CN206022525U - 一种气体加湿装置及其空气或燃气供应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空气或可燃气体加湿和控温的装置，特别是一种气体加湿装置及其空气或燃气供应系统。气体加湿装置包括水箱、加湿器、及水泵；加湿器包括加湿部和脱湿部，加湿部与脱湿部连通，加湿部和脱湿部上分别具有进气口和出气口，水泵、水箱、加湿部、及脱湿部连成加湿回路。该结构简单，使用安装方便，能够通过加湿‑脱湿方式使输出的气体达到饱和湿度，提高气体的可用性。并且对加湿用的水进行回收利用，构成加湿回路避免水的浪费，保证节能降耗。该结构简单、体积大小可调节，能够在工业和家用方面实现通用，该装置成本低廉，能够直接安装在气体管道上，有效实现加湿和控温，保证输出的气体的输出量和温度并兼顾了气体的湿度饱和。

Description

一种气体加湿装置及其空气或燃气供应系统

技术领域

本实用新型涉及一种空气或可燃气体加湿和控温的装置，特别是一种气体加湿装置及其空气或燃气供应系统。

背景技术

由于质子交换膜燃料电池或天然气使用输送过程中，往往需要对燃气或者空气进行加湿，从而保护设备，而现在的加湿气设备庞大，而且加湿效果不好，不利于安装和使用，现在市场上急需要一种能够快速对气体进行加湿并且设备小巧，易于安装和不易受地形影响的加湿装置；有限的将气体加湿到饱和湿度，从而提高设备的安全使用性。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种气体加湿装置及其空气或燃气供应系统，该结构简单，使用安装方便，能够通过加湿-脱湿方式使输出的气体达到饱和湿度，提高气体的可用性。并且对加湿用的水进行回收利用，构成加湿回路避免水的浪费，保证节能降耗。该结构简单、体积大小可调节，能够在工业和家用方面实现通用，该装置成本低廉，能够直接安装在气体管道上，有效实现加湿和控温，保证输出的气体的输出量和温度并兼顾了气体的湿度饱和。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型公开了一种气体加湿装置，包括水箱、加湿器、及水泵；加湿器包括加湿部和脱湿部，加湿部与脱湿部连通，加湿部和脱湿部上分别具有进气口和出气口，水泵、水箱、加湿部、及脱湿部连成加湿回路。该结构能够采用两个相互连通的加湿腔与脱湿腔方便的实现加湿，并保证气体达到饱和湿度，提高气体的可用性。并且对加湿用的水进行回收利用，构成加湿回路，避免水的浪费，保证节能降耗。

进一步，在水箱上设置有加热器，加热器用于对水箱内的水加热；在水箱上设置还有液位计、温度计、及补水口；在水箱内装有去离子水；在水泵的输出端串联有流量计。能方便实现水箱的补水和温度控制，此外，流量计的设置保证了加湿部内水雾和气体的充分混合，使气体的湿气超过饱和湿气的程度。

进一步，加湿部内具有加湿腔，脱湿部内具有脱湿腔，加湿腔与脱湿腔连通；加湿部用于对气体加湿使气体超过饱和湿度，脱湿腔通过脱湿珠使气体脱湿至饱和湿度。将气体加湿至过饱和然后再脱湿，能够有效的保证设备输出口的气体达到饱和湿度状态，提高气体的可用性。

进一步，在脱湿腔内设有脱湿珠，加湿腔与脱湿腔之间设有隔网，隔网的网孔小于脱湿珠；脱湿珠用于吸附多余的水雾使气体湿度饱和。保证气体通过的情况下，有效避免脱湿珠进入加湿腔而影响加湿器的正常使用。

进一步，在加湿腔内设置有喷雾器，喷雾器通过加湿部上的进水口连通水泵，喷雾器具有多个喷雾头，喷雾头均匀对称设置在加湿腔的内侧壁上且喷出的水雾相互对冲；出气口设置脱湿腔的顶部且在脱湿腔底部设置有出水口，出水口连通水箱。能够使气体与水雾充分结合，提高气体与水雾的结合速度，提高气体湿饱和速度；从而降低加湿部的体积；使水雾之间相互碰撞，水雾的粒度更小，进一步提高气体湿饱和速度。

