CN212033154U - 燃料电池气体增湿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池气体增湿装置，涉及燃料电池技术领域，该燃料电池气体增湿装置，包括内层罐体、外层罐体和加湿平台，外层罐体套设在内层罐体外，且内层罐体和外层罐体之间设置有用于容置加湿水的供水夹层，内层罐体内具有气体通道以及与气体通道连通的进气口和出气口，加湿平台设置在气体通道中并与供水夹层连通，进气口和出气口分设在加湿平台的两侧，加湿平台用于向气体通道喷淋加湿水。通过设置加湿平台对气体通道进行喷淋，能够大幅提高加湿效率，迅速地提高气体通道内的待加湿气体的湿度，同时喷淋的方式也能够更加均匀地进行加湿，加湿效果好，而供水夹层的设置，也使得整个增湿装置的占用空间更好，能够更好地提供加湿水。

Description

燃料电池气体增湿装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池气体增湿装置。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的发电装置，质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其工作温度低、能量转化效率高、功率密度高、可快速启动、且环境友好，被广泛应用于各个领域，小到手机电池、充电宝，大到大型电站。

膜电极是燃料电池的关键组成部分，反应气湿度是影响燃料电池性能的关键因素之一，必须保证质子交换膜足够的湿润才能保证良好的离子传导性和电导率，因此反应气需要加湿。

目前燃料电池的加湿方法加湿效率低下，同时加湿效果差，难以满足加湿需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池气体增湿装置，其能够提高加湿效率和加湿效果，满足燃料电池的气体增湿需求。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供一种燃料电池气体增湿装置，包括内层罐体、外层罐体和加湿平台，所述外层罐体套设在所述内层罐体外，且所述内层罐体和所述外层罐体之间设置有用于容置加湿水的供水夹层，所述内层罐体内具有气体通道以及与所述气体通道连通的进气口和出气口，所述加湿平台设置在所述气体通道中并与所述供水夹层连通，所述进气口和所述出气口分设在所述加湿平台的两侧，所述加湿平台用于向所述气体通道喷淋所述加湿水，以使从所述进气口进入的反应气体在经过所述气体通道流向所述出气口的过程中，被所述加湿水加湿。

在可选的实施方式中，所述加湿平台包括拼接在一起的镂空部和喷淋部，所述镂空部与所述气体通道连通，所述喷淋部设置在所述内层罐体的内侧壁上并内置有与所述供水夹层相连通的过渡腔，且所述喷淋部的至少一侧开设有与所述过渡腔连通的喷淋孔。

在可选的实施方式中，所述喷淋部呈优弧弓形，所述镂空部呈劣弧弓形。

在可选的实施方式中，所述喷淋部远离所述镂空部的一侧设置有与所述过渡腔连通的导流开口，所述导流开口与所述供水夹层连通，用于将所述加湿水引入所述过渡腔。

在可选的实施方式中，每个所述喷淋孔的孔径为0.1mm-0.8mm，所述喷淋部的孔隙率为70％-90％。

在可选的实施方式中，所述喷淋部和所述镂空部均为多个，多个所述喷淋部间隔且交错设置在所述内层罐体的内侧壁，以使每个所述喷淋部与相邻的镂空部在重力方向上至少部分重叠。

在可选的实施方式中，所述出气口外设置有水滴挡板，所述水滴挡板上开设有出气孔。

在可选的实施方式中，所述出气孔的孔径为0.1mm-0.8mm，所述水滴挡板的孔隙率为50％-90％。

在可选的实施方式中，所述外层罐体上还开设有感温接口，所述感温接口中设置有温度传感器，所述温度传感器至少部分伸入所述供水夹层，用于检测所述供水夹层中的加湿水的温度。

在可选的实施方式中，所述内层罐体的底部还设置有接水盘，且所述内层罐体靠近所述接水盘的位置还设置有液位接口，所述液位接口中设置有液位传感器，所述液位传感器至少部分伸入所述接水盘，用于检测所述接水盘中的液位高度。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型提供的燃料电池气体增湿装置，通过在内外罐体之间增设供水夹层，并将供水夹层与加湿平台连通，通过加湿平台向气体通道内喷淋加湿水，待加湿气体通过进气口进入气体通道，再通过出气口流出。通过设置加湿平台对气体通道进行喷淋，能够大幅提高加湿效率，迅速地提高气体通道内的待加湿气体的湿度，同时喷淋的方式也能够更加均匀地进行加湿，加湿效果好，而供水夹层的设置，也使得整个增湿装置的占用空间更好，能够更好地提供加湿水。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池气体增湿装置在第一视角下的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的燃料电池气体增湿装置在第二视角下的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的燃料电池气体增湿装置在第一视角下的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的燃料电池气体增湿装置在第二视角下的剖视图；

