CN211480196U - 一种燃料电池反应气体加热加湿装置 - Google Patents

一种燃料电池反应气体加热加湿装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池反应气体加热加湿装置。该装置，包括加湿罐和喷淋组件；加湿罐内填充有若干层填料层，加湿罐设有与其内部相通的进气口和出气口，进气口处于加湿罐的侧下方，且进气口的高度低于填料层的高度，出气口位于加湿罐的顶端，出气口设有用于检测其温湿度的温湿度传感器；喷淋组件包括与加湿罐的底部通过循环管连通的喷淋头、用于调节循环管的流量调节组件和用于调节循环管内水温的温度调节组件，喷淋头设置在加湿罐内部顶端，朝填料层喷淋水。本实用新型的加热加湿装置对进入燃料电池的反应气体进行温度及湿度的调节及控制，加湿罐内的填料能增大表面蒸发面积，提供良好的加热和加湿效果。

Description

一种燃料电池反应气体加热加湿装置
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池反应气体加热加湿装置。
背景技术
燃料电池水、热管理对燃料电池的性能、效率、启动、寿命等极其重要。在燃料电池运行过程中质子交换膜的电导与其水含量密切相关，当质子交换膜失水时，将失去氢离子的传导能力；燃料电池工作温度与电池的性能密切相关，当反应气体温度升高时，电池性能逐步改善。因此，如何控制好反应气体的温度和湿度尤为重要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种能够对进入燃料电池的反应气体进行温度及湿度的调节及控制的燃料电池反应气体加热加湿装置。
本实用新型的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，包括加湿罐和喷淋组件；所述加湿罐内填充有若干层填料层，所述加湿罐设有与其内部相通的进气口和出气口，所述进气口处于所述加湿罐的侧下方，且所述进气口的高度低于所述填料层的高度，所述出气口位于所述加湿罐的顶端，所述出气口设有用于检测其温湿度的温湿度传感器；所述喷淋组件包括与所述加湿罐的底部通过循环管连通的喷淋头、用于调节所述循环管的流量调节组件和用于调节所述循环管内水温的温度调节组件，所述喷淋头设置在所述加湿罐内部顶端，朝所述填料层喷淋水。
优选的，所述流量调节组件包括水泵和第二阀门，所述水泵和第二阀门均设置在所述循环管上，所述水泵的进水端与所述加湿罐内部相连通，所述水泵的出水端与所述温度调节组件相连通，所述第二阀门用于调节所述循环管的流量。
优选的，所述流量调节组件包括变频泵，所述变频泵设置在所述循环管上，所述变频泵的进水端与所述加湿罐内部相连通，所述变频泵的出水端与所述温度调节组件相连通。
优选的，所述温度调节组件包括电加热器、换热器和温度传感器，所述电加热器设置在所述循环管上，所述换热器的热流道与所述循环管串联，所述换热器的冷流道通过冷水管与外部水源相连通，所述冷水管上设有调节其流量的第一阀门，所述温度传感器设置在所述喷淋头的进水口，用于检测进入所述喷淋头的水温。
优选的，所述喷淋头的进水口还设有用于检测循环管的流量的液体流量传感器。
优选的，所述加热加湿装置还包括控制器，所述第一阀门为电阀门，所述控制器与所述温湿度传感器、液体流量传感器、流量调节组件、电加热器和第一阀门电连接。
优选的，所述电加热器包括电加热水管，所述电加热水管与所述循环管串联。
优选的，干燥气体通过进气管与所述进气口相连通，所述进气管上设有用于调节其流量的第三阀门和检测其流量的气体流量传感器。
优选的，还包括补水组件，所述补水组件包括液位传感器和补水箱，所述补水箱通过补水管与所述加湿罐内相连通，所述补水管上设有打开或关闭其的第四阀门。
常温干燥的气体从进气口进入加湿罐，与填料层表面上附着的热水进行蒸发换热，带有一定温度和湿度的气体再经出气口流出，喷淋头喷淋的水的温度可以通过温度调节组件进行控制，喷淋头喷淋的水的流量通过流量调节组件进行控制，反应气体的温度通过控制喷淋水的温度来调节，反应气体的湿度通过控制喷淋水的流量来调节，从而达到对反应气体温度和湿度的控制。
本实用新型的一种燃料电池反应气体加热加湿装置对进入燃料电池的反应气体进行温度及湿度的调节及控制，加湿罐内的填料能增大表面蒸发面积，提供良好的加热和加湿效果。
附图说明
图1为本实用新型的一种燃料电池反应气体加热加湿装置的结构示意图；
图2为本实用新型的一种燃料电池反应气体加热加湿装置的另一种实施例的结构示意图。
1-加湿罐；11-进气口；12-出气口；2-喷淋组件；21-喷淋头；211-液体流量传感器；22-循环管；23-流量调节组件；231-水泵；232-第二阀门；233-变频泵；24-温度调节组件；241-电加热器；241a-电加热水管；242-换热器；243-温度传感器；244-冷水管；244a-第一阀门；3-填料层；4-温湿度传感器；5-控制器；6-进气管；61-第三阀门；62-气体流量传感器；7-补水组件；71-液位传感器；72-补水箱；73-补水管；731-第四阀门。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1所示，本实用新型的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，包括加湿罐1和喷淋组件2；加湿罐1内填充有若干层填料层3，加湿罐1设有与其内部相通的进气口11和出气口12，进气口11处于加湿罐1的侧下方，且进气口11的高度低于填料层3的高度，出气口12位于加湿罐1的顶端，出气口12设有用于检测其温湿度的温湿度传感器4；喷淋组件2包括与加湿罐1的底部通过循环管22连通的喷淋头21、用于调节循环管22的流量调节组件23和用于调节循环管22内水温的温度调节组件24，喷淋头21设置在加湿罐1内部顶端，朝填料层3喷淋水。
