CN112635797A - 一种燃料电池的加湿系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池的加湿系统，包括第一壳体和第二壳体；第一壳体内部平行设置有第一隔板和第二隔板；第一隔板、第二隔板将第一壳体的内部分割成第一腔室、第二腔室和第三腔室；第一腔室、第二腔室和第三腔室均为密封腔室，且第二腔室位于第一腔室、第三腔室之间；第二腔室内设有一束中空纤维膜；中空纤维膜的两端分别延伸入第一腔室和第三腔室；第一壳体上设有第一进气口、第一出气口、第二进气口和第二出气口。本发明通过将待加湿的高压气体从第一进气口引入利用从排气管排放的高湿度的非反应气体对待加热的高压气体进行初步加湿，之后进一步对初步加湿的高压气体进行二次加湿，从而保证进入到燃料电池的气体具有较高的湿度。

Description

一种燃料电池的加湿系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是一种燃料电池的加湿系统。
背景技术
燃料电池是一种电化学电池，该电池通过氢和氧的结合发电。不同于一般的化学电池，如干电池或蓄电池，只要供应氢和氧，燃料电池就能够连续地发电。另外，在燃料电池内几乎没有热损耗，这使得燃料电池的效率是内燃机效率的两倍。此外，由于燃料电池把氢和氧结合产生的化学能直接转换成电能，所以燃料电池是环境友好的以及能够减缓化石燃料枯竭的问题。
质子交换膜燃料电池是燃料电池中的一种，质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其工作温度低，启动快，能量密度高，寿命长等优点在便携式电脑、机动车电源及小型发电系统领域具有广阔的应用前景。目前质子交换膜燃料电池膜电极中所用的质子交换膜，在电池运行过程中需要有水分子存在保湿。因为只有水化的质子才可以自由地穿过质子交换膜，从电极阳极端到达电极阴极端参加电化学反应，否则，当大量干燥的燃料氢气或空气从膜电极两侧流过时，容易将质子交换膜中的水分子带跑，此时质子交换膜处于较干燥状态，质子无法穿过质子交换膜，导致电极内阻急剧增加，电池性能急剧下降。所以，向燃料电池供应的燃料氢气或空气一般来说要经过增湿，使进入燃料电池的燃料氢气或空气相对湿度提高，以免使质子交换膜失水。
现有技术中，通常是采用物理方式对新进入的空气进行加湿，即利用交换隔膜的亲水性，使交换隔膜两面通过的干流体及含水流体的湿度、温度达到平衡。但这种结构由于交换隔膜内不能包含足够的水分，如果在驾驶汽车时由于突然加速使得气体注入的速度升高，反应气体不能迅速地被加湿。因此，湿度不够的气体供应到燃料电池，这会导致燃料电池系统的输出瞬间减小。
因此，设计一种能够对反应气体进行充分加湿避免由于汽车突然加速导致反应气体不能够充分加湿的增湿器，显得很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池的加湿系统，通过对反应气体进行两次加湿处理能够有效的保证在汽车突然加速时仍能够保证对反应气被充分的加湿以解决背景技术中的技术问题。
本发明提供了一种燃料电池的加湿系统，包括第一壳体和第二壳体；
所述第一壳体内部平行设置有第一隔板和第二隔板；所述第一隔板、所述第二隔板将所述第一壳体的内部分割成第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述成第一腔室、第二腔室和第三腔室均为密封腔室，且所述第二腔室位于所述第一腔室、第三腔室之间；
所述第二腔室内设有一束中空纤维膜；所述中空纤维膜的两端分别延伸入所述第一腔室和第三腔室；所述第一壳体上设有第一进气口、第一出气口、第二进气口和第二出气口；所述第一进气口与所述第一腔室连通，所述第一出气口与所述第三腔室连通；所述第二进气口、第二出气口均与所述第二腔室连通；