图5为图4中Ⅴ的局部放大示意图；

图6为图4中水滴挡板的结构示意图。

图标：

100-燃料电池气体增湿装置；110-内层罐体；111-接水盘；113-液位接口；130-外层罐体；131-感温接口；133-进水口；135-出水口；150-加湿平台；151-镂空部；153-喷淋部；155-过渡腔；157-导流开口；159-喷淋孔；170-气体通道；171-进气口；173-出气口；175-水滴挡板；177-出气孔；190-供水夹层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

正如背景技术中所公开的，现有技术中的加湿方法效率低下，同时加湿效果差，难以满足加湿需求，具体地，现有的加湿方法包括内部加湿与外部加湿。内部加湿与燃料电池本身结构设计相关，利用电堆自身产生的水为膜电极进行加湿。外部加湿是对反应气进行加湿，包括鼓泡加湿，喷射加湿，膜加湿等；以上各种方法均有其不足之处，其中膜加湿由于膜本身的特性，需要保证在一定的压力下运行，且加湿度有限，成本较高；喷射法需要高压气泵，噪音大，汽化率低，有滴水现象。鼓泡加湿需要的水量较多，体积较大，水温较难调节。

本实用新型提供了一种新型的增湿装置，能够通过喷淋的方法对反应气体进行加湿，同时加湿下效果好，汽化率高，且出气口不会出现滴水现象，同时体积小，水温可精确调控。下面对本实用新型提供的增湿装置进行详细介绍。

具体实施例

结合参见图1至图6(图中箭头表示气体流向)，本实施例提供了一种燃料电池气体增湿装置100，能够通过喷淋的方法对反应气体进行加湿，同时加湿下效果好，汽化率高，且出气口173不会出现滴水现象，同时体积小，水温可精确调控。

本实施例提供的燃料电池气体增湿装置100，包括内层罐体110、外层罐体130和加湿平台150，外层罐体130套设在内层罐体110外，且内层罐体110和外层罐体130之间设置有用于容置加湿水的供水夹层190，内层罐体110内具有气体通道170以及与气体通道170连通的进气口171和出气口173，加湿平台150设置在气体通道170中并与供水夹层190连通，进气口171和出气口173分设在加湿平台150的两侧，加湿平台150用于向气体通道170喷淋加湿水，以使从进气口171进入的反应气体在经过气体通道170流向出气口173的过程中，被加湿水加湿。

在本实施例中，内层罐体110嵌套在外层罐体130之内，且内层罐体110呈圆柱状，外层罐体130呈圆环柱状，外层罐体130绕设在内层罐体110的外周面，外层罐体130的上下两端均与内层罐体110的外周面通过环板密封连接，从而在外层罐体130内、内层罐体110外形成供水夹层190。当然，此处对内层罐体110、外层罐体130的形状并不作具体限定，也可以是矩形柱状或菱形柱状等其他形状。

在本实施例中，外层罐体130在轴线方向上的长度小于内层罐体110在轴线方向上的长度，从而使得外层罐体130能够套设在内层罐体110的中部位置，从而将内层罐体110的上下部漏出，进气口171和出气口173分别设置在内层罐体110漏出的上下部。

在本实施例中，外层罐体130上还开设有与供水夹层190连通的进水口133和出水口135，优选地，进水口133开设在外层罐体130的下部，出水口135开设在外层罐体130的上部，进水口133与外部进水管道连接，出水口135与外部出水管道连接，从而能够平衡供水夹层190内部的加湿水的水量，使得供水夹层190内部的水压保持在一定范围内，从而能够从加湿平台150中向气体通道170中喷淋。

需要说明的是，本实施例中进水口133与出水口135均与外部管道连接，供水夹层190只与加湿平台150连通，即供水夹层190中的加湿水能够在水压作用下从加湿平台150上喷淋而出，从而对气体通道170内的反应气体进行加湿。进水口133与出水口135均为卡盘接口，使得外部进水管道与外部出水管道均与外层罐体130焊接在一起，保证接口的气密性与连接强度。

在本实施例中，外层罐体130上还开设有感温接口131，感温接口131中设置有温度传感器，温度传感器至少部分伸入供水夹层190，用于检测供水夹层190中的加湿水的温度。具体地，温度传感器上设置有封堵块，封堵块能够封堵在感温接口131上，从而避免加湿水从感温接口131处泄漏。同时通过设置温度传感器能够实时监测供水夹层190中加湿水的温度，进而能够依据该反馈温度调节进水管道中的水温高度，即能够实现对水温的精确控制，满足不同温度下的加湿需求。

