CN212209665U - 一种燃料电池的膜增湿器和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池的膜增湿器和燃料电池，用于给所述燃料电池的阴极空气增湿，包括壳体，所述壳体内设有若干膜管，干空气在所述膜管内流动，湿空气在所述膜管与所述壳体之间流动，所述膜管的外表面设有供所述湿空气的水分子进入所述膜管的透水膜，所述膜管阵列排布在所述壳体的内部。本方案提供的燃料电池的膜增湿器，通过若干膜管阵列排布在壳体内部的方式，增大湿空气与干空气的交换面积，减小空气的内漏损失，对空气的流动进行了优化，提高了燃料电池阴极空气加湿的效率。

Description

一种燃料电池的膜增湿器和燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的膜增湿器和燃料电池。

背景技术

燃料电池汽车采用氢气作为燃料，通过与氧气发生化学反应，产生电能从而带动电机，驱动车辆，燃料电池汽车具备清洁高效、加注速度快、续驶里程长、燃料来源广泛等优点，且燃料可通过其他新能源技术获得，是新能源汽车发展的重要方向。燃料电池系统是燃料电池汽车的核心零件，是一种将氢离子和氧气，或另外的氧化剂，发生化学反应生成水释放的化学能转化为电能的装置，根据燃料电池的这种特性，燃料电池拥有高效率、零污染等优点。燃料电池通常包括燃料电池电堆、氢气供应系统、空气供应系统和热水管理系统。

燃料电池的电堆是燃料电池的核心部件，电堆阴极的空气需要满足一定的湿度，使燃料电池反应更加充分，膜增湿器通常用于燃料电池电堆入口处的空气加湿。为使燃料电池的反应尽量充分，膜增湿器的性能尤为重要。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃料电池的膜增湿器，用于给所述燃料电池的阴极空气增湿，包括壳体，所述壳体内设有若干膜管，干空气在所述膜管内流动，湿空气在所述膜管与所述壳体之间流动，所述膜管的外表面设有供所述湿空气的水分子进入所述膜管的透水膜，所述膜管阵列排布在所述壳体的内部。

可选地，所述壳体由顶板、底板、两个侧板和两个端板围合形成，所述膜管的两端设于两个所述侧板之间。

可选地，所述顶板、所述底板、所述侧板以及所述端板，其中一者设有干空气入口、干空气出口、湿空气入口、湿空气出口。

可选地，所述干空气入口、所述湿空气入口、所述湿空气出口以及所述干空气出口依次设置在所述壳体的一侧。

可选地，所述壳体内设有两个空腔，分别与所述干空气入口和所述干空气出口连通，所述空腔与若干所述膜管相连通。

可选地，所述膜管的所述透水膜的外侧设有镂空的膜管外壳，所述膜增湿器内的若干所述膜管外壳一体注塑成型。

可选地，相邻的每列所述膜管的错开布置。

本实用新型还提供了一种燃料电池，包括上述任一项所述的燃料电池的膜增湿器，所述干空气入口连接增压气体出口，所述干空气出口连接所述燃料电池的电堆阴极空气入口，电堆阴极空气出口连接所述湿空气入口，所述湿空气出口连接电子节气门。

本实用新型提供的燃料电池的膜增湿器，通过若干膜管阵列排布在壳体内部的方式，增大湿空气与干空气的交换面积，减小空气的内漏损失，对空气的流动进行了优化，提高了燃料电池阴极空气加湿的效率。

附图说明

图1为本实用新型所提供的膜增湿器的一种具体实施方式的外部结构示意图；

图2为图1的内部结构示意图；

图3为干空气入口及干空气出口处的结构示意图。

图1-3中附图标记说明如下：

1干空气入口；2干空气出口；3湿空气入口；4湿空气出口；5壳体；51顶板；52底板；53侧板；54端板；55空腔；56空腔；6膜管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1-2，图1为本实用新型所提供的膜增湿器的一种具体实施方式的外部结构示意图，图2为图1的内部结构示意图。