所述第二壳体设置在所述第一壳体开设有所述第一出气口的外侧壁上；所述第二壳体内设有一出气导管；所述出气导管的一端与所述第一出气口连通，另一端延伸出所述第二壳体；所述出气导管与所述第二壳体之间形成液体盛放腔；所述出气导管靠近所述第一出气口的一端设有喇叭口；所述喇叭口的侧壁上开设有与所述喇叭口内部连通的喷水孔；所述喷水孔沿所述出气导管内气流流动的方向倾斜设置。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述液体盛放腔内设有加热网。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述液体盛放腔内还设有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述液体盛放腔内水的温度。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述第二腔室内设有遮挡网；所述遮挡网位于所述第二进气口处。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述喇叭口与第一壳体通过焊接的方式或通过强力胶粘接的方式密封固定连接。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述第二壳体上设有液体进口；所述液体进口通过一进液管与一储水箱相连通；所述进液管上设有水泵。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述储水箱与一气液分离器的出水口相连通；所述气液分离器的进气口与所述第二出气口相连通。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述第二进气口、第二出气口分别位于所述第一壳体的一相对两侧。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，所述第二进气口位于所述第一壳体的中部；所述第二出气口位于所述第一壳体的一边缘处。
如上所述的一种燃料电池的加湿系统，其中，优选的是，第一壳体为一矩形壳体；所述第一壳体由不锈钢材质制成；所述第一壳体的内部上涂有隔热层。
与现有技术相比：
1、本发明通过将待加湿的高压气体从第一进气口引入利用从排气管排放的高湿度的非反应气体对待加热的高压气体进行初步加湿，之后进一步对初步加湿的高压气体进行二次加湿，从而保证进入到燃料电池的气体具有较高的湿度，保证燃料电池燃料电池系统具有稳定的输出。
2、本发明通过设置第二壳体、在第二壳体内设置与第一出气口连通的出气导管、出气导管与第二壳体之间形成液体盛放腔、出气导管靠近第一出气口的一端设有喇叭口，喇叭口上设置喷水孔；当经初步加湿的高压气体经第一出气口进入到喇叭口内时，高压气体的流动使喇叭口与液体盛放腔之间产生较大的压力差，液体盛放腔内的水在压力差的作用下从喷水孔喷入到喇叭口内对初步加湿的高压气体进行进一步加湿；经过喇叭口内的经初步加湿的高压气体的流速越大喇叭口与液体盛放腔之间产生的压力差也越大、从喷水孔喷入到喇叭口内的水越多，如此能够保证对进入燃料电池的气体进行充分的加湿，从而保证燃料电池燃料电池系统具有稳定的输出。
3、本发明中从喷水孔喷入喇叭口内对高压气体进行加速湿的水的动力来源于高压气体的流动在喇叭口内与液体盛放腔之间形成的压力差，因此不需要另外设置动力，节约了能源。
4、本发明将从第二出气口排出的非反应气体经气液分离器分离的液体水用于对液体盛放腔内供水，实现了水分的循环利用。
附图说明
图1是本发明燃料电池的加湿系统的立体结构示意图；
图2是本发明燃料电池的加湿系统另一视角下的立体结构示意图；
图3是本发明燃料电池的加湿系统的主视图；
图4是图3中A-A的剖视图；
图5是图3中B-B的剖视图；
附图标记说明：1-第一壳体，2-第二隔板，3-第一隔板，4-中空纤维膜，5-第二进气口，6-第二出气口，7-第一进气口，8-出气导管，9-第二壳体，10-加热网，11-喇叭口，101-喷水孔，12-液体进口，13-遮挡网。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的实施例：如图1至图5所示，一种燃料电池的加湿系统，包括第一壳体1和第二壳体9；所述第一壳体1内部平行设置有第一隔板3和第二隔板2；所述第一隔板3、所述第二隔板2将所述第一壳体1的内部分割成第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述成第一腔室、第二腔室和第三腔室均为密封腔室，且所述第二腔室位于所述第一腔室、第三腔室之间；具体实施时，第一隔板3、第二隔板2可选择表面涂有耐腐蚀涂层的钢板；第一隔板3、第二隔板2与第一壳体1的内壁通过焊接的方式固定在一起。
