CN206992228U - 一种气体加湿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种气体加湿系统，属于加湿技术领域。该气体加湿系统包括加湿器主体、雾化喷射单元、气体喷射单元。加湿器主体至少包括从上到下依次设置的雾化喷射室和气体喷射室。雾化喷射单元包括设置于雾化喷射室中的至少一个雾化喷头，雾化喷头的入口连通用于加湿的液体。雾化喷头的喷射方向朝下。气体喷射单元包括设置于气体喷射室中的至少一个气体喷头，气体喷头的入口连通待加湿的气体。气体喷头的喷射方向朝上。本实用新型气体加湿系统能够为大流量的气体提供效率高，效果稳定的加湿，同时该气体加湿系统结构简单，加工方便，成本较低，加湿响应速度快，加湿温度可调节，尤其能够满足大功率质子交换膜燃料电池系统的加湿需求。

Description

一种气体加湿系统

技术领域

本实用新型属于加湿技术领域，涉及一种加湿系统，尤其是一种气体加湿系统。

背景技术

燃料电池是一种电化学反应装置，直接将化学能转换为电能。根据电解质的不同，可以分为质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池工作温度低，电流密度大，响应速度快，性能稳定；而且反应生成物只有水，不存在腐蚀性。因此，质子交换膜燃料电池能够广泛地应用于移动电源领域。

质子交换膜燃料电池利用氢气和氧气反应产生电能。当分别向燃料电池阳极和阴极供给氢气与氧气时，反应气体经扩散层扩散，进入多孔阳极的氢原子被催化剂吸附并离化为氢离子和电子，氢离子经由质子交换膜转移到阴极，电子在电极内传递至负极集流板经外电路负载流向阴极，在阴极催化层上氢离子和氧离子结合成水分子。而电子从外电路通过产生电能。

作为电解质的质子交换膜必须湿润，这样才能更好地传导质子。研究表明，质子交换膜的导电性与其含水量成正比。因此，为了提高转换效率，必须加湿质子交换膜。目前燃料电池所用的加湿方法主要是通过加湿反应的气体，利用湿润的气体所携带的水汽来加湿质子交换膜。

在现有的加湿方式中：焓轮加湿利用陶瓷转轮吸收尾气中的水汽和热量来对新鲜的进气加湿，但因为具有旋转部件，容易蹿气并且增加了耗能。中空纤维管束加湿方式利用亲水材质制备的无孔中空纤维束，水从中空纤维束的外侧流过，加湿气体从纤维管束的内侧流过，水由于浓差的作用从水侧扩散到气体进而完成对气体的加湿。该加湿方式所涉及的加湿器具有结构紧凑，无额外耗能等优点，可以广泛适用于各种用于移动电源的场合，但是价格昂贵，不利降低燃料电池的成本。鼓泡加湿方式是将反应的气体通入盛有一定温度的水中，利用气泡表面传热传质达到加湿气体的目的。鼓泡加湿器结构简单，材料便宜，但由于鼓泡后气泡不均匀，加湿效率低，通常仅适用于小功率的燃料电池实验室测试，而对大功率(10kW以上)的燃料电池而言则不能满足要求。雾化加湿方式利用液体雾化的原理对进气进行加湿，公开号为CN 1516308A的中国专利申请公开了一种超声雾化的燃料电池系统，利用超声波，将盛在容器中的液态水进行雾化，然后被气体携带进入燃料电池系统中，但是由于超声波雾化实际是许多小液滴，并不是真正的水蒸气，加湿效果不理想。公开号为CN101577338A的中国专利申请涉及一种燃料电池加湿器，提出了采用雾化喷嘴和换热器结合的方法，通过采用换热的方式对气体温度进行控制，但在对大流量气体进行加湿时，换热的方式温度控制响应速度慢，影响加湿效果(气体中存在冷凝水或不能充分加湿)。

