CN112331887A - 氢燃料电堆用增湿器内部结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氢燃料电堆用增湿器内部结构，通过设置干空气进口供干燥空气进入到中空管式膜内，湿气从湿气出气口进入到增湿器外壳内，从内管的微孔进入到内管内部和中空管式膜外表面接触，此时湿气对膜另一侧的干空气进行加湿，加湿完毕后的湿气从湿气出气口排出，被增湿的干空气从干空气出口出来后进入到氢燃料电堆内部，从而达到给中空管式膜内部干燥空气加湿的目的，通过环形内部气流通道，弧形内管的方式，先使湿气能相对均匀的到达内管表面，随后通过微孔进入内管内部，极大的提高了湿气的均匀性，可以相对传统结构提升性能30%以上，极大的降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电堆增湿领域，尤其涉及一种氢燃料电堆用增湿器内部结构。
背景技术
氢燃料作为人类的终极能源，早在20世纪中期就进入了人类的视野，美国早在20世纪60年代的登月计划中就有使用过相关的技术，进入21世纪以后车用氢燃料技术有了长足的发展和进步，但其的核心零部件和核心技术只被少数几家外国企业掌握，为了打破垄断，近年来国家不断加大了在氢燃料电池上的投入。
氢燃料电池是一种将氢气和氧气结合起来产生电力、水和热的电化学装置，电堆的进气为氢气和（氧气）空气，排出高温水汽。
空气在空压机的驱动下被输入电堆，而此时空压机出口空气的温度非常的高，在经过冷却后仍然可以达到60-90℃，并且此时相对湿度极低，氢燃料电堆用增湿器是一种在此时给干燥的空气增加湿度的装置。
大部分氢燃料电堆内部都需要维持一定的湿度才能正常工作，目前绝大部分氢燃料电堆都通过使用增湿器对进入电堆的气体进行加湿来达到维持堆内湿度的目的，因而增湿器成为氢燃料电堆不可或缺的零部件之一，在整堆工作中发挥着重要的作用，而增湿器的内部结构是决定增湿器性能高低的关键因素。
增湿器一般是由足够面积的板式膜或足够数量的中空管式膜封装而成，以中空管式膜为例，普通30-60KW的氢燃料电堆用增湿器其膜管的数量可达4000-6000根，使用环氧树脂或者聚氨酯等材料封装而成，这里主要以中空管式膜增湿器为例进行说明。
中空管式膜增湿器器工作的原理是干空气经过膜的内侧，电堆排出的高温水汽经过膜的外侧，水汽透过膜给内侧干空气加湿，在膜材料定型以后，如何利用有效的内部结构进行封装是提升性能的关键，因此增湿器性能的影响因素分为两大点：一是膜本身的性能，这里包括膜材料，膜的微观结构设计以及工艺影响等等决定了膜本身的增湿性能；二是增湿器内部结构布置方式，由于膜管的规模庞大增湿器的内部结构如何合理布置成了影响性能的关键因素。
目前普通的中空管式膜增湿器有一部分是中空管式膜直接布置在增湿器壳体内，湿气进来后马上接触到中空管式膜的外壁，结构简单但气流均匀性程度不佳，影响增湿性能，另一种采取分区形式，将内部的中空管式管式膜分为几组，分别装在各自的内管中，内管被提前封到增湿器壳体中，湿气进来后通过内管上的“窗口”进入内管，采用分区形式湿气气流不均匀程度有所改善，但进入窗口的气流有明显的方向性，导致各内管内的气流情况差异较大，对中空管式膜来说，依旧存在不均匀的问题。因此解决上述问题就显得十分重要了了。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种氢燃料电堆用增湿器内部结构，通过设置干空气进口供干燥空气进入到中空管式膜内，湿气从湿气出气口进入到增湿器外壳内，从内管的微孔进入到内管内部和中空管式膜外表面接触，此时湿气对膜另一侧的干空气进行加湿，加湿完毕后的湿气从湿气出气口排出，被增湿的干空气从干空气出口出来后进入到氢燃料电堆内部，从而达到给中空管式膜内部干燥空气加湿的目的，通过环形内部气流通道，弧形内管的方式，先使湿气能相对均匀的到达内管表面，随后通过微孔进入内管内部，极大的提高了湿气的均匀性，可以相对传统结构提升性能30%以上，极大的降低了制造成本，解决了背景技术中出现的问题。
