中，请参见图4，所述换热件1121的形状大致为翅片型，所述翅片型的换热件1121第一端1121a插接于所述第一密封件114的第一孔1141上，以与所述进气口1111导通，第二端1121b与所述增湿组件113导通连接，以使所述干冷空气进入所述增湿组件113以进行增湿处理形成湿冷空气。

再一实施例中，请参见图5，所述换热件1121大致为板型结构，且该板型结构的换热件1121的两个端面上分别有相对且错开设置的第一端1121a和第二端1121b，所述第一端1121a通过圆管插接于所述第一密封件114中与进气口1111导通，以使干热空气经第一端1121a进入所述换热件1121中以进行冷却处理，再经所述第二端1121b排出所述换热件1121外，所述第二端1121b通过圆管与所述增湿组件113或另一换热件1121的第一端1121a导通，以使所述干冷空气经所述换热件1121进入所述增湿组件113内或另一换热件1121内以进行加湿或进行进一步冷却处理。

可以理解的，所述增湿组件113包括至少两个沿垂直于第一方向x间隔设置的增湿件1131，一个所述增湿件1131包括相背设置的第三端1131a和第四端1131b，且所述第三端1131a插接于所述连接件116上与所述腔体1161导通连接，所述第四端1131b插接于所述第二密封件115上与所述排气口1112导通连接。具体的，所述增湿件1131可以为由Nafion磺酸膜构成的管状结构，该圆管的周面上开设有至少一个凹部。当然，在其他实施例中，所述增湿件1131也可以为翅片式、板状结构。所述增湿件1131的第四端1131b插接于所述第二密封件115的第二孔1151中与所述排气口1112导通连接，以使所述湿冷空气经所述排气口1112排出所述壳体111外，所述增湿件1131的第三端1131a与所述换热件1121导通连接，以使所述干冷空气进入所述增湿件1131内以进行加湿处理。

所述增湿件1131与所述换热件1121的导通连接方式包括但不限于以下实施例：

一实施例中，如图6，所述换热件1121的第二端1121b与所述增湿件1131的第三端1131a通过硅胶密封直接连接，以使所述干热空气经所述换热件1121冷却后直接进入所述增湿件1131进行加湿以形成所述湿冷空气。

另一实施例中，如图3，所述加湿器11还包括连接件116，所述连接件116分别导通连接于所述换热组件112和所述增湿组件113之间，且所述连接件116具有腔体1161，以使所述干冷空气经所述腔体1161进入所述增湿组件113内加湿以形成所述湿冷空气。具体的，该连接件116大致为内部开有一腔体1161的圆柱形，材质可以为硅胶材质，且所述连接件116靠近所述进气口1111的一端沿所述第一方向X开设有至少一个第三孔1162，以使所述换热件1121的第二端1121b插接于所述第三孔1162上与所述腔体1161导通，且所述连接件116靠近所述排气口1111的一端沿所述第一方向X开设有至少一个第四孔1163，以使所述增湿件1131的第三端1131a插接于所述连接件116的第四孔1163上与所述腔体1161导通连接。可以理解的，所述连接件116的尺寸小于所述壳体111的尺寸，以使冷却水能够经所述进水口1113流经冷却加湿部分别加湿所述增湿组件113内的干冷空气和冷却所述换热组件112内的干热空气后经所述出水口1114排出所述壳体111外。

在本实施例中，通过在所述换热件1121和所述加湿件1131之间设置连接件116，并使得该连接件116分别与所述换热件1121和增湿件1131导通连接，使得该干冷空气经所述换热件1121进入所述腔体1161内，能够在腔体1161内部停留一段时间进行二次冷却后再扩散至所述增湿件1131中，并且，所述连接件116中腔体1161的设置还可避免因风压作用，干冷空气的扩散速度增加，减少干冷空气在所述增湿组件113内的加湿时间，进而降低所述加湿器11的加湿效率，甚至损坏增湿件113等负面问题。

