CN110854413A - 可调加湿器结构、中冷加湿器结构及电池系统骨架结构 - Google Patents

可调加湿器结构、中冷加湿器结构及电池系统骨架结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池用可调中冷加湿器结构，包括主体结构、加湿膜和加湿三通阀，所述主体结构上部的左右两侧分别设置出口和入口，所述主体结构的中心处设有矩形结构，U型设置在矩形结构外部的加湿膜将所述主体结构的内腔分隔为湿空气通道和干空气通道，主体结构的顶部和矩形结构之间形成与湿空气通道连通的旁通通道；所述加湿三通阀设置在湿空气通道的入口处，控制旁通通道和湿空气通道的流量。本发明当电堆内湿度接近或大于理想湿度时，可以减小湿空气通道的湿空气流量，从而加湿干空气的加湿量，使电堆内的含水量能以水蒸气的形式排出，不会导致水淹发生。

Description

可调加湿器结构、中冷加湿器结构及电池系统骨架结构
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种可调中冷加湿器及燃料电池骨架。
背景技术
系统定义为一组单元、对象或物品组合在一起形成一个整体并协调一致地工作。在燃料电池情况下，系统包括燃料电池组工作并提供电流给所需的所有组件，燃料电池组显然是燃料电池系统的核心，然而若没有配套设备电池组本身是用不了的。它的子系统包括氧化剂供应、燃料供应、热处理、水处理等。为了提高系统的功率密度，燃料电池系统的系统布置及相应的骨架结构显得尤为重要。
还有低温燃料电池系统需要加湿反应气体，对于全氟磺酸膜的质子膜燃料电池来说，气体反应物，特别是阴极侧气体反应物的相对湿度对膜的性能的影响是至关重要的。这类膜的主体结构是PTFE，同时包含磺酸基功能团，传输质子时需要质子以水合离子的形式存在。所以对反应气体进行加湿，报纸质子膜的湿润，对于膜的质子传导能力是必不可少的。但相对湿度也不是越高越好，当相对湿度理想湿度值时，意味着气体中已有液态水的存在，或电堆性能在衰减，如果这些液态水无法有效排出，那么容易导致水淹。
同时，空气压缩后的进气空气往往温度较高，为了燃料电池能达到最优的工作状态需要对压后空气进行冷却。但是，目前加湿器和中冷器均为不同厂家分别生产，集成度不高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种可调中冷加湿器结构及燃料电池系统骨架结构，以解决过湿状态，液态水无法有效排出，那么容易导致水淹等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明一方面提供了一种燃料电池用可调加湿器结构，包括主体结构、加湿膜和加湿三通阀，所述主体结构上部的左右两侧分别设置出口和入口，所述主体结构的中心处设有矩形结构，U型设置在矩形结构外部的加湿膜将所述主体结构的内腔分隔为湿空气通道和干空气通道，主体结构的顶部和矩形结构之间形成与湿空气通道连通的旁通通道；所述加湿三通阀设置在湿空气通道的入口处，控制旁通通道和湿空气通道的流量。
进一步的，所述可调加湿器结构的工作方法为：
加湿工况时，调节加湿三通阀，湿空气完全从湿空气通道通过；
过湿工况时，调节加湿三通阀，使加湿空气逐渐增加旁通通道的流量，继而减小湿空气通道的湿空气流量。
相对于现有技术，本发明所述的燃料电池用可调加湿器结构具有以下优势：
本发明当电堆内湿度接近或大于理想湿度时，可以减小湿空气通道的湿空气流量，从而加湿干空气的加湿量，使电堆内的含水量能以水蒸气的形式排出，不会导致水淹发生。
本发明另一方面提供了一种燃料电池用中冷加湿器结构，包括外壳结构，所述外壳结构内部形成三层结构，分别为上冷却层、加湿层和下冷却层，所述加湿层的内部由加湿膜形成内外设置的湿空气通道和干空气通道；所述上冷却层和下冷却层内的冷却水通道均沿着所述加湿层的干空气通道布置；所述上冷却层和下冷却层的冷却水通道在外壳的一侧连通。
