CN110571454B - 一种防止加湿气体冷凝的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种防止加湿气体冷凝的系统，所述系统包括：容纳有干气体的第一容器，所述第一容器通过第一管路与燃料电池反应气体接口连通；所述系统还包括设置有加湿罐的第二管路，所述第二管路的一端与所述第一容器连接，所述第二管路的另一端接入所述第一管路中；所述加湿罐，用于对干气体加湿得到湿气体，将所述湿气体通过所述第二管路传输至所述第一管路中与干气体混合得到混合气体；所述系统还包括加热器件，用于对所述第一管路和所述第二管路加热，使所述第一管路中的干气体和所述第二管路中的湿气体具有相同的温度。

Description

一种防止加湿气体冷凝的系统
技术领域
本发明涉及电池加湿领域，尤其涉及一种防止加湿气体冷凝的系统。
背景技术
燃料电池的核心部件质子交换膜对反应气体湿度敏感，在燃料电池测试过程中，需要对反应气体进行加湿，并且要求加湿程度可控。现有的测试设备中，虽然具备对反应气体进行加湿的功能，但是普遍存在加湿控制精度不高，特别是经过加湿后的反应气体，在流入燃料电池之前还需流过一段管路，此过程中极易发生冷凝和温度不均现象。针对该问题，目前尚无有效解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种防止加湿气体冷凝的系统。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种防止加湿气体冷凝的系统，容纳有干气体的第一容器，所述第一容器通过第一管路与燃料电池反应气体接口连通；
所述系统还包括设置有加湿罐的第二管路，所述第二管路的一端与所述第一容器连接，所述第二管路的另一端接入所述第一管路中；所述加湿罐，用于对干气体加湿得到湿气体，将所述湿气体通过所述第二管路传输至所述第一管路中与干气体混合得到混合气体；
所述系统还包括加热器件，用于对所述第一管路和所述第二管路加热，使所述第一管路中的干气体和所述第二管路中的湿气体具有相同的温度。
在上述方案中，所述加热器件包括：设置在环形管路上的加热罐、第一换热器和第二换热器；所述第一管路的第一位置设置于所述第一换热器内；所述第二管路的第二位置设置于所述第二换热器内；
所述加热罐，用于加热所述环形管路中的水，使所述环形管路中流动的水分别经所述第一换热器与所述第一管路中的干气体进行热交换，经所述第二换热器与所述第二管路中的湿气体进行热交换。
在上述方案中，所述环形管路上还设置有动力器件，用于控制所述环形管路中的水循环流动。
在上述方案中，所述第一管路在所述第一位置与所述燃料电池反应气体接口之间设置有保温层；所述第二管路在所述第二位置与所述第二管路接入所述第一管路的接入点之间设置有保温层。
在上述方案中，所述第二管路在所述加湿罐与所述第二位置之间设置有保温层。
在上述方案中，所述系统还包括冷却管路以及设置在所述冷却管路上的第三换热器；所述环形管路的第三位置设置于所述第三换热器内；所述冷却管路的一端与冷冻水源接口连接。
在上述方案中，所述冷却管路上设置有开关；
所述系统还包括控制器，所述控制器分别与所述加热罐和所述开关电连接，用于控制所述加热罐开启加热或停止加热，以及控制所述开关处于连通状态或关闭状态；其中，在所述加热罐开启加热时，所述开关处于关闭状态；在所述开关处于连通状态时，控制所述加热罐停止加热。
在上述方案中，所述冷却管路设置有冷却水的回水接口，用于将在所述第三换热器中进行热交换后的水的热量带走。
在上述方案中，所述第一管路上设置有第一流量控制器，所述第一流量控制器设置在所述第一容器与所述第二管路与所述第一管路的接入点之间的第一管路上；所述第一容器与所述加湿罐之间的第二管路上设置有第二流量控制器；
所述第一流量控制器，用于控制通过所述第一管路输入至所述燃料电池反应气体接口的干气体的第一容量；
所述第二流量控制器，用于控制通过所述第二管路输入至所述加湿罐内的干气体的第二容量。
在上述方案中，所述系统还包括分别与所述第一流量控制器和所述第二流量控制器电连接的控制器，用于向所述第一流量控制器发送第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一流量控制器，以控制所述第一容器输入至所述燃料电池反应气体接口的干气体的第一容量；还用于向所述第二流量控制器发送第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二流量控制器，以控制所述第一容器输入至所述加湿罐的干气体的第二容量。