本发明的目的是提供一种氢燃料电堆用增湿器内部结构，包括有增湿器外壳，所述增湿器外壳顶部设置有湿气进气口，增湿器外壳内分布有上下两排内管，内管截面呈纵向的椭圆形状，增湿器外壳内表面呈弧形，内管与增湿器外壳内表面的距离为湿气进气口直径的/；内管左右两端面通过端面树脂与增湿器外壳两端连接密封固定；内管内设置有中空管式膜；内管两端表面分布有微孔，每个微孔均是一个独立的通道，气流会从微孔均匀的进入到内管内部和中空管式膜外表面接触；所述增湿器外壳顶部设置有湿气进气口还设置有湿气出气口供湿气出气；增湿器外壳内中部设置有密封的隔板将增湿器外壳分隔为左右两部分，湿气进气口和湿气出气口在隔板两侧；湿气从湿气进气口进入到增湿器外壳内，从内管的微孔进入到内管内部和中空管式膜外表面接触从而达到给中空管式膜内部干燥空气加湿的目的。
进一步改进在于：所述微孔直径在2-6-mm之间，微孔孔隙率为30%。
进一步改进在于：所述中空管式膜左右两端伸在内管外，中空管式膜左右两端也位于端面树脂外侧，增湿器外壳左右两侧分别设置有干空气进口和干空气出口，干燥的空气通过干空气进口进入到中空管式膜内，湿气从湿气进气口进入到增湿器外壳内，从内管的微孔进入到内管内部和中空管式膜外表面接触，此时湿气对膜另一侧的干空气进行加湿，加湿完毕后的湿气从湿气出气口排出，被增湿的干空气从干空气出口出来后进入到氢燃料电堆内部。
本发明的有益效果：本发明通过设置干空气进口供干燥空气进入到中空管式膜内，湿气从湿气出气口进入到增湿器外壳内，从内管的微孔进入到内管内部和中空管式膜外表面接触，此时湿气对膜另一侧的干空气进行加湿，加湿完毕后的湿气从湿气出气口排出，被增湿的干空气从干空气出口出来后进入到氢燃料电堆内部，从而达到给中空管式膜内部干燥空气加湿的目的，通过环形内部气流通道，弧形内管的方式，先使湿气能相对均匀的到达内管表面，随后通过微孔进入内管内部，极大的提高了湿气的均匀性，可以相对传统结构提升性能30%以上，极大的降低了制造成本。
附图说明
图1是本发明的整体示意图。（图中箭头为气流通过方向）
图2是本发明的横截面示意图。
图3是本发明内管微孔处示意图。
其中：1-湿气进气口，2-增湿器外壳，3-内管，4-端面树脂，5-中空管式膜，6-微孔，7-湿气出气口，8-干空气进口，9-干空气出口，10-隔板。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-3所示，本实施例提供一种氢燃料电堆用增湿器内部结构，包括有增湿器外壳2，所述增湿器外壳2顶部设置有湿气进气口1，增湿器外壳2内分布有上下两排内管3，内管3截面呈纵向的椭圆形状，增湿器外壳2内表面呈弧形，内管3与增湿器外壳2内表面的距离为湿气进气口1直径的1/3；内管3左右两端面通过端面树脂4与增湿器外壳2两端连接密封固定；内管3内设置有中空管式膜5；内管3两端表面分布有微孔6，每个微孔6均是一个独立的通道，气流会从微孔均匀的进入到内管内部和中空管式膜5外表面接触；所述增湿器外壳2顶部设置有湿气进气口1还设置有湿气出气口7供湿气出气；增湿器外壳2内中部设置有密封的隔板10将增湿器外壳2分隔为左右两部分，湿气进气口1和湿气出气口7在隔板10右左两侧；湿气从湿气进气口1进入到增湿器外壳2内，从内管3的微孔6进入到内管内部和中空管式膜5外表面接触从而达到给中空管式膜5内部干燥空气加湿的目的。所述微孔6直径在2-6mm之间，微孔6孔隙率为30%。