基于权上述气体加湿装置的空气供应系统，用于燃料电池，包括分别连接在燃料电池空气进出口的进气系统和排气系统，进气系统包括串联的、压缩机、及加湿装置，排气系统包括限压阀。该供应系统通过鼓风机或压缩机吸入并增压至设定压力，保证燃料电池的化学反应速度，发电过程中阴极侧会产生废气和水，限压阀能够防止排放废气时失压对燃料电池造成不利影响。

进一步，排气系统包括串联的限压阀和气液分离器，限压阀的输入端连通燃料电池；气液分离器的出气口与空气连通、出液口可连通加湿装置；进气系统包括依次连通的过滤器、压缩机、流量计、及加湿装置，加湿装置的输出端连通燃料电池。排气系统能够有效处理燃料电池的尾气，保证设备的正常使用，保证燃料电池的尾气的水分回收；实现节能降耗。

基于上述气体加湿装置的燃气供应系统，用于燃料电池，包括进气系统和回气系统，进气系统连接在燃料电池的燃气进口上，回气系统并联在燃料电池的燃气进出口之间；进气系统包括串联的燃气罐、减压阀、及加湿装置。通过该进气系统的设置能够为燃料电池均匀供气，保证燃气使用压力的情况下，对燃气进行加湿，保证燃气达到饱和湿度，该回气系统的设置能够保证燃气回收利用，提高燃气利用率，保证燃气的有效使用和安全使用。

进一步，还包括吹扫系统，回气系统包括串联的换向阀和循环泵，吹扫系统包括氮气罐和吹扫排气阀，氮气罐与燃气罐并联，吹扫排气阀并联在循环泵的输出侧。该吹扫系统能够在燃烧电池的使用前后对进气系统和燃料电池进行清扫，提高电池和装置在非使用状态下的安全性。

进一步，进气系统包括先后串联的燃气罐、燃气截止阀、燃气切断阀、减压阀、燃气过滤器、防回火阀、流量计、及加湿装置；加湿装置的输出侧与燃料电池相连；回气系统包括先后串联的两位三通换向阀、燃气循环泵、流量计，该流量计的输出侧连接燃料电池的燃气进口，两位三通换向阀连接燃料电池的燃气出口；吹扫系统包括先后串联的氮气罐、氮气截止阀、及氮气切断阀；氮气切断阀连接到燃气截止阀的输出口处。该结构的设计能够保证燃气罐的的均匀供气，防止燃气罐供气危害，提高燃气罐的稳定性和安全性。该回气系统能够在保证电池内燃气压力的情况下，包含提高燃气的利用率，同时通过换向阀有效的降低回气中气体的压力，实现压力的有效调节。

进一步，在水箱上设置有加热器，加热器用于对水箱内的水加热。通过该加热器的设计能够实现对气体温度的控制，提高输出气体的可用性。水箱内水的温度为60-70度。该温度的控制特别适用于质子交换膜燃料电池的反应温度，通过水温的控制有效的调节质子交换膜燃料电池燃气或空气的温度和湿度。

进一步，加湿部与脱湿部连为一体，加湿部的输出方向垂直于脱湿部的轴向；加湿部和脱湿部分别呈罐状，加湿部连接在脱湿部的侧壁中部，加湿部横向布置，脱湿部竖向布置。方便于该结构的使用和生产，避免现场安装过程中造成的漏气，提高安全性，此外，其一体的结构能够保证过湿的气体直接进入脱湿部，防止通过管道连接而使管道中蓄积水，避免气体在进入脱湿部之前发生脱湿。

进一步，加湿部内的进气量和进水量由控制器统一控制，使气体的湿度超过饱和湿度。控制器能够根据具有饱和湿气的气体的合格量和需求量，有效控制加湿部的进气量和进水量，提高装置的自动化程度。