所述第二腔室内设有一束中空纤维膜4；所述中空纤维膜4的两端分别延伸入所述第一腔室和第三腔室；所述第一壳体1上设有第一进气口7、第一出气口、第二进气口5和第二出气口6；所述第一进气口7与所述第一腔室连通，所述第一出气口与所述第三腔室连通；所述第二进气口5、第二出气口6均与所述第二腔室连通；所述第一进气口7用于与待加湿的高压气体相连；所述第二进气口5用于引入从排气管排放的高湿度的非反应气体，如此，通过将从排气管排放的高湿度的非反应气体引入到第二腔室内对经过中空纤维膜4内的待加湿的高压气体进行初步加湿。
所述第二壳体9设置在所述第一壳体1开设有所述第一出气口的外侧壁上；所述第二壳体9内设有一出气导管8；所述出气导管8的一端与所述第一出气口连通，另一端延伸出所述第二壳体9；所述出气导管8与所述第二壳体9之间形成液体盛放腔；所述出气导管8靠近所述第一出气口的一端设有喇叭口11；所述喇叭口11的侧壁上开设有与所述喇叭口11内部连通的喷水孔101；所述喷水孔101沿所述出气导管8内气流流动的方向倾斜设置，如此设置利于在经初步加湿的高压气体经喇叭口11时，使液体盛放腔内的水经喷水孔101喷出；为了更好的对初步加湿的高压气体进行更均匀的加湿，喷水孔101可设置为多个；多个喷水孔101沿喇叭口11的周侧方向均匀分布。
具体的，待加湿的高压气体从第一进气口7进入第一腔室、然后经第一腔室进入到中空纤维膜4中，经中空纤维膜4进入到第三腔室内，经第一出气口进入到喇叭口11中然后经气导管8排出进入到燃料电池中，附图4中箭头的方向为待加湿的高压气体的流动方向。在待加湿的高压气体进入第一腔室的同时，从排气管排放的高湿度的非反应气体经第二进气口5进入到第二腔室中；进入第二腔室内的非反应气体与待加湿的高压气体在中空纤维膜4处发生湿交换使高压气体初步加湿，当初步加湿的高压气体经过喇叭口11时，因高压气体的快速流动使喇叭口11与液体盛放腔之间形成压力差，在压力差的作用下液体盛放腔内的水从喷水孔101喷洒到喇叭口11内对高压气体进一步进行加湿，经过喇叭口11内的经初步加湿的高压气体的流速越大喇叭口11与液体盛放腔之间产生的压力差也越大、从喷水孔101喷入到喇叭口11内的水越多，如此能够保证对进入燃料电池的气体进行充分的加湿，从而保证燃料电池燃料电池系统具有稳定的输出。如此即使在行驶的过程中汽车突然加速，气体注入的速度升高，反应气体也能迅速地被加湿，从而保证燃料电池燃料电池系统具有稳定的输出。
进一步地：所述液体盛放腔内设有加热网10。通过设置加热网10能够对液体盛放腔内的水进行加热，能够实现水温的调节，进而调节加湿效果并对气体预热。
作为一种优选方式，所述液体盛放腔内还设有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述液体盛放腔内水的温度。通过设置温度传感器便于实时了解液体盛放腔内的水温。
优选的，所述第二腔室内设有遮挡网13；所述遮挡网13位于所述第二进气口5处。设置遮挡网13能够使高压气体在第二腔室内产生紊流，便于高压气体更加均匀的进入中空纤维膜4束中。
优选的，所述喇叭口11与第一壳体1通过焊接的方式或通过强力胶粘接的方式密封固定连接。
作为一种优选方式，所述第二壳体9上设有液体进口12；所述液体进口12通过一进液管与一储水箱相连通；所述进液管上设有水泵；所述储水箱与一气液分离器的出水口相连通；所述气液分离器的进气口与所述第二出气口6相连通，通过气液分离器能够将经第二出气口6排出的气体进行气液分离，将分离出的水存储到储水箱给液体盛放腔供水。如此，能够充分的对从排气管排放的高湿度的非反应气体进行充分的利用，实现水分的循环利用，节约水资源。