常温干燥的气体从进气口11进入加湿罐1，与填料层3表面上附着的热水进行蒸发换热，带有一定温度和湿度的气体再经出气口12流出，喷淋头21喷淋的水的温度可以通过温度调节组件24进行控制，喷淋头21喷淋的水的流量通过流量调节组件23进行控制，反应气体的温度通过控制喷淋水的温度来调节，反应气体的湿度通过控制喷淋水的流量来调节，从而达到对反应气体温度和湿度的控制。
本实用新型的一种燃料电池反应气体加热加湿装置对进入燃料电池的反应气体进行温度及湿度的调节及控制，加湿罐1内的填料能增大表面蒸发面积，提供良好的加热和加湿效果。
如图2所示，流量调节组件23的结构有多种，在这里不做限定，在一种可实施的方式中，流量调节组件23可以包括水泵231和第二阀门232，水泵231和第二阀门232均设置在循环管22上，水泵231的进水端与加湿罐1内部相连通，水泵231的出水端与温度调节组件24相连通，第二阀门232用于调节循环管22的流量。水泵231将加湿罐1内的水抽入喷淋头21中，第二阀门232根据干燥空气的加湿需求，调节循环管22的流量，当干燥气体所需湿度大时，第一阀门244a的开度调大，使得循环管22的流量变大，既使得相同时间内，喷淋头21像加湿罐1内喷淋的水越多，反之，调小第一阀门244a的开度。
如图1所示，在本实施例中，流量调节组件23可以包括变频泵233，变频泵233设置在循环管22上，变频泵233的进水端与加湿罐1内部相连通，变频泵233的出水端与温度调节组件24相连通。通过控制变频泵233的工作频率来控制循环管22中的流量，当干燥气体所需湿度大时，调大变频泵233的工作频率，使得循环管22的流量变大，既使得相同时间内，喷淋头21像加湿罐1内喷淋的水越多，反之，调小变频泵233的工作频率。
喷淋头21的进水口还可以设有用于检测循环管22的流量的液体流量传感器211，便于准确调控循环管22的流量。
温度调节组件24的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，温度调节组件24可以包括电加热器241、换热器242和温度传感器243，电加热器241设置在循环管22上，换热器242的热流道与循环管22串联，换热器242的冷流道通过冷水管244与外部水源相连通，冷水管244上设有调节其流量的第一阀门244a，温度传感器243设置在喷淋头21的进水口，用于检测进入喷淋头21的水温。第一阀门244a可以用于调节冷水管244的流量的大小，从而调节换热器242的换热效率，当温度传感器243检测到喷淋头21的进水口的温度过高时，第一阀门244a打开，用换热器242对循环管22内的水进行降温，并可以根据实际的温度情况，调节第一阀门244a的开度，当温度恢复预设值时，第一阀门244a关闭，而当温度传感器243检测到喷淋头21的进水口的温度过低时，打开电加热器241，对循环管22内的水进行加热。
为了实现自动化，加热加湿装置还可以包括控制器5，第一阀门244a为电阀门，控制器5与温湿度传感器4、液体流量传感器211、流量调节组件23、电加热器241和第一阀门244a电连接。当温湿度传感器4检测到出气口12的温度过低，控制器5控制第一阀门244a关闭，电加热器241打开，对循环管22内的水进行加热，当温湿度传感器4检测到出气口12的温度过高，控制器5控制第一阀门244a打开，电加热器241关闭，对循环管22内的水进行降温，当温湿度传感器4检测到出气口12的湿度过低，控制器5控制流量调节组件23，使得循环管22内的流量变大，并实时根据液体流量传感器211检测的数据，调整流量调节组件23，使得循环管22内的流量变大或变小。在这里以流量调节组件23包括变频器233为例，控制器5可以通过控制变频器233的工作效率来调节循环管22内的流量；当流量调节组件23包括水泵231和第二阀门232，控制器5可以直接通过控制第二阀门232的开度来调节循环管22内的流量。
其中控制器5的结构有多种，在这里不做限定，例如：控制器5可以包括温度控制机构和湿度控制机构，以温度控制结构为例，温度控制结构可以包括接收单元、比较单元和执行单元，接收单元分别与温湿度传感器4及比较单元相连，执行单元分别与比较单元及第一阀门244a相连。接收单元接收温湿度传感器4检测到的出气口12的温度、并将该温度值传输至比较单元；比较单元将检测到的温度值与预设值进行比较、并将比较结果传输至执行单元；若检测到的温度值大于预设值，执行单元将第一阀门244a打开，电加热器241关闭，若检测到的温度值小于预设值，执行单元将第一阀门244a关闭，电加热器241打开。湿度控制结构的构造可以与温度控制结构的构造类似，也可以采用其他的结构形式。