进一步的，所述加湿层的结构如上述的燃料电池用可调加湿器结构。
进一步的，所述冷却水通道的当量直径等于或大于干空气通道的当量直径，并在竖直投影方向基本重合。
进一步的，所述上冷却层和下冷却层的冷却水通道的联通处位于所述加湿层的湿空气通道的内侧。
相对于现有技术，本发明所述的一种燃料电池用中冷加湿器结构具有以下优势：
本发明结构集成度不高，效果佳，占用空间小。
本发明另一方面提供了一种燃料电池系统用骨架结构，包括主框架结构，所述主框架结构内从上至下依次通过安装的电堆安装板、加湿器支撑结构被分隔为三层框架结构，从上至下依次为电堆区、加湿区及运动件区；所述电堆安装板安装在主框架结构内的中上部，主框架结构的底部安装运动件安装板，所述运动件安装板上固定安装加湿器支撑结构，所述加湿器支撑结构为由两个竖直设置的加湿器支板和一个横向设置的加湿器横板构成的门字形结构。
进一步的，所述加湿器横板上安装上述的燃料电池用可调加湿器结构或者安装上述述的燃料电池用中冷加湿器结构。
相对于现有技术，本发明所述的骨架结构具有以下优势：
本发明骨架结构设计合理，结构简单，提高了系统的功率密度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例燃料电池用可调加湿器结构示意图；
图2中的a-e分别为本发明实施例燃料电池用中冷加湿器结构的俯视图、及其A-A加湿层截面图、C-C冷却水下次截面图、B-B冷却水上层截面图和D-D冷却水进出口截面图；
图3中的a-c分别为本发明实施燃料电池系统用骨架结构的正面剖视图及其A-A面剖视图、B-B面剖视图。
附图标记说明：
1-主体结构2-加湿三通阀3-湿空气通道4-旁通通道5-加湿膜6-干空气通道，7-电堆安装板8-立柱9-加湿器横板10-加湿器支板11-运动件安装板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例1，一种燃料电池用可调加湿器结构,如图1所示，包括主体结构1、加湿膜5和加湿三通阀2，所述主体结构上部的左右两侧分别设置出口和入口，所述主体结构的中心处设有矩形结构，U型设置在矩形结构外部的加湿膜将所述主体结构的内腔分隔为湿空气通道3和干空气通道6，主体结构1的顶部和矩形结构之间形成与湿空气通道3连通的旁通通道4；所述加湿三通阀2设置在湿空气通道3的入口处，控制旁通通道4和湿空气通道3的流量。
上述可调加湿器结构的工作方法为：
加湿工况时，调节加湿三通阀2，湿空气完全从湿空气通道3通过；
过湿工况时，调节加湿三通阀2，使加湿空气逐渐增加旁通通道4的流量，继而减小湿空气通道3的湿空气流量。
即当电堆内湿度远小于理想湿度时，调节加湿三通阀2，湿空气完全从湿空气通道3通过，为干空气加湿；当电堆内湿度接近或大于理想湿度时，调节加湿三通阀2使加湿空气逐渐增加旁通通道4的流量，继而减小湿空气通道3的湿空气流量，从而加湿干空气的加湿量，使电堆内的含水量能以水蒸气的形式排出。
本发明另一实施例，一种燃料电池用中冷加湿器结构，如图2所示，包括外壳结构，所述外壳结构内部形成“汉堡包三层结构”，分别为上冷却层、加湿层和下冷却层，
所述加湿层的内部由加湿膜形成内外设置的湿空气通道和干空气通道；
所述上冷却层和下冷却层内的冷却水通道均沿着所述加湿层的干空气通道布置；
所述上冷却层和下冷却层的冷却水通道在外壳的一侧连通。
优选的，所述加湿层的结构上述的燃料电池用可调加湿器结构。
所述冷却水通道的当量直径等于或略大于干空气通道的当量直径，并在竖直投影方向基本重合。所述上冷却层和下冷却层的冷却水通道的联通处位于所述加湿层的湿空气通道的内侧。
燃料电池进气通过压气机后进入干空气入口与湿空气通道内的湿空气进行湿度交换，达到加湿的效果。与此同时，冷却水通过下层的冷却水入口进入冷却通道，沿空气通道对空气进行冷却，再沿联通通道进入上层冷却通道再次对空气通道进行冷却，最终从冷却水出口流出。