所述加湿器11的工作原理为：当开启所述风压机前，操作人员可向壳体111内加入冷却水进行预冷处理，该冷却水经所述进水口1113依次流经所述增湿组件113和所述换热组件112，用以分别加湿所述增湿组件113内的干冷空气和冷却所述换热组件112内的干热空气，开启所述风压机，此时，干热空气可经所述进气口1111进入所述换热件1121内，由于该换热件1121为金属材质，且冷却水的温度低于所述干热空气的温度，使得干热空气和冷却水之间能够发生传热，从而降低干热空气的温度至干冷空气，由于风压机的压力作用，且所述换热件1121的第二端1121b与所述连接件116的腔体1161通过圆孔导通连接，使得冷却后的干冷空气能够扩散至所述连接件116的腔体1161内在腔体1161内部发生二次冷却，并且，所述腔体1161还与所述增湿件1131的第三端导通1131a连接，即该干冷空气可进一步经所述腔体1161进入所述增湿件1131中以进行加湿处理以形成湿冷空气，该湿冷空气可经所述排气口1112排出所述加湿器11外，以进行下一步操作。

本申请提供的加湿器11通过将所述换热组件112和所述增湿组件113相互导通并设置于同一壳体111内部，使得干热空气可经所述换热组件112冷却后直接进入所述增湿组件113以进行加湿处理生成湿冷空气，即加湿器11中换热组件112和增湿组件113的设置方式提高了湿冷空气的转换效率，并提高了该加湿器11的集成化程度，使得加湿器11无需通过再外接换热组件112的设置方式，即可实现对干热空气进行高效率地加湿。此外，本实施例将所述进水口1113靠近所述增湿组件113设置，将所述出水口1114靠近所述换热组件112设置，使得冷却水先流经所述增湿组件113加湿干冷空气，再流经所述换热组件112冷却所述干热空气，一方面，在此过程中，通过在壳体111上设置一个进水口1113和一个出水口1114，使得容置于同一壳体111内部换热组件112和增湿组件113可共用同一股水流，即可同时完成冷却和加湿操作，大大节省了干热空气的加湿成本；另一方面，由于干冷空气的加湿处理并未增加冷却水的温度，根据传热原理，使得该冷却水能够最大限度地降低所述干热空气的温度以形成干冷空气，换言之，即进一步增加了该加湿器11的加湿效率。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种加湿器，其特征在于，所述加湿器包括壳体、位于所述壳体内部的换热组件和增湿组件，所述壳体设置有进气口和排气口，所述换热组件靠近所述进气口设置，以使干热空气经所述进气口进入所述换热组件内冷却以形成干冷空气，所述增湿组件靠近所述排气口设置，且与所述换热组件导通，以使所述干冷空气进入所述增湿组件内加湿以形成湿冷空气，所述湿冷空气经所述排气口排出所述壳体外；所述加湿器还包括连接件，所述连接件分别导通连接于所述换热组件和所述增湿组件之间，且所述连接件具有腔体，以使所述干冷空气经所述腔体进入所述增湿组件内加湿以形成所述湿冷空气。

2.根据权利要求1所述的加湿器，其特征在于，所述壳体还设有进水口和出水口，当冷却水由所述进水口进入所述壳体内部并经所述出水口排出所述壳体外的过程中，所述冷却水用于冷却所述换热组件内的干热空气和加湿所述增湿组件内的干冷空气。

3.根据权利要求2所述的加湿器，其特征在于，所述增湿组件相对所述换热组件较为靠近所述进水口设置，以使所述冷却水流动的过程中先流经所述增湿组件以加湿所述增湿组件内的干冷空气后，再流经所述换热组件冷却所述换热组件内的干热空气。

4.根据权利要求1至3任意一项所述加湿器，其特征在于，所述换热组件和所述增湿组件上开设有至少一个凹部，所述凹部用于容置所述冷却水。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的加湿器，其特征在于，所述加湿器还包括设置于所述壳体内部的第一密封件和第二密封件，所述第一密封件密封连接于所述进气口和所述换热组件之间,所述第二密封件密封连接于所述增湿组件和所述排气口之间。

6.根据权利要求5所述的加湿器，其特征在于，所述换热组件包括至少两个沿第一方向间隔设置的换热件，一个所述换热件具有相背设置的第一端和第二端，且所述第一端插接于所述第一密封件上与所述进气口导通连接，所述第二端插接于所述连接件上与所述腔体导通连接。

7.根据权利要求6所述的加湿器，其特征在于，所述增湿组件包括至少两个沿第一方向间隔设置的增湿件，一个所述增湿件包括相背设置的第三端和第四端，且所述第三端插接于所述连接件上与所述腔体导通连接，所述第四端插接于所述第二密封件上与所述排气口导通连接。

8.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括如权利要求1至7任意一项所述的加湿器。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求8所述的燃料电池。