综上，现有技术中，没有适用于大功率(10kW以上)的燃料电池系统和适用于大流量气体的结构简单，成本较低，加湿效率高的加湿系统。因而，能够对大流量气体进行高效加湿，且所涉及的系统结构简单，成本较低，加湿效率高，加湿效果稳定的加湿技术具有极强的研究意义和应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够对大流量气体进行有效加湿，结构简单，加湿效果稳定，尤其适用于燃料电池系统加湿的气体加湿系统。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种气体加湿系统，包括加湿器主体、雾化喷射单元、气体喷射单元；所述加湿器主体至少包括从上到下依次设置的雾化喷射室和气体喷射室；所述雾化喷射单元包括设置于所述雾化喷射室中的至少一个雾化喷头，所述雾化喷头的入口连通用于加湿的液体；所述雾化喷头的喷射方向朝下；所述气体喷射单元包括设置于所述气体喷射室中的至少一个气体喷头，所述气体喷头的入口连通待加湿的气体；所述气体喷头的喷射方向朝上。

所述加湿器主体还包括位于所述雾化喷射室上方的气液分离室，以对加湿后的气体进行气液分离；优选地，所述气体加湿系统还包括连通所述气液分离室的气体加热单元，所述气体加热单元包括气体加热器，以对经过气液分离的气体进行加热，去除冷凝水；优选地，所述气体加热单元还包括第一温度传感器，以检测经过气液分离后的气体的温度，辅助调节对经过气液分离后的气体的加热；优选地，所述气体加热器安装在所述气液分离室的顶部的出口处。

所述雾化喷射单元还包括连接所述雾化喷头的雾化流量控制器，所述雾化流量控制器包括至少一个流量控制阀，以控制用于加湿的液体的流量。

所述加湿器主体的出口处设置露点温度传感器，以检测出口处的气体的露点温度；所述露点温度传感器与所述雾化流量控制器通信连接，构成闭环控制，以根据所述出口处的气体的露点温度，调整雾化流量的大小，保证加湿后气体的露点温度与设置的露点温度一致。

所述气体喷射单元还包括连接所述气体喷头的气体流量控制器，以调节进入所述气体喷射室的气体的流量。

所述气液分离室和所述雾化喷射室之间采用孔板结构进行隔离。

所述气液分离室之内采用鲍尔环填充。

所述加湿器主体还包括位于所述气体喷射室下方的回流盛液室。

所述回流盛液室通过补液管道连通进入所述雾化喷头的通道，以用于从所述回流盛液室向所述雾化喷头补充用于加湿的液体；优选地，所述补液管道中设置有补液模块，所述补液模块包括补液电磁阀；所述回流盛液室中设置有液位检测器；所述液位检测器与所述补液电磁阀通信连接，以由所述补液电磁阀根据所述液位检测器的检测结果来辅助调节所述补液管道的开闭；优选地，所述补液管道中设置有液体加热模块；所述液体加热模块包括第二温度传感器和液体加热器，以检测所述补液管道中液体的温度和加热所述液体；优选地，所述补液管道中设置有循环泵，以为补液提供动力。

所述液体为水。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型气体加湿系统能够为大流量的气体提供效率高，效果稳定的加湿，同时该气体加湿系统结构简单，加工方便，成本较低，加湿响应速度快，加湿温度可调节。该气体加湿系统尤其能够满足大功率燃料电池系统(尤其是质子交换膜燃料电池系统)的加湿需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例中气体加湿系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中孔板结构的平面示意图；

图3为本实用新型实施例中同一层上雾化喷头的分布示意图；

图4为本实用新型实施例中同一层上气体喷头的分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提出了一种气体加湿系统，包括加湿器主体、雾化喷射单元、气体喷射单元、气体加热单元和补液单元。图1所示为本实施例中该气体加湿系统的结构示意图。

