CN114388847A - 一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，包括加湿器壳体，所述加湿器壳体的两端通过螺栓连接分别安装有前端盖和后端盖，所述加湿器壳体内靠近后端盖的一侧安装有后支撑圈，所述加湿器壳体靠近前端盖的一侧安装有前支撑圈，所述前支撑圈与后支撑圈之间设有直通式湿侧进气通道，所述前支撑圈与后支撑圈之间均匀安装有多个中空纤维管，所述中空纤维管与前端腔体、后端腔体均相通，所述中空纤维管的内部为管内流道，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：使湿测湿气更均匀分布，流阻更小，排水隐患少。
Description
技术领域
本发明是一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，属于燃料电池领域。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种采用质子导电聚合物薄膜做电解质，利用氢气和空气中氧气的电化学反应的发电设备。现有技术表明，为了提高电池寿命和效率，利用燃料电池的高湿度尾气对进入燃料电池电堆的空气进行预增湿是一种必要技术。
管式膜加湿器是一种常见的燃料电池膜加湿器。其采用中空膜束管，干湿气体分别在膜管内外表面流过，水分通过中空纤维膜管从管径外表面迁移至内表面，对干燥反应气体进行加湿。传统的管式膜加湿器常设计为带有干侧入/出口的前/后端盖与带有湿测出/入口的壳体连接，中空纤维管集中堆积在壳体中部，因此传统管式膜加湿器常常存在加湿效果不佳、沿程阻力较大等缺点。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明使湿测湿气更均匀分布，流阻更小，排水隐患少。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，包括加湿器壳体，所述加湿器壳体的两端通过螺栓连接分别安装有前端盖和后端盖，所述后端盖背离加湿器壳体的一面安装有湿侧气体入口和干侧气体出口，所述前端盖背离加湿器壳体的一面安装有干侧气体入口，所述加湿器壳体外表面安装有湿侧气体出口，所述加湿器壳体内靠近后端盖的一侧安装有后支撑圈，所述加湿器壳体靠近前端盖的一侧安装有前支撑圈，所述前支撑圈与后支撑圈之间设有直通式湿侧进气通道，所述直通式湿侧进气通道安装在加湿器壳体内部中心，所述直通式湿侧进气通道远离后支撑圈的一端固定连接有空心管，所述空心管贯穿前支撑圈并安插在湿侧气体入口内，所述前支撑圈与后支撑圈之间均匀安装有多个中空纤维管，所述中空纤维管围绕直通式湿侧进气通道均匀分布在加湿器壳体内，所述加湿器壳体靠近后端盖的一侧安装有用于密封后支撑圈与中空纤维管之间间隙的后封装胶体，所述加湿器壳体靠近前端盖的一侧安装有用于密封前支撑圈与中空纤维管之间间隙的前封装胶体，所述后封装胶体、后端盖及直通式湿侧进气通道形成后端腔体，所述前封装胶体与前端盖形成前端腔体，所述中空纤维管与前端腔体、后端腔体均相通，所述中空纤维管的内部为管内流道，所述前端腔体、后端腔体及管内流道为干侧气体流动腔体，所述加湿器壳体内部空间为湿侧气体流动腔体。
进一步地，所述前端盖上固定连接有第一法兰，所述加湿器壳体靠近前端盖的一端外表面固定连接有与第一法兰相配合的第三法兰，所述第三法兰通过螺栓与第一法兰固定连接。
进一步地，所述前端盖与加湿器壳体之间设有前密封圈。
进一步地，所述后端盖上固定连接有第二法兰，所述加湿器壳体靠近后端盖的一端外表面固定连接有与第二法兰相配合的第四法兰，所述第四法兰通过螺栓与第二法兰固定连接。
进一步地，所述后端盖与加湿器壳体之间设有后密封圈。
进一步地，所述空心管与直通式湿侧进气通道为一体成型结构，所述直通式湿侧进气通道与后支撑圈为一体成型结构。
进一步地，所述加湿器壳体为中空的单出口圆柱形结构。
进一步地，所述直通式湿侧进气通道的外壁面开有变径孔，所述变径孔孔径沿流动方向逐渐变小，所述直通式湿侧进气通道靠近湿侧气体出口侧壁面变径孔数量多，孔总面积少。
进一步地，所述湿侧气体入口的另一侧与直通式湿侧进气通道、后封装胶体以及后支撑圈合为封闭结构。
进一步地，所述后端盖中干侧气体出口可以不同形式、形状设置在后端盖不同位置。
本发明的有益效果：
1、加湿器壳体内部空间布置更优，管外流道中湿空气分布更合理，加湿效果更好。
2、采用直通入管外流道，湿测流道流阻更小。
3、湿侧气体出口作为冷凝水唯一的排除通道，减少了冷凝水处理的复杂性，减少甚至避免了冷凝水从湿测入口流入电堆、在加湿器壳体内聚积(湿侧气体出口向下安装时)等情况。