值得注意的是，本实施例中加湿水为热水，供水夹层190为热水流通空间，同时为从内层罐体110内通过的反应气体提供保温屏障作用，内层流通的反应气体不会因热量散失降温导致露点下降，从而影响气体的相对湿度。在其他较佳的实施例中，还可在外层罐体130的薄壁外侧包裹保温材料，提高薄壁的保温能力。

需要说明的是，感温接口131处设置有接口管，接口管为螺纹接口，并与外层罐体130焊接在一起，温度传感器螺纹连接在接口管上并与接口管之间密封连接，从而保证气密性。此处通过温度传感器检测并反馈水温后对水温进行调节的过程可参考现有的水温调节过程，例如可直接根据水温反馈结果手动调节进水温度，或者通过闭环控制的方式进行调节，在此不详细介绍。

在本实施例中，内层罐体110的上下两端通过平顶封头进行封装，使得内层罐体110内的气体通道170与外界相隔绝，保证内层罐体110的气密性。

在本实施例中，出气口173外设置有水滴挡板175，水滴挡板175上开设有出气孔177。具体地，水滴挡板175遮挡在出气口173上，使得气体通道170内的反应气体在水滴挡板175的遮挡下由出气孔177流出，实现出气，避免了反应气体在出气口173处冷凝并向外滴水，提升了反应气体的汽化率。

在本实施例中，出气孔177的孔径为0.1mm-0.8mm，水滴挡板175的孔隙率为50％-90％。优选地，出气孔177的孔径为0.5mm。

需要说明的是，本实施例中水滴挡板175与出气口173之间的间隙小于10cm，以保证遮挡效果，优选地，本实施例中水滴挡板175与出气口173之间的间隙为0cm，使得水滴挡板175能够直接贴合在出气口173上，从而起到良好的遮挡效果。

在本实施例中，内层罐体110的底部还设置有接水盘111，且内层罐体110靠近接水盘111的位置还设置有液位接口113，液位接口113中设置有液位传感器，液位传感器至少部分伸入接水盘111，用于检测接水盘111中的液位高度。具体地，接水盘111(即平顶封头)通过螺纹连接的形式固定在内层罐体110的底部，内层管体的底部的平顶封头用于构成接水盘111，且液位接口113开设在内层罐体110的侧壁上，从而通过液位传感器检测接水盘111中的液位高度，当检测到液位高度过高时，可停机拆下接水盘111进行放水操作。

在本实用新型其他较佳的实施例中，接水盘111(即平顶封头)焊接在内层罐体110的底部，同时接水盘111的底部设置有带排水阀的排水管，当液位传感器检测到接水盘111中液位过高时，可通过排水管将接水盘111中的积水排出。

在本实施例中，液位接口113中也设置有接管，接管焊接在内层罐体110的外侧壁上，且接管为螺纹接口，液位传感器螺纹连接在接管中，并与接管密封连接，以避免液位接口113处发生泄漏。

加湿平台150包括拼接在一起的镂空部151和喷淋部153，镂空部151与气体通道170连通，喷淋部153设置在内层罐体110的内侧壁上并内置有与供水夹层190相连通的过渡腔155，且喷淋部153的至少一侧开设有与过渡腔155连通的喷淋孔159。

在本实施例中，加湿平台150为多个，多个加湿平台150交错设置在内层罐体110的内壁之上。具体地，喷淋部153和镂空部151均为多个，多个喷淋部153间隔且交错设置在内层罐体110的内侧壁，以使每个喷淋部153与相邻的镂空部151在重力方向上至少部分重叠。优选地，喷淋部153和镂空部151均为三个，三个喷淋部153左右交错设置。

在本实施例中，喷淋部153呈中空状，并焊接在内层罐体110的内侧壁上，且喷淋部153与内层罐体110之间密封焊接，避免从供水夹层190中流入过渡腔155的加湿水从焊接处泄漏。

在本实施例中，喷淋部153呈优弧弓形，镂空部151呈劣弧弓形。具体地，内层罐体110呈圆柱形，喷淋部153与镂空部151拼接形成一整圆，喷淋部153呈优弧弓形，能够增大喷淋面积，提高加湿效果。

在本实施例中，多个喷淋部153交错设置，且每个镂空部151在重力方向上完全落到相邻的喷淋部153的范围之内，从而使得相邻两个喷淋部153左右对应，并使得气体通道170呈蛇形向上折弯，反应气体由底部依次经过多个交错的镂空部151，增加了反应气体在此装置中的流通距离，也增大了与加湿水的接触面积，提高了反应气体的加湿效率和加湿效果。

在本实施例中，喷淋部153远离镂空部151的一侧设置有与过渡腔155连通的导流开口157，导流开口157与供水夹层190连通，用于将加湿水引入过渡腔155。具体地，导流开口157贯穿内层罐体110设置，从而使得供水夹层190与过渡腔155连通，导流开口157为矩形开口，其宽度小于喷淋部153的厚度。