加湿器主体1为筒状结构，包括从上到下依次设置的气液分离室101(用于过滤初步加湿后的气体中大量的液态水)、雾化喷射室102、气体喷射室103和回流盛液室104(用于盛装一起回流入其中的气液分离出的液态水和雾化冷凝产生的多余的液态水)。气液分离室101和雾化喷射室102之间采用孔板结构6进行隔离，孔板结构6为多孔的薄板结构。气液分离室101之内采用鲍尔环填充。图2所示为孔板结构的平面示意图。

雾化喷射单元包括设置于雾化喷射室102中的雾化喷头201，雾化喷头201的入口连通用于雾化加湿的液体。雾化喷头201的喷射方向朝下。雾化喷头201均匀地布置在雾化喷射室102内，在垂直方向上可一层或者多层分布，如图3所示为在一层上雾化喷头201的分布。

雾化喷射单元还包括连接雾化喷头201的雾化流量控制器202，雾化流量控制器202包括至少一个流量控制阀，以控制用于加湿的液体的流量。加湿器主体的出口处设置露点温度传感器203，露点温度传感器203与雾化流量控制器202通信连接(图1中以虚线表示)，构成闭环控制，以根据出口处气体的露点温度，实时调整雾化流量的大小，保证加湿后的露点温度和设置的露点温度一致。

气体喷射单元包括设置于气体喷射室中103的气体喷头301，气体喷头301的入口连通待加湿的气体。气体喷头301的喷射方向朝上，即朝向雾化喷射室102。气体喷头均匀地在气体喷射室103内分布，图4所示为其分布的示意图。

气体喷射单元还包括连接气体喷头301的气体流量控制器302，以调节进入气体喷射室103的气体的流量。

回流盛液室104通过补液管道连通进入雾化喷头201的通道，以用于从回流盛液室104向雾化喷头201补充用于加湿的液体。补液管道中设置有补液模块，补液模块包括补液电磁阀401。回流盛液室104的底部设置有液位检测器402，以用于检测回流盛液室104内的液位。液位检测器402与补液电磁阀401通信连接，以由补液电磁阀401根据液位检测器402的检测结果来辅助调节补液管道的开闭。如图1所示，补液单元还包括设置在补液管道中的循环水泵405，为补液提供动力。

补液管道中还设置有液体加热模块。液体加热模块包括第二温度传感器403和液体加热器404，以检测补液管道中液体的温度和加热液体。

气体加湿系统还包括连通气液分离室101的气体加热单元。气体加热单元包括气体加热器501，以对经过气液分离的气体进行加热，去除其中的冷凝水。气体加热单元还包括第一温度传感器502，以检测经过气液分离后的气体的温度，辅助调节对其进行加热。气体加热器501安装在气液分离室101的顶部的出口处。

本实施例中，液体采用水。且在雾化喷头的入口处提供的为去离子水。

该气体加湿系统在运行时，去离子水通过雾化喷头被喷入雾化喷射室102，待加湿的干燥的气体从气体流量控制器进入气体喷射室，并进入气体喷射器，与雾化喷头对喷。采用这种对喷的方式，能够利用高速气流将雾化产生的水雾冲散，产生强烈的碰撞，促进气体加湿。加湿器主体的出口处安装的露点温度传感器203与雾化流量控制器202通信连接，雾化流量控制器202根据露点温度传感器203反馈的出口处气体的露点温度，自动调节用于雾化加湿的液态水的流量，调整加湿能力。

由于初步雾化后的气体含有一些液态水滴，加湿后的气体经过气液分离室，过滤掉大量的液态水，这些液态水将连同雾化冷凝产生的多余的液态水一起回流进入回流盛水室104。经过气液分离后的气体，由第一温度传感器502检测其温度，据此气体加热器501调整对气体进行加热的功率，形成闭环控制。