4、直通式湿侧进气通道，避免了传统结构为防止湿测气体冲击膜管而为膜管束增加保护壳的缺点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器的结构示意图；
图2为本发明一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器中直通式湿侧进气通道与后支撑圈的装配示意图；
图3为本发明一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器中前端盖的立体图；
图4为本发明一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器中后端盖的立体图；
图5为本发明一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器中加湿器壳体的立体图；
图中：1-加湿器壳体、2-后端盖、3-后封装胶体、4-干侧气体出口、5-湿侧气体入口、6-空心管、7-后支撑圈、8-后端腔体、9-后密封圈、10-中空纤维管、11-前密封圈、12-前封装胶体、13-前端腔体、14-干侧气体入口、15-前支撑圈、16-前端盖、17-湿侧气体出口、18-管外流道、19-直通式湿侧进气通道、20-第一法兰、21-第二法兰、22-第三法兰、23-第四法兰。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案：一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，包括加湿器壳体1，加湿器壳体1为中空的单出口圆柱形结构，加湿器壳体1的两端通过螺栓连接分别安装有前端盖16和后端盖2，前端盖16上固定连接有第一法兰20，加湿器壳体1靠近前端盖16的一端外表面固定连接有与第一法兰20相配合的第三法兰22，第三法兰22通过螺栓与第一法兰20固定连接，前端盖16与加湿器壳体1之间设有前密封圈11，利用螺栓连接第一法兰20和第三法兰22，便于前端盖16与加湿器壳体1的拆装。
后端盖2上固定连接有第二法兰21，加湿器壳体1靠近后端盖2的一端外表面固定连接有与第二法兰21相配合的第四法兰23，第四法兰23通过螺栓与第二法兰21固定连接，后端盖2与加湿器壳体1之间设有后密封圈9，利用螺栓连接第二法兰21和第四法兰23，便于后端盖2与加湿器壳体1的拆装。
后端盖2背离加湿器壳体1的一面安装有湿侧气体入口5和干侧气体出口4，后端盖2中干侧气体出口4可以不同形式、形状设置在后端盖2不同位置，前端盖16背离加湿器壳体1的一面安装有干侧气体入口14，加湿器壳体1外表面安装有湿侧气体出口17，湿侧气体出口17作为冷凝水唯一的排除通道，减少了冷凝水处理的复杂性，减少甚至避免了冷凝水从湿测入口流入电堆、在加湿器壳体1内聚积(湿侧气体出口17向下安装时)等情况。
加湿器壳体1内靠近后端盖2的一侧安装有后支撑圈7，加湿器壳体1靠近前端盖16的一侧安装有前支撑圈15，前支撑圈15与后支撑圈7之间设有直通式湿侧进气通道19，直通式湿侧进气通道19安装在加湿器壳体1内部中心，前支撑圈15和后支撑圈7共同起到支撑直通式湿侧进气通道19和中空纤维管10的作用。
直通式湿侧进气通道19远离后支撑圈7的一端固定连接有空心管6，空心管6贯穿前支撑圈15并安插在湿侧气体入口5内，空心管6与直通式湿侧进气通道19为一体成型结构，直通式湿侧进气通道19与后支撑圈7为一体成型结构，湿侧气体入口5的另一侧与直通式湿侧进气通道19、后封装胶体3以及后支撑圈7合为封闭结构，前支撑圈15与后支撑圈7之间均匀安装有多个中空纤维管10，中空纤维管10围绕直通式湿侧进气通道19均匀分布在加湿器壳体1内，加湿器壳体1靠近后端盖2的一侧安装有用于密封后支撑圈7与中空纤维管10之间间隙的后封装胶体3，加湿器壳体1靠近前端盖16的一侧安装有用于密封前支撑圈15与中空纤维管10之间间隙的前封装胶体12，前封装胶体12和后封装胶体3起到密封的作用，直通式湿侧进气通道19，避免了传统结构为防止湿测气体冲击膜管而为膜管束增加保护壳的缺点。
后封装胶体3、后端盖2及直通式湿侧进气通道19形成后端腔体8，前封装胶体12与前端盖16形成前端腔体13，中空纤维管10与前端腔体13、后端腔体8均相通，中空纤维管10的内部为管内流道，前端腔体13、后端腔体8及管内流道为干侧气体流动腔体，加湿器壳体1内部空间为湿侧气体流动腔体，干空气首先从前端盖16的干侧气体入口14进入前端腔体13，干空气进入管内流道和湿空气进行湿热交换，最终从后端盖2的干侧气体出口4流出，湿空气从后端盖2的湿测气体入口流入，通过直通式湿侧进气通道19更合理分布在管外流道18中，最终从加湿器壳体1的湿侧气体出口17流出，采用直通入管外流道18，湿测流道流阻更小。