其中，控制器5、温湿度传感器4和液体流量传感器211均可以为市场上可以购买到的产品，例如：控制器5可以为STM32F系列单片机，温湿度传感器4可以为PR-3002-WS-*，液体流量传感器211可以为LDG-101型电磁流量计。
电加热器241的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，电加热器241可以包括电加热水管241a，电加热水管241a与循环管22串联，电加热水管241a通过电路与外电源连接，电加热水管241a为市场上可以购买到的产品，例如：TB5425。
干燥气体可以通过进气管6与进气口11相连通，进气管6上设有用于调节其流量的第三阀门61和检测其流量的气体流量传感器62。这样可以精准的调控进气量。
在喷淋液循环的过程中，由于干燥的气体带走了一部分水分，加湿罐1内的液体会越来越少，所以还可以包括补水组件7，补水组件7可以包括液位传感器71和补水箱72，补水箱72通过补水管73与加湿罐1内相连通，补水管73上设有打开或关闭其的第四阀门731。当液位传感器71检测到加湿罐1内的液面低于预设值是，第四阀门731打开，补水箱72通过补水管73向加湿罐1内补水。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围，本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：包括加湿罐(1)和喷淋组件(2)；所述加湿罐(1)内填充有若干层填料层(3)，所述加湿罐(1)设有与其内部相通的进气口(11)和出气口(12)，所述进气口(11)处于所述加湿罐(1)的侧下方，且所述进气口(11)的高度低于所述填料层(3)的高度，所述出气口(12)位于所述加湿罐(1)的顶端，所述出气口(12)设有用于检测其温湿度的温湿度传感器(4)；所述喷淋组件(2)包括与所述加湿罐(1)的底部通过循环管(22)连通的喷淋头(21)、用于调节所述循环管(22)的流量调节组件(23)和用于调节所述循环管(22)内水温的温度调节组件(24)，所述喷淋头(21)设置在所述加湿罐(1)内部顶端，朝所述填料层(3)喷淋水。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：所述流量调节组件(23)包括水泵(231)和第二阀门(232)，所述水泵(231)和第二阀门(232)均设置在所述循环管(22)上，所述水泵(231)的进水端与所述加湿罐(1)内部相连通，所述水泵(231)的出水端与所述温度调节组件(24)相连通，所述第二阀门(232)用于调节所述循环管(22)的流量。
3.如权利要求1所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：所述流量调节组件(23)包括变频泵(233)，所述变频泵(233)设置在所述循环管(22)上，所述变频泵(233)的进水端与所述加湿罐(1)内部相连通，所述变频泵(233)的出水端与所述温度调节组件(24)相连通。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：所述温度调节组件(24)包括电加热器(241)、换热器(242)和温度传感器(243)，所述电加热器(241)设置在所述循环管(22)上，所述换热器(242)的热流道与所述循环管(22)串联，所述换热器(242)的冷流道通过冷水管(244)与外部水源相连通，所述冷水管(244)上设有调节其流量的第一阀门(244a)，所述温度传感器(243)设置在所述喷淋头(21)的进水口，用于检测进入所述喷淋头(21)的水温。
5.如权利要求4所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：所述喷淋头(21)的进水口还设有用于检测循环管(22)的流量的液体流量传感器(211)。
6.如权利要求5所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：所述加热加湿装置还包括控制器(5)，所述第一阀门(244a)为电阀门，所述控制器(5)与所述温湿度传感器(4)、液体流量传感器(211)、流量调节组件(23)、电加热器(241)和第一阀门(244a)电连接。
7.如权利要求4所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：所述电加热器(241)包括电加热水管(241a)，所述电加热水管(241a)与所述循环管(22)串联。
8.如权利要求1-3任一项所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：干燥气体通过进气管(6)与所述进气口(11)相连通，所述进气管(6)上设有用于调节其流量的第三阀门(61)和检测其流量的气体流量传感器(62)。
9.如权利要求1-3任一项所述的一种燃料电池反应气体加热加湿装置，其特征在于：还包括补水组件(7)，所述补水组件(7)包括液位传感器(71)和补水箱(72)，所述补水箱(72)通过补水管(73)与所述加湿罐(1)内相连通，所述补水管(73)上设有打开或关闭其的第四阀门(731)。
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