所述中空管式膜5左右两端伸在内管3外，中空管式膜5左右两端也位于端面树脂4外侧，增湿器外壳2左右两侧分别设置有干空气进口8和干空气出口9，干燥的空气通过干空气进口8进入到中空管式膜5内，湿气从湿气进气口1进入到增湿器外壳2内，从内管3的微孔6进入到内管内部和中空管式膜5外表面接触，此时湿气对膜另一侧的干空气进行加湿，加湿完毕后的湿气从湿气出气口7排出，被增湿的干空气从干空气出口9出来后进入到氢燃料电堆内部。
通过设置干空气进口8供干燥空气进入到中空管式膜5内，湿气从湿气出气口9进入到增湿器外壳2内，从内管3的微孔6进入到内管内部和中空管式膜5外表面接触，此时湿气对膜另一侧的干空气进行加湿，加湿完毕后的湿气从湿气出气口7排出，被增湿的干空气从干空气出口9出来后进入到氢燃料电堆内部，从而达到给中空管式膜5内部干燥空气加湿的目的，通过环形内部气流通道，弧形内管的方式，先使湿气能相对均匀的到达内管表面，随后通过微孔进入内管内部，极大的提高了湿气的均匀性，可以相对传统结构提升性能30%以上，极大的降低了制造成本。
Claims (3)
1.一种氢燃料电堆用增湿器内部结构，包括有增湿器外壳（2），其特征在于：所述增湿器外壳（2）顶部设置有湿气进气口（1），增湿器外壳（2）内分布有上下两排内管（3），内管（3）截面呈纵向的椭圆形状，增湿器外壳（2）内表面呈弧形，内管（3）与增湿器外壳（2）内表面的距离为湿气进气口（1）直径的1/3；内管（3）左右两端面通过端面树脂（4）与增湿器外壳（2）两端连接密封固定；内管（3）内设置有中空管式膜（5）；内管（3）两端表面分布有微孔（6），每个微孔（6）均是一个独立的通道，气流会从微孔均匀的进入到内管内部和中空管式膜（5）外表面接触；所述增湿器外壳（2）顶部设置有湿气进气口（1）还设置有湿气出气口（7）供湿气出气；增湿器外壳（2）内中部设置有密封的隔板（10）将增湿器外壳（2）分隔为左右两部分，湿气进气口（1）和湿气出气口（7）在隔板（10）两侧；湿气从湿气进气口（1）进入到增湿器外壳（2）内，从内管（3）的微孔（6）进入到内管内部和中空管式膜（5）外表面接触从而达到给中空管式膜（5）内部干燥空气加湿的目的。
2.如权利要求1所述氢燃料电堆用增湿器内部结构，其特征在于：所述微孔（6）直径在2-6mm之间，微孔（6）孔隙率为30%。
3.如权利要求1所述氢燃料电堆用增湿器内部结构，其特征在于：所述中空管式膜（5）左右两端伸在内管（3）外，中空管式膜（5）左右两端也位于端面树脂（4）外侧，增湿器外壳（2）左右两侧分别设置有干空气进口（8）和干空气出口（9），干燥的空气通过干空气进口（8）进入到中空管式膜（5）内，湿气从湿气进气口（1）进入到增湿器外壳（2）内，从内管（3）的微孔（6）进入到内管内部和中空管式膜（5）外表面接触，此时湿气对膜另一侧的干空气进行加湿，加湿完毕后的湿气从湿气出气口（7）排出，被增湿的干空气从干空气出口（9）出来后进入到氢燃料电堆内部。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114156509A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-08 | 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司 | 一种燃料电池的膜增湿器和燃料电池系统 |
| CN114430056A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-03 | 上海恒劲动力科技有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池系统湿度控制方法 |
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2020
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