本发明实施例提供的防止加湿气体冷凝的系统，其中，所述系统包括：容纳有干气体的第一容器，所述第一容器通过第一管路与燃料电池反应气体接口连通；所述系统还包括设置有加湿罐的第二管路，所述第二管路的一端与所述第一容器连接，所述第二管路的另一端接入所述第一管路中；所述加湿罐，用于对干气体加湿得到湿气体，将所述湿气体通过所述第二管路传输至所述第一管路中与干气体混合得到混合气体；所述系统还包括加热器件，用于对所述第一管路和所述第二管路加热，使所述第一管路中的干气体和所述第二管路中的湿气体具有相同的温度。采用本发明实施例的技术方案，通过加热器件对所述第一管路和所述第二管路加热，使所述第一管路中的干气体和所述第二管路中的湿气体具有相同的温度，避免了所述第一管路中的干气体和所述第二管路中的湿气体由于温度不均(温度不相同)而发生冷凝的现象，大幅提高了加湿系统的控制精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种防止加湿气体冷凝的系统的组成结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种防止加湿气体冷凝的系统的又一组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例提供一种防止加湿气体冷凝的系统，图1为本发明实施例提供的一种防止加湿气体冷凝的系统的组成结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种防止加湿气体冷凝的系统的又一组成结构示意图；下面结合图1和图2进行说明。所述系统10包括：容纳有干气体的第一容器101，所述第一容器101通过第一管路11与燃料电池反应气体接口连通；
所述系统10还包括设置有加湿罐的第二管路12，所述第二管路12的一端与所述第一容器101连接，所述第二管路12的另一端接入所述第一管路11中；所述加湿罐，用于对干气体加湿得到湿气体，将所述湿气体通过所述第二管路12传输至所述第一管路11中与干气体混合得到混合气体；
所述系统10还包括加热器件102，用于对所述第一管路11和所述第二管路12加热，使所述第一管路11中的干气体和所述第二管路12中的湿气体具有相同的温度。
需要说明的是，容纳有干气体的第一容器101，该第一容器101可以是储存气体的任意容器，在此不做限定，作为一种示例，第一容器101可以为气罐、气瓶等。
所述加湿罐中可以容纳有预设容量的水，该预设容量的水可以根据实际情况进行设置，在此不做限定。作为一种示例，该预设容量的水可以是加湿罐正常工作需要的水量，所述加湿罐正常工作需要的水量可以为加湿罐一半体积的水量或加湿罐一半高度的水量。
所述第二管路12的另一端接入所述第一管路11中，形成所述第二管路12接入所述第一管路11的接入点。
所述加热器件102可以为任意的加热器件，在此不做限定。所述加热器件102可以对所述第一管路11和所述第二管路12加热，使所述第一管路11中的干气体和所述第二管路12中的湿气体具有相同的温度。
在本发明的一种可选实施例中，所述加热器件102包括：设置在环形管路13上的加热罐1021、第一换热器1022和第二换热器1023；所述第一管路11的第一位置设置于所述第一换热器1022内；所述第二管路12的第二位置设置于所述第二换热器1023内；
所述加热罐1021，用于加热所述环形管路13中的水，使所述环形管路中流动的水分别经所述第一换热器1022与所述第一管路11中的干气体进行热交换，经所述第二换热器1023与所述第二管路12中的湿气体进行热交换。
本实施例中，所述环形管路13中可以预先装满水，所述环形管路13中的水可以流动。所述加热罐1021可以为加热管或加热电阻等。
所述第一管路11的第一位置设置于所述第一换热器1022内；所述第二管路12的第二位置设置于所述第二换热器1023内；其中，所述第一位置为第一容器101和所述第二管路12接入所述第一管路11的接入点之间连接的第一管路11上的某个位置；所述第二位置为加湿罐和所述第二管路12接入所述第一管路11的接入点之间连接的第二管路12上的某个位置。该第一位置的第一管路11设置于所述第一换热器1022内，该第二位置的第二管路12设置于所述第二换热器1023内。所述第一换热器1022和第二换热器1023可以为任意的换热器，在此不做限定。作为一种示例，所述第一换热器1022和第二换热器1023可以为板式换热器。为了方便理解，可以结合图2进行说明，在图2中，分别示例出了第一换热器1022和第二换热器1023，在第一换热器1022中的管路即为第一位置的第一管路11，在第二换热器1023中的管路即为第二位置的第二管路12。