进一步，在水箱上设置有加热器、液位计、温度计、及补水口；控制器根据温度计控制加热器的输出功率，控制器根据液位计控制补水口的开闭。利用控制器进一步控制水箱，保证整个加湿装置的可用性和安全性，提高装置的使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.该结构简单，使用安装方便，能够通过加湿-脱湿方式使输出的气体达到饱和湿度，提高气体的可用性。并且对加湿用的水进行回收利用，构成加湿回路避免水的浪费，保证节能降耗。能够在工业和家用方面实现通用，该装置成本低廉，能够直接安装在气体管道上，有效实现加湿和控温，保证输出的气体的输出量和温度并兼顾了气体的湿度饱和。

2.燃气系统的设置能够为燃料电池均匀供气，保证氢气使用压力的情况下，对氢气进行加湿，保证氢气达到饱和湿度，该回气系统的设置能够保证氢气回收利用，提高氢气利用率，保证氢气的有效使用和安全使用。

3.通过过滤器有效的过滤空气中可能存在的粉尘过滤；然后被鼓风机或压缩机吸入并增压至设定压力，保证燃料电池的化学反应速度，发电过程中阴极侧会产生废气和水，限压阀能够防止排放废气时失压对燃料电池造成不利影响；该供气系统能够为燃料电池运行过程中提供氧气，并将将空气中可能存在的粉尘过滤，控制燃料电池增压至设定压力；让尾气中生成的水进入整个水冷却管理系统循环利用，保证系统的独立性。

附图说明

图1是气体加湿装置的主视图；

图2使应用气体加湿装置的燃料电池的空气供应系统；

图3使应用气体加湿装置的燃料电池的燃气供应系统。

图中标记：1-水箱，11-加热器，12-补水口，2-水泵，3-加湿器，31-加湿部，32-脱湿部，33-脱湿珠，34-喷雾器，4-流量计，101-过滤器，102-压缩机，103-燃料电池，104-限压阀，105 -气液分离器，201-燃气罐，202-氮气罐，203-减压阀，204-燃气过滤器，205-换向阀，206-循环泵。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型的一种气体加湿装置，包括水箱1、加湿器3、及水泵2；加湿器3包括加湿部31和脱湿部32，加湿部31与脱湿部32连通，加湿部31和脱湿部32上分别具有进气口和出气口，水泵2、水箱1、加湿部31、及脱湿部32连成加湿回路。在水箱1上设置有加热器11，加热器11用于对水箱1内的水加热。水箱1内水的温度为60-70度。在水箱1上设置还有液位计、温度计、及补水口12；在水箱1内装有去离子水；在水泵2的输出端串联有流量计4。

加湿部31内具有加湿腔，脱湿部32内具有脱湿腔，加湿腔与脱湿腔连通；加湿部31用于对气体加湿使气体超过饱和湿度，脱湿腔通过脱湿珠33使气体脱湿至饱和湿度。在脱湿腔内设有脱湿珠33，加湿腔与脱湿腔之间设有隔网，隔网的网孔小于脱湿珠33；脱湿珠33用于吸附多余的水雾使气体湿度饱和。在加湿腔内设置有喷雾器34，喷雾器34通过加湿部31上的进水口连通水泵2，喷雾器34具有多个喷雾头，喷雾头均匀对称设置在加湿腔的内侧壁上且喷出的水雾相互对冲；出气口设置脱湿腔的顶部且在脱湿腔底部设置有出水口，出水口连通水箱1。加湿部31与脱湿部32连为一体，加湿部31的输出方向垂直于脱湿部32的轴向；加湿部31和脱湿部32分别呈罐状，加湿部31连接在脱湿部32的侧壁中部，加湿部31横向布置，脱湿部32竖向布置。

加湿部31内的进气量和进水量由控制器统一控制，使气体的湿度超过饱和湿度。在水箱1上设置有加热器11、液位计、温度计、及补水口12；控制器根据温度计控制加热器11的输出功率，控制器根据液位计控制补水口12的开闭。脱湿珠33采用表面光滑且大小均匀的玻璃珠。