直通式湿侧进气通道19的外壁面开有变径孔，变径孔孔径沿流动方向逐渐变小，直通式湿侧进气通道19靠近湿侧气体出口17侧壁面变径孔数量多，孔总面积少，促进湿测气体分布更合理。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，包括加湿器壳体(1)，其特征在于：所述加湿器壳体(1)的两端通过螺栓连接分别安装有前端盖(16)和后端盖(2)，所述后端盖(2)背离加湿器壳体(1)的一面安装有湿侧气体入口(5)和干侧气体出口(4)，所述前端盖(16)背离加湿器壳体(1)的一面安装有干侧气体入口(14)，所述加湿器壳体(1)外表面安装有湿侧气体出口(17)，所述加湿器壳体(1)内靠近后端盖(2)的一侧安装有后支撑圈(7)，所述加湿器壳体(1)靠近前端盖(16)的一侧安装有前支撑圈(15)，所述前支撑圈(15)与后支撑圈(7)之间设有直通式湿侧进气通道(19)，所述直通式湿侧进气通道(19)安装在加湿器壳体(1)内部中心，所述直通式湿侧进气通道(19)远离后支撑圈(7)的一端固定连接有空心管(6)，所述空心管(6)贯穿前支撑圈(15)并安插在湿侧气体入口(5)内，所述前支撑圈(15)与后支撑圈(7)之间均匀安装有多个中空纤维管(10)，所述中空纤维管(10)围绕直通式湿侧进气通道(19)均匀分布在加湿器壳体(1)内，所述加湿器壳体(1)靠近后端盖(2)的一侧安装有用于密封后支撑圈(7)与中空纤维管(10)之间间隙的后封装胶体(3)，所述加湿器壳体(1)靠近前端盖(16)的一侧安装有用于密封前支撑圈(15)与中空纤维管(10)之间间隙的前封装胶体(12)，所述后封装胶体(3)、后端盖(2)及直通式湿侧进气通道(19)形成后端腔体(8)，所述前封装胶体(12)与前端盖(16)形成前端腔体(13)，所述中空纤维管(10)与前端腔体(13)、后端腔体(8)均相通，所述中空纤维管(10)的内部为管内流道，所述前端腔体(13)、后端腔体(8)及管内流道为干侧气体流动腔体，所述加湿器壳体(1)内部空间为湿侧气体流动腔体。
2.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述前端盖(16)上固定连接有第一法兰(20)，所述加湿器壳体(1)靠近前端盖(16)的一端外表面固定连接有与第一法兰(20)相配合的第三法兰(22)，所述第三法兰(22)通过螺栓与第一法兰(20)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述前端盖(16)与加湿器壳体(1)之间设有前密封圈(11)。
4.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述后端盖(2)上固定连接有第二法兰(21)，所述加湿器壳体(1)靠近后端盖(2)的一端外表面固定连接有与第二法兰(21)相配合的第四法兰(23)，所述第四法兰(23)通过螺栓与第二法兰(21)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述后端盖(2)与加湿器壳体(1)之间设有后密封圈(9)。
6.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述空心管(6)与直通式湿侧进气通道(19)为一体成型结构，所述直通式湿侧进气通道(19)与后支撑圈(7)为一体成型结构。
7.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述加湿器壳体(1)为中空的单出口圆柱形结构。
8.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述直通式湿侧进气通道(19)的外壁面开有变径孔，所述变径孔孔径沿流动方向逐渐变小，所述直通式湿侧进气通道(19)靠近湿侧气体出口(17)侧壁面变径孔数量多，孔总面积少。
9.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述湿侧气体入口(5)的另一侧与直通式湿侧进气通道(19)、后封装胶体(3)以及后支撑圈(7)合为封闭结构。
10.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用燃料电池管式膜加湿器，其特征在于：所述后端盖(2)中干侧气体出口(4)可以不同形式、形状设置在后端盖(2)不同位置。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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