本发明另一实施例，如图3所示，一种燃料电池系统用骨架结构，包括主框架结构，所述主框架结构内从上至下依次通过安装的电堆安装板7、加湿器支撑结构被分隔为三层框架结构，从上至下依次为电堆区、加湿区及运动件区；
所述电堆安装板7安装在主框架结构内的中上部，主框架结构的底部安装运动件安装板11，所述运动件安装板11上固定安装加湿器支撑结构，所述加湿器支撑结构为由两个竖直设置的加湿器支板10和一个横向设置的加湿器横板9构成的门字形结构。
所述三层框架结构的装配顺序依次为加湿器支撑结构、加湿器、电堆安装板7。所述加湿器横板9上安装上述的燃料电池用可调加湿器结构或者上述所述的燃料电池用中冷加湿器结构。
系统装配时，先将电动水泵及空气压气机安装于运动件安装板11上，然后将加湿器横板9放于加湿器支板上并螺栓紧固，再安装加湿器，再将电堆安装板7安装到加湿区上方并螺栓紧固，再将电堆放入电堆安装板7上，最后将系统的管路及线路连接好即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池用可调中冷加湿器结构，其特征在于：包括主体结构、加湿膜和加湿三通阀，所述主体结构上部的左右两侧分别设置出口和入口，所述主体结构的中心处设有矩形结构，U型设置在矩形结构外部的加湿膜将所述主体结构的内腔分隔为湿空气通道和干空气通道，主体结构的顶部和矩形结构之间形成与湿空气通道连通的旁通通道；所述加湿三通阀设置在湿空气通道的入口处，控制旁通通道和湿空气通道的流量。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用可调中冷加湿器结构，其特征在于：所述可调中冷加湿器结构的工作方法为：
加湿工况时，调节加湿三通阀，湿空气完全从湿空气通道通过；
过湿工况时，调节加湿三通阀，使加湿空气逐渐增加旁通通道的流量，继而减小湿空气通道的湿空气流量。
3.一种燃料电池用可调中冷加湿器结构，其特征在于：包括外壳结构，所述外壳结构内部形成三层结构，分别为上冷却层、加湿层和下冷却层，
所述加湿层的内部由加湿膜形成内外设置的湿空气通道和干空气通道；
所述上冷却层和下冷却层内的冷却水通道均沿着所述加湿层的干空气通道布置；
所述上冷却层和下冷却层的冷却水通道在外壳的一侧连通。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池用可调中冷加湿器结构，其特征在于：所述加湿层的结构如权1所述的燃料电池用可调中冷加湿器结构。
5.根据权利要求3所述的一种燃料电池用可调中冷加湿器结构，其特征在于：所述冷却水通道的当量直径等于或大于干空气通道的当量直径，并在竖直投影方向基本重合。
6.根据权利要求3所述的一种燃料电池用可调中冷加湿器结构，其特征在于：所述上冷却层和下冷却层的冷却水通道的联通处位于所述加湿层的湿空气通道的内侧。
7.一种燃料电池系统用骨架结构，其特征在于：包括主框架结构，所述主框架结构内从上至下依次通过安装的电堆安装板、加湿器支撑结构被分隔为三层框架结构，从上至下依次为电堆区、加湿区及运动件区；
所述电堆安装板安装在主框架结构内的中上部，主框架结构的底部安装运动件安装板，所述运动件安装板上固定安装加湿器支撑结构，所述加湿器支撑结构为由两个竖直设置的加湿器支板和一个横向设置的加湿器横板构成的门字形结构。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池系统用骨架结构，其特征在于：所述三层框架结构的装配顺序依次为加湿器支撑结构、加湿器、电堆安装板。
9.根据权利要求7所述的一种燃料电池系统用骨架结构，其特征在于：所述加湿器横板上安装权1所述的燃料电池用可调加湿器结构。
10.根据权利要求7所述的一种燃料电池系统用骨架结构，其特征在于：所述加湿器横板上安装权3至6任一所述的燃料电池用中冷加湿器结构。
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