本装置在使用时，待加湿的气体经进气口进入加湿腔，并沿水平方向输送，水箱1中的去离子水由水泵2抽取并经流量计4流入加湿腔，去离子水由喷雾器34竖直方向喷出，喷雾器34喷出的水雾与待加湿的气体充分混合为过湿气体，过湿气体经过隔网进入脱湿腔；过湿气体进入脱湿腔中发生分层，其过湿程度高的气体下沉，过湿程度低的气体上升，过湿气体中多余的水分被吸附到玻璃珠的表面，然后过湿气体上升，在脱湿腔的上层过湿气体脱湿为具有饱和湿气的气体，然后通过出气口输出；被玻璃珠吸附的水分冷凝为水滴下落，然后仅脱湿腔下部的出水口排出流回水箱1中。

加热器11将水箱1中的去离子水加热至60-70℃，热量经加湿回路使气体具有60-70℃的温度，当温度计检测到温度低于设定值时，温度计反馈信号至控制器并由控制器控制加热器11升温；当温度计检测到温度高于设定值时，控制器控制补水口12进水，从而保持冷却水箱1内的水温。控制器根据加热腔的进气量控制水泵2的输出功率，从而调节加热腔的进水量。

实施例2

如图2所示，本实用新型的一种燃料电池103的空气供应系统，包括分别连接在燃料电池103空气进出口的进气系统和排气系统，进气系统包括串联的过滤器101、压缩机102、及加湿装置，排气系统包括限压阀104。燃料电池103为质子交换膜的氢燃料电池103。

压缩机102的出风量和水泵2的进水量由控制器统一控制，并使气体的湿度超过饱和湿度；控制器根据温度计控制加热器11的输出功率，控制器根据液位计控制补水口12的开闭。在进气系统的输出端分别并联由湿度传感器、温度传感器、及压力传感器；控制器根据压力传感器的检测值控制压缩机102或限压阀104；控制器根据温度传感器或湿度传感器的检测值控制加湿装置。排气系统包括串联的限压阀104和气液分离器105，限压阀104的输入端连通质子交换膜式燃料电池103；气液分离器105的出气口与空气连通、出液口可连通加湿装置。进气系统包括依次连通的过滤器101、压缩机102、流量计4、及加湿装置，加湿装置的输出端连通质子交换膜式燃料电池103。

加湿装置包括相互连通加湿腔和脱湿腔，加湿腔用于将氢气加湿至超过其饱和湿度，脱湿腔用于将吸附湿气使氢气具有饱和湿度。在脱湿腔内设置有脱湿珠33，脱湿珠33为表面光滑的球形，加湿腔与脱湿腔采用隔网隔开。加湿装置还包括水泵2和水箱1，水箱1通过水泵2连通加湿腔且脱湿腔连通水箱1，使水箱1、水泵2、加湿腔及脱湿腔之间构成用于水循环的回路。在加湿腔内设置有连通水泵2的喷雾器34，喷雾器34具有多个喷雾头，喷雾头均匀对称设置在加湿腔的内侧壁上；出气口设置脱湿腔的顶部且在脱湿腔底部设置有连通水箱1的出水口。水箱1上设置有加热器11、补水口12、液位计、及温度计；在水箱1内装有去离子水；在水泵2的输出端串联有流量计4。

本装置在使用时，进入先进入过滤器101将可能存在的粉尘过滤；净化后的新鲜空气被鼓风机或压缩机102吸入并增压至设定压力，而后该新鲜空气以一定速度进入加湿装置的加湿腔并使空气过湿，过湿的空气进入脱湿腔脱湿至饱和湿度；达到饱和湿度的空气直接进入燃料电池103组。发电过程中阴极侧会产生废气和水，故空气侧出口增加了一个尾气排放限压阀104，防止排放废气时失压对燃料电池103造成不利影响，并且在尾气限压阀104后面增加了一个气液分离器105，让生成的水进入整个水冷却管理系统循环利用，保证系统的独立性。