所述加热罐1021可以预先加热所述环形管路13中的水，使所述环形管路13中的水保持一个恒定的温度，该恒定的温度的可以根据燃料电池反应气体接口处需要的反应气体温度确定。所述环形管路13中恒定温度的水不断循环流动，以使所述环形管路中恒定温度的水分别经所述第一换热器1022与所述第一管路11中的干气体进行热交换，经所述第二换热器1023与所述第二管路12中的湿气体进行热交换，以确保第一管路11中的干气体和第二管路12中的湿气体的温度相同。
在本发明的一种可选实施例中，所述环形管路13上还设置有动力器件103，用于控制所述环形管路13中的水循环流动。
所述动力器件103为输送流体或使流体增压的机械。所述动力器件103可以将自身的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。作为示例，所述动力器件103可以为泵，具体可以为水泵。所述动力器件103可以用于使所述环形管路13中的水循环流动。
在本发明的一种可选实施例中，所述第一管路11在所述第一位置与所述燃料电池反应气体接口之间设置有保温层；所述第二管路12在所述第二位置与所述第二管路12接入所述第一管路11的接入点之间设置有保温层。
在本发明的一种可选实施例中，所述第二管路12在所述加湿罐与所述第二位置之间设置有保温层。
需要说明的是，上述所述管路之所以设置保温层是由于当第一管路11中的干气体和第二管路12中的湿气体的温度相同后，为避免已是相同温度的干气体和湿气体在后续的过程中可能通过管道与环境发生热交换，使它们的温度再次不一致，进而发生冷凝的现象。在图2中，加粗的管线表示设置有保温层。
所述保温层用于对所述保温层对应管路中的气体进行保温，使通过环境降温变得非常缓慢，几乎可以忽略不计。所述保温层可以为在对应管路上设置用保温材料形成的保温层，也可以为在对应管路上缠绕加热带，确保加热带加热的速度与对应管路中的气体散热的速度达到平衡，即所述保温层对应管路中气体的温度保持不变。
在本发明的一种可选实施例中，所述系统还包括冷却管路104以及设置在所述冷却管路104上的第三换热器105；所述环形管路13的第三位置设置于所述第三换热器105内；所述冷却管路的一端与冷冻水源接口连接。
在本实施例中，所述冷却管路104上可以设置有开关106；所述第三换热器105可以为任意的换热器，在此不做限定。作为一种示例，所述第三换热器105可以为板式换热器。
所述系统还可以包括控制器107，所述控制器107分别与所述加热罐1021和所述开关106电连接，用于控制所述加热罐1021开启加热或停止加热，以及控制所述开关106处于连通状态或关闭状态；其中，在所述加热罐1021开启加热时，所述开关106处于关闭状态；在所述开关106处于连通状态时，控制所述加热罐1021停止加热。
需要说明的是，所述第三位置为环形管路13中的某段管路所在的位置。
所述控制器107分别与所述加热罐1021和所述开关106电连接，作为一种示例，可以将控制器107分别与所述加热罐1021和所述开关106通过电缆连接来实现电的连接。在其他实施方式中，所述控制器107也可通过无线连接的方式分别与所述开关106和所述加热罐1021连接。所述控制器107可以分别向所述开关106和所述加热罐1021发送控制信号，基于控制信号控制所述加热罐1021开启加热或停止加热，以及控制所述开关106处于连通状态或关闭状态。在图2中只画出了控制器107与开关106电的连接，没有画出控制器107与加热罐1021的连接。
其中，所述控制器107可以为设备，该设备可以发送信号和接收信号，并能对接收信号中的数据进行相应的处理，在此不做限定。作为一种示例，控制器107可以为电脑、工作站、服务器等电子设备。
在所述加热罐1021开启加热时，所述开关106处于关闭状态主要是针对第一管路11中干气体的温度可能是环境温度，而第二管路12中的干气体经过加湿罐加湿后可能形成具有特定温度的湿气体，该特定温度可能大于环境温度，不同温度的干湿气体混合后易发生冷凝，为避免发生冷凝，可以预先开启加热罐1021加热，使环形管路13中水的温度为燃料电池反应气体接口处需要混合气体的温度，经过加热后的热水在水泵的驱动下，依次经过第一换热器1022和第二换热器1023的一侧，而干气体和湿气体分别流过第一换热器1022和第二换热器1023的另一侧，在第一换热器1022和第二换热器1023中发生热交换，由于发生热交换的水是在同一个回路中，且为相同温度的水，从而使得所述第一管路11中的干气体和所述第二管路12中的湿气体达到相同的温度。