在本实施例中，喷淋部153的上下两侧均开设有多个喷淋孔159，每个喷淋孔159的孔径为0.1mm-0.8mm，喷淋部153的孔隙率为70％-90％。优选地，每个喷淋空的孔径为0.5mm，通过两侧的喷淋孔159向喷淋部153的上下两侧喷淋加湿水，从而使得气体通道170内均布有水帘，进一步提高加湿效果。

综上所述，本实施例提供的燃料电池气体增湿装置100，其运行原理如下：在外层罐体130的进水口133通入一定温度的加湿水循环，并由出水口135流出。通过温度传感器检测水温并适应调节水温，待水温达到所需温度后，从进气口171通入一定流量的反应气体，同时加湿水由供水夹层190通过导流开口157进入喷淋部153后由两侧的喷淋孔159喷出，形成水帘，反应气体通过蛇形的气体通道170向上流动，穿过多道水帘进行增湿，经喷淋增湿完成后的反应气体经过水滴挡板175后流出，从而形成具有可控湿度的气体进入燃料电池。本实施例通过供水夹层190设计，结合温度传感器的测温，能够实现对水温的精确控制，从而对内层罐体110实现保温，从而实现对气体湿度的控制。热水通过喷淋孔159后与反应气体混合，同时喷淋部153左右分布，从而将内部空间规划出一蛇形的气体通道170，增加了反应气体的流通距离，反应气体与热水的接触面积更大，提高了气体加湿效率和加湿效果。此外，通过设置水滴挡板175，能够避免滴水现象，提升汽化率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，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之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池气体增湿装置，其特征在于，包括内层罐体(110)、外层罐体(130)和加湿平台(150)，所述外层罐体(130)套设在所述内层罐体(110)外，且所述内层罐体(110)和所述外层罐体(130)之间设置有用于容置加湿水的供水夹层(190)，所述内层罐体(110)内具有气体通道(170)以及与所述气体通道(170)连通的进气口(171)和出气口(173)，所述加湿平台(150)设置在所述气体通道(170)中并与所述供水夹层(190)连通，所述进气口(171)和所述出气口(173)分设在所述加湿平台(150)的两侧，所述加湿平台(150)用于向所述气体通道(170)喷淋所述加湿水，以使从所述进气口(171)进入的反应气体在经过所述气体通道(170)流向所述出气口(173)的过程中被所述加湿水加湿。

2.根据权利要求1所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述加湿平台(150)包括拼接在一起的镂空部(151)和喷淋部(153)，所述镂空部(151)与所述气体通道(170)连通，所述喷淋部(153)设置在所述内层罐体(110)的内侧壁上并内置有与所述供水夹层(190)相连通的过渡腔(155)，且所述喷淋部(153)的至少一侧开设有与所述过渡腔(155)连通的喷淋孔(159)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述喷淋部(153)呈优弧弓形，所述镂空部(151)呈劣弧弓形。

4.根据权利要求2所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述喷淋部(153)远离所述镂空部(151)的一侧设置有与所述过渡腔(155)连通的导流开口(157)，所述导流开口(157)与所述供水夹层(190)连通，用于将所述加湿水引入所述过渡腔(155)。

5.根据权利要求2所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，每个所述喷淋孔(159)的孔径为0.1mm-0.8mm，所述喷淋部(153)的孔隙率为70％-90％。

6.根据权利要求2-5任一项所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述喷淋部(153)和所述镂空部(151)均为多个，多个所述喷淋部(153)间隔且交错设置在所述内层罐体(110)的内侧壁，以使每个所述喷淋部(153)与相邻的镂空部(151)在重力方向上至少部分重叠。

7.根据权利要求1所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述出气口(173)外设置有水滴挡板(175)，所述水滴挡板(175)上开设有出气孔(177)。

8.根据权利要求7所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述出气孔(177)的孔径为0.1mm-0.8mm，所述水滴挡板(175)的孔隙率为50％-90％。

9.根据权利要求1所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述外层罐体(130)上还开设有感温接口(131)，所述感温接口(131)中设置有温度传感器，所述温度传感器至少部分伸入所述供水夹层(190)，用于检测所述供水夹层(190)中的加湿水的温度。

10.根据权利要求1所述的燃料电池气体增湿装置，其特征在于，所述内层罐体(110)的底部还设置有接水盘(111)，且所述内层罐体(110)靠近所述接水盘(111)的位置还设置有液位接口(113)，所述液位接口(113)中设置有液位传感器，所述液位传感器至少部分伸入所述接水盘(111)，用于检测所述接水盘(111)中的液位高度。

Images