加湿装置在使用时氢气进入加湿腔，并沿水平方向输送，水箱1中的去离子水由水泵2抽取并经流量计4流入加湿腔，去离子水由喷雾器34竖直方向喷出，喷雾器34喷出的水雾与待加湿的气体充分混合为过湿气体，过湿气体经过隔网进入脱湿腔；过湿气体进入脱湿腔中发生分层，其过湿程度高的气体下沉，过湿程度低的气体上升，过湿气体中多余的水分被吸附到玻璃珠的表面，然后过湿气体上升，在脱湿腔的上层过湿气体脱湿为具有饱和湿气的气体，然后通过出气口输出；被玻璃珠吸附的水分冷凝为水滴下落，然后仅脱湿腔下部的出水口排出流回水箱1中。

实施例3

如图3所示，本实用新型的一种燃料电池103的燃气供应系统，包括进气系统、回气系统和吹扫系统，进气系统连接在燃料电池103的燃气进口上,燃料电池103为质子交换膜燃料电池103，回气系统并联在燃料电池103的燃气进出口之间；进气系统包括先后串联的燃气罐201、氢气截止阀、氢气切断阀、减压阀203、燃气过滤器204、防回火阀、流量计4、及加湿装置；加湿装置的输出侧与燃料电池103相连；回气系统包括先后串联的两位三通换向阀205、氢气循环泵206、流量计4，该流量计4的输出侧连接燃料电池103的燃气进口，两位三通换向阀205连接燃料电池103的氢气出口。吹扫系统包括氮气罐202、氮气截止阀、氮气切断阀、及吹扫排气阀，吹扫排气阀并联在循环泵206的输出侧。氮气罐202、氮气截止阀、及氮气切断阀先后串联；氮气切断阀连接到氢气截止阀的输出口处。

加湿装置包括相互连通加湿腔和脱湿腔，加湿腔用于将燃气加湿至超过其饱和湿度，脱湿腔用于将吸附湿气使氢气具有饱和湿度。在脱湿腔内设置有脱湿珠33，脱湿珠33为表面光滑的球形，加湿腔与脱湿腔采用隔网隔开。加湿装置还包括水泵2和水箱1，水箱1通过水泵2连通加湿腔且脱湿腔连通水箱1，使水箱1、水泵2、加湿腔及脱湿腔之间构成用于水循环的回路。水箱1上设置有加热器11、补水口12、液位计、及温度计；在水箱1内装有去离子水；在水泵2的输出端串联有流量计4，加热器11、水泵2、循环泵206共同连接有控制器，控制器根据水箱1水位控制补水口12的启闭，根据水箱1水温控制加热器11，根据燃料电池103的燃气进口处的湿度控制控制水泵2，根据燃料电池103的燃气进口处的压力控制循环泵206或减压阀203。

本装置在使用时时，采用氮气对燃料电池103进行吹扫，氮气依次通过氮气截止阀、氮气切断阀、氢气切断阀、减压阀203、燃气过滤器204、防回火阀、流量计4、加湿装置、燃料电池103、换向阀205、循环泵206、吹扫排气阀，然后排出氮气，完成吹扫过程。

吹扫完成后，氢气对燃料电池103供气，燃气罐201中的氢气依次通过氢气截止阀、氢气切断阀、减压阀203、燃气过滤器204、防回火阀、流量计4、及加湿装置进入燃料电池103，部分氢气被燃料电池103消耗，未消耗的氢气依次经过两位三通换向阀205、循环泵206、流量计4流会到燃料电池103的燃气进口处；当燃料电池103内的氢气压力大于正常工作压力时，两位三通换向阀205对氢气进行泄压。

当燃料电池103使用完成后，采用氮气再次对氢气切断阀进行吹扫。

加湿装置在使用时氢气进入加湿腔，并沿水平方向输送，水箱1中的去离子水由水泵2抽取并经流量计4流入加湿腔，去离子水由喷雾器34竖直方向喷出，喷雾器34喷出的水雾与待加湿的气体充分混合为过湿气体，过湿气体经过隔网进入脱湿腔；过湿气体进入脱湿腔中发生分层，其过湿程度高的气体下沉，过湿程度低的气体上升，过湿气体中多余的水分被吸附到玻璃珠的表面，然后过湿气体上升，在脱湿腔的上层过湿气体脱湿为具有饱和湿气的气体，然后通过出气口输出；被玻璃珠吸附的水分冷凝为水滴下落，然后仅脱湿腔下部的出水口排出流回水箱1中。