在所述开关106处于连通状态时，控制所述加热罐1021停止加热主要是由于保温层的存在会使保温层对应管道中的气体通过环境自然降温变得非常缓慢，当根据实际需求需要所述第一管路11中的干气体和所述第二管路12中的湿气体降温时，便很难实现。为解决这个问题，便可以控制所述加热罐1021停止加热，所述开关106处于连通状态，使所述冷冻水源接口处的冷冻水进入冷却管路，在所述第三换热器105内一侧有所述环形管路13中的热水，另一侧有冷却管路中的冷冻水，所述冷冻水和热水发生热交换，使所述环形管路13中的热水进行降温，被降温后的水在水泵的驱动下流入第一换热器1022和第二换热器1023，使所述环形管路中流动的水分别经所述第一换热器1022与所述第一管路11中的干气体进行热交换，经所述第二换热器1023与所述第二管路12中的湿气体进行热交换，从而使所述第一管路11中的干气体和所述第二管路12中的湿气体进行快速降温。
在本发明的一种可选实施例中，所述冷却管路104设置有冷却水的回水接口，用于将在所述第三换热器中进行热交换后的水的热量带走。
在本发明的一种可选实施例中，所述第一管路11上设置有第一流量控制器108，所述第一流量控制器108设置在所述第一容器101与所述第二管路12与所述第一管路11的接入点之间的第一管路11上；所述第一容器与所述加湿罐之间的第二管路12上设置有第二流量控制器109；
所述第一流量控制器108，用于控制通过所述第一管路11输入至所述燃料电池反应气体接口的干气体的第一容量；
所述第二流量控制器109，用于控制通过所述第二管路12输入至所述加湿罐内的干气体的第二容量。
需要说明的是，所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109可以按照特定的质量、体积或流量等进行比例控制。所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109的比例值可以根据实际需求进行设置，所述比例值为对应于输出的干气体与所述第一容器101中的干气体的总容量的比例，即所述第一容量和所述第二容量可以为从第一容器101中按照预设比例输出的干气体的气体体积。作为一种示例，所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109可以为气体质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)，该流量控制器可以对质量流量进行控制。
在本发明的一种可选实施例中，所述系统还包括分别与所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109电连接的控制器107，用于向所述第一流量控制器发送第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一流量控制器，以控制所述第一容器输入至所述燃料电池反应气体接口的干气体的第一容量；还用于向所述第二流量控制器发送第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二流量控制器，以控制所述第一容器输入至所述加湿罐的干气体的第二容量。
在本实施例中，控制器107分别与所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109电连接，作为一种示例，可以将控制器107分别与所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109通过电缆连接来实现电的连接。图2中未画出所述控制器107分别与所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109的连接。在其他实施方式中，所述控制器107也可通过无线连接的方式分别与所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109连接，所述控制器107可通过所述无线连接分别向所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109发送第一控制信号和第二控制信号。
其中，所述控制器107可以为设备，该设备可以发送信号和接收信号，并能对接收信号中的数据进行相应的处理，在此不做限定。作为一种示例，所述控制器107可以为电脑、工作站、服务器等电子设备。
作为一种示例，所述第一控制信号和所述第二控制信号可以为电信号，根据实际需求可以提前设置所述第一容器的干气体需要进入接入点处与进入加湿罐的比例，控制器107可以基于该比例信息，分别控制所述第一流量控制器108和所述第二流量控制器109的流出气体的流量，以使所述第一容器101通过所述第一管路11输入至所述燃料电池反应气体接口的干气体的第一容量与所述第一容器101通过所述第二管路12输入至所述加湿罐内的干气体的第二容量。