此外，流回回流盛水室104内的液态水，能够在循环水泵的作用下，依次经过液体加热模块、循环水泵、雾化流量控制器后进入雾化喷射室，由雾化喷头喷射进行循环。

综上可知，本实用新型气体加湿系统能够为大流量的气体提供效率高，效果稳定的加湿，同时该气体加湿系统结构简单，加工方便，成本较低，加湿响应速度快，加湿温度可调节。该气体加湿系统尤其能够满足大功率燃料电池系统(尤其是质子交换膜燃料电池系统)的加湿需求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种气体加湿系统，其特征在于：包括加湿器主体、雾化喷射单元、气体喷射单元；

所述加湿器主体至少包括从上到下依次设置的雾化喷射室和气体喷射室；

所述雾化喷射单元包括设置于所述雾化喷射室中的至少一个雾化喷头，所述雾化喷头的入口连通用于加湿的液体；所述雾化喷头的喷射方向朝下；

所述气体喷射单元包括设置于所述气体喷射室中的至少一个气体喷头，所述气体喷头的入口连通待加湿的气体；所述气体喷头的喷射方向朝上。

2.根据权利要求1所述的气体加湿系统，其特征在于：所述加湿器主体还包括位于所述雾化喷射室上方的气液分离室，以对加湿后的气体进行气液分离。

3.根据权利要求2所述的气体加湿系统，其特征在于：所述气体加湿系统还包括连通所述气液分离室的气体加热单元，所述气体加热单元包括气体加热器，以对经过气液分离的气体进行加热，去除冷凝水。

4.根据权利要求2所述的气体加湿系统，其特征在于：所述气体加热单元还包括第一温度传感器，以检测经过气液分离后的气体的温度，辅助调节对经过气液分离后的气体的加热。

5.根据权利要求2所述的气体加湿系统，其特征在于：所述气体加热器安装在所述气液分离室的顶部的出口处。

6.根据权利要求1所述的气体加湿系统，其特征在于：所述雾化喷射单元还包括连接所述雾化喷头的雾化流量控制器，所述雾化流量控制器包括至少一个流量控制阀，以控制用于加湿的液体的流量。

7.根据权利要求6所述的气体加湿系统，其特征在于：所述加湿器主体的出口处设置露点温度传感器，以检测出口处的气体的露点温度；

所述露点温度传感器与所述雾化流量控制器通信连接，构成闭环控制，以根据所述出口处的气体的露点温度，调整雾化流量的大小，保证加湿后气体的露点温度与设置的露点温度一致。

8.根据权利要求1所述的气体加湿系统，其特征在于：所述气体喷射单元还包括连接所述气体喷头的气体流量控制器，以调节进入所述气体喷射室的气体的流量。

9.根据权利要求2所述的气体加湿系统，其特征在于：所述气液分离室和所述雾化喷射室之间采用孔板结构进行隔离。

10.根据权利要求2所述的气体加湿系统，其特征在于：所述气液分离室之内采用鲍尔环填充。

11.根据权利要求1所述的气体加湿系统，其特征在于：所述加湿器主体还包括位于所述气体喷射室下方的回流盛液室。

12.根据权利要求11所述的气体加湿系统，其特征在于：所述回流盛液室通过补液管道连通进入所述雾化喷头的通道，以用于从所述回流盛液室向所述雾化喷头补充用于加湿的液体。

13.根据权利要求12所述的气体加湿系统，其特征在于：所述补液管道中设置有补液模块，所述补液模块包括补液电磁阀；所述回流盛液室中设置有液位检测器；所述液位检测器与所述补液电磁阀通信连接，以由所述补液电磁阀根据所述液位检测器的检测结果来辅助调节所述补液管道的开闭。

14.根据权利要求12所述的气体加湿系统，其特征在于：所述补液管道中设置有液体加热模块；所述液体加热模块包括第二温度传感器和液体加热器，以检测所述补液管道中液体的温度和加热所述液体。

15.根据权利要求12所述的气体加湿系统，其特征在于：所述补液管道中设置有循环泵，以为补液提供动力。

16.根据权利要求1、6、7、11-15中任一项所述的气体加湿系统，其特征在于：所述液体为水。