进一步地，所述第二进气口5、第二出气口6分别位于所述第一壳体1的一相对两侧。进一步地，所述第二进气口5位于所述第一壳体1的中部；所述第二出气口6位于所述第一壳体1的一边缘处。如此设计，能够使从第二进气口5进入到第二腔室内的非反应气体与中空纤维膜4有更长的接触时间，利于对经过空纤维膜4内的高压气体进行加湿。
进一步地，第一壳体1为一矩形壳体；所述第一壳体1由不锈钢材质制成；所述第一壳体1的内部上涂有隔热层。通过将第一壳体1设计成矩形，便于第一壳体在汽车上进行安装固定。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的加湿系统，其特征在于，包括第一壳体(1)和第二壳体(9)；
所述第一壳体(1)内部平行设置有第一隔板(3)和第二隔板(2)；所述第一隔板(3)、所述第二隔板(2)将所述第一壳体(1)的内部分割成第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述成第一腔室、第二腔室和第三腔室均为密封腔室，且所述第二腔室位于所述第一腔室、第三腔室之间；
所述第二腔室内设有一束中空纤维膜(4)；所述中空纤维膜(4)的两端分别延伸入所述第一腔室和第三腔室；所述第一壳体(1)上设有第一进气口(7)、第一出气口、第二进气口(5)和第二出气口(6)；所述第一进气口(7)与所述第一腔室连通，所述第一出气口与所述第三腔室连通；所述第二进气口(5)、第二出气口(6)均与所述第二腔室连通；
所述第二壳体(9)设置在所述第一壳体(1)开设有所述第一出气口的外侧壁上；所述第二壳体(9)内设有一出气导管(8)；所述出气导管(8)的一端与所述第一出气口连通，另一端延伸出所述第二壳体(9)；所述出气导管(8)与所述第二壳体(9)之间形成液体盛放腔；所述出气导管(8)靠近所述第一出气口的一端设有喇叭口(11)；所述喇叭口(11)的侧壁上开设有与所述喇叭口(11)内部连通的喷水孔(101)；所述喷水孔(101)沿所述出气导管(8)内气流流动的方向倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述液体盛放腔内设有加热网(10)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述液体盛放腔内还设有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述液体盛放腔内水的温度。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述第二腔室内设有遮挡网(13)；所述遮挡网(13)位于所述第二进气口(5)处。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述喇叭口(11)与第一壳体(1)通过焊接的方式或通过强力胶粘接的方式密封固定连接。
6.根据权利要求1所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述第二壳体(9)上设有液体进口(12)；所述液体进口(12)通过一进液管与一储水箱相连通；所述进液管上设有水泵。
7.根据权利要求6所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述储水箱与一气液分离器的出水口相连通；所述气液分离器的进气口与所述第二出气口(6)相连通。
8.根据权利要求1所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述第二进气口(5)、第二出气口(6)分别位于所述第一壳体(1)的一相对两侧。
9.根据权利要求8所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：所述第二进气口(5)位于所述第一壳体(1)的中部；所述第二出气口(6)位于所述第一壳体(1)的一边缘处。
10.根据权利要求1所述的燃料电池的加湿系统，其特征在于：第一壳体(1)为一矩形壳体；所述第一壳体(1)由不锈钢材质制成；所述第一壳体(1)的内部上涂有隔热层。
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