Claims (10)

1.一种气体加湿装置，其特征在于，包括水箱（1）、加湿器（3）、及水泵（2）；加湿器（3）包括加湿部（31）和脱湿部（32），加湿部（31）与脱湿部（32）连通，加湿部（31）和脱湿部（32）上分别具有进气口和出气口，水泵（2）、水箱（1）、加湿部（31）、及脱湿部（32）连成加湿回路。

2.如权利要求1所述的气体加湿装置，其特征在于，在水箱（1）上设置有加热器（11），加热器（11）用于对水箱（1）内的水加热；在水箱（1）上设置还有液位计、温度计、及补水口（12）；在水箱（1）内装有去离子水；在水泵（2）的输出端串联有流量计（4）。

3.如权利要求1所述的气体加湿装置，其特征在于，加湿部（31）内具有加湿腔，脱湿部（32）内具有脱湿腔，加湿腔与脱湿腔连通；加湿部（31）用于对气体加湿使气体超过饱和湿度，脱湿腔通过脱湿珠（33）使气体脱湿至饱和湿度。

4.如权利要求3所述的气体加湿装置，其特征在于，在脱湿腔内设有脱湿珠（33），加湿腔与脱湿腔之间设有隔网，隔网的网孔小于脱湿珠（33）；脱湿珠（33）用于吸附多余的水雾使气体湿度饱和。

5.如权利要求3所述的气体加湿装置，其特征在于，在加湿腔内设置有喷雾器（34），喷雾器（34）通过加湿部（31）上的进水口连通水泵（2），喷雾器（34）具有多个喷雾头，喷雾头均匀对称设置在加湿腔的内侧壁上且喷出的水雾相互对冲；出气口设置脱湿腔的顶部且在脱湿腔底部设置有出水口，出水口连通水箱（1）。

6.基于权利要求1-5任一项所述气体加湿装置的空气供应系统，用于燃料电池（103），其特征在于，包括分别连接在燃料电池（103）空气进出口的进气系统和排气系统，进气系统包括串联的压缩机（102）、及加湿装置，排气系统包括限压阀（104）。

7.如权利要求6所述的空气供应系统，其特征在于，排气系统包括串联的限压阀（104）和气液分离器（105），限压阀（104）的输入端连通燃料电池（103）；气液分离器（105）的出气口与空气连通、出液口可连通加湿装置；进气系统包括依次连通的过滤器、压缩机（102）、流量计（4）、及加湿装置，加湿装置的输出端连通燃料电池（103）。

8.基于权利要求1-5任一项所述气体加湿装置的燃气供应系统，用于燃料电池（103），其特征在于，包括进气系统和回气系统，进气系统连接在燃料电池（103）的燃气进口上，回气系统并联在燃料电池（103）的燃气进出口之间；进气系统包括串联的燃气罐（201）、减压阀（203）、及加湿装置。

9.如权利要求8所述的燃气供应系统，其特征在于，还包括吹扫系统，回气系统包括串联的换向阀（205）和循环泵（206），吹扫系统包括氮气罐（202）和吹扫排气阀，氮气罐（202）与燃气罐（201）并联，吹扫排气阀并联在循环泵（206）的输出侧。

10.如权利要求9所述的燃气供应系统，其特征在于，进气系统包括先后串联的燃气罐（201）、燃气截止阀、燃气切断阀、减压阀（203）、燃气过滤器、防回火阀、流量计（4）、及加湿装置；加湿装置的输出侧与燃料电池（103）相连；回气系统包括先后串联的两位三通换向阀（205）、燃气循环泵（206）、流量计（4），该流量计（4）的输出侧连接燃料电池（103）的燃气进口，两位三通换向阀（205）连接燃料电池（103）的燃气出口；吹扫系统包括先后串联的氮气罐（202）、氮气截止阀、及氮气切断阀；氮气切断阀连接到燃气截止阀的输出口处。