本发明实施例提供的防止加湿气体冷凝的系统，其中，通过加热器件对所述第一管路11和所述第二管路12加热，使所述第一管路11中的干气体和所述第二管路12中的湿气体具有相同的温度，避免了所述第一管路11中的干气体和所述第二管路12中的湿气体由于温度不均(温度不相同)而发生冷凝的现象，大幅提高了加湿系统的控制精度。
上述本发明实施例揭示的系统中涉及的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成前述方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种防止加湿气体冷凝的系统，所述系统包括：容纳有干气体的第一容器，所述第一容器通过第一管路与燃料电池反应气体接口连通；
所述系统还包括设置有加湿罐的第二管路，所述第二管路的一端与所述第一容器连接，所述第二管路的另一端接入所述第一管路中；所述加湿罐，用于对干气体加湿得到湿气体，将所述湿气体通过所述第二管路传输至所述第一管路中与干气体混合得到混合气体；
所述系统还包括加热器件，用于对所述第一管路和所述第二管路加热，使所述第一管路中的干气体和所述第二管路中的湿气体具有相同的温度；
其中，所述加热器件包括：设置在环形管路上的加热罐、第一换热器和第二换热器；所述第一管路的第一位置设置于所述第一换热器内；所述第二管路的第二位置设置于所述第二换热器内；
所述加热罐，用于加热所述环形管路中的水，使所述环形管路中流动的水分别经所述第一换热器与所述第一管路中的干气体进行热交换，经所述第二换热器与所述第二管路中的湿气体进行热交换。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环形管路上还设置有动力器件，用于控制所述环形管路中的水循环流动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一管路在所述第一位置与所述燃料电池反应气体接口之间设置有保温层；所述第二管路在所述第二位置与所述第二管路接入所述第一管路的接入点之间设置有保温层。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二管路在所述加湿罐与所述第二位置之间设置有保温层。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冷却管路以及设置在所述冷却管路上的第三换热器；所述环形管路的第三位置设置于所述第三换热器内；所述冷却管路的一端与冷冻水源接口连接。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述冷却管路上设置有开关；
所述系统还包括控制器，所述控制器分别与所述加热罐和所述开关电连接，用于控制所述加热罐开启加热或停止加热，以及控制所述开关处于连通状态或关闭状态；其中，在所述加热罐开启加热时，所述开关处于关闭状态；在所述开关处于连通状态时，控制所述加热罐停止加热。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述冷却管路设置有冷却水的回水接口，用于将在所述第三换热器中进行热交换后的水的热量带走。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一管路上设置有第一流量控制器，所述第一流量控制器设置在所述第一容器与所述第二管路与所述第一管路的接入点之间的第一管路上；所述第一容器与所述加湿罐之间的第二管路上设置有第二流量控制器；
所述第一流量控制器，用于控制通过所述第一管路输入至所述燃料电池反应气体接口的干气体的第一容量；
所述第二流量控制器，用于控制通过所述第二管路输入至所述加湿罐内的干气体的第二容量。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括分别与所述第一流量控制器和所述第二流量控制器电连接的控制器，用于向所述第一流量控制器发送第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一流量控制器，以控制所述第一容器输入至所述燃料电池反应气体接口的干气体的第一容量；还用于向所述第二流量控制器发送第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二流量控制器，以控制所述第一容器输入至所述加湿罐的干气体的第二容量。
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