本实用新型提供了一种燃料电池的膜增湿器，可用于燃料电池汽车，包括壳体5，壳体5内部形成有两种独立的流体腔，两种腔体通过若干膜管6隔离，即一种腔体为膜管6内部腔体，一种腔体为膜管6外表面和壳体5之间的腔体。膜管6的外表面设有透水膜，透水膜只允许水分子通过，其他气体不能通过，透水膜具体可以为质子交换膜，本方案不做限制。干空气在膜管6内流动，湿空气在膜管6外部和壳体5内部之间流动，湿空气中的水分子通过透水膜进入到膜管6的内部，水分子融合到膜管6内部的干空气中，对干空气进行增湿。

如图2所示，本实施例的膜增湿器，膜管6阵列排布在壳体5的内部。如此设置，增加了膜管6的数量，使膜管6在膜增湿器的壳体5内的占用面积更多，充分利用壳体5的内部空间，进一步增加膜增湿器内湿空气中的水分子的交换面积；且，多个膜管6采用阵列排布的方式，使得膜管6在壳体5内排布更规则，空气的流速更均匀，对空气的流动进行了优化，有利于保证水分子可以更分散、更均匀地接触到干空气，减小了空气因接触面积不足的内漏损失，提高了膜增湿器对燃料电池阴极空气加湿的效率。

进一步，本实施例的壳体5具体可以由顶板51、底板52、两个侧板53和两个端板54围合形成，膜管6水平设置在两个侧板53之间。壳体5采用立方体的结构，对比其他结构，在相同的占用空间下，壳体5内可以放置更多的阵列分布的膜管6，壳体内部空间的利用率较高，当然，壳体5采用其他结构也是可行的，如圆柱体。

图1中，壳体5上还可以设有干空气入口1、干空气出口2、湿空气入口3以及湿空气出口4，上述空气接口可以设置在壳体5的顶板51、底板52、侧板53或端板54，即空气接口设置于四者之一。如此，干、湿空气的入口和出口均位于壳体5的同一侧，可以减少空气接口和燃料电池接口之间连接的管路长度，减少燃料电池整体占用的空间，方便燃料电池安装在车辆上。可以理解，此处分别设置在壳体5的不同侧也是可行的，只要能进行空气流通即可。

如图1所示，膜增湿器的空气接口可以按照干空气入口1、湿空气入口3、湿空气出口4、干空气出口2的顺序依次设置在壳体5的一侧。按此种顺序设置空气接口，可以加长干空气与湿空气的管路长度，使空气的流道更长，有助于膜增湿器内进行较为充分的干空气的加湿过程，提高转换效率。

请参考图3，图3为干空气入口及干空气出口处的结构示意图。

壳体5内可以设有空腔55，干空气入口1可以和空腔55连接，干空气出口2也可以和同样的空腔56连接，两个空腔55、56分别和多个膜管6的两端连通。本实施例中，干空气从入口1首先进入壳体5的空腔55中，再从空腔55流向多个膜管6内，膜管6的两端边缘可以设置塑胶，和空腔55和空腔56保持更好的密封性，减少空腔55和空腔56进出的干空气窜漏到膜管6外部的情况，此处设置空腔55和空腔56，可以减小干空气在进出壳体5时的流动阻力。可以理解，干空气直接通过干空气入口1及干空气出口2进出膜管6也是可行的。

另外，本实施例的膜增湿器的膜管6的外部可以设置膜管外壳，膜管6通过膜管外壳固定在壳体5内，膜增湿器内的若干膜管外壳可以一体成型，膜管外壳可以为镂空结构，湿空气中的水分子通过膜管外壳的镂空处，经由透水膜，进入膜管6中，因为膜管外壳大多使用塑料材质，这里可以具体使用一体注塑成型的工艺。膜管外壳采用一体成型的方式，使膜增湿器内的膜管6集成为一体，方便膜管6安装在壳体5内，且一体成型可以减少安装间隙，气密性较好，可以理解，此处采用膜管外壳每列分别集成，或其他方式也是可行的，只要将膜管6固定在壳体5内即可。

图2中，相邻的每列膜管6错开布置，数量不同，本实施例中根据膜增湿器的壳体5的尺寸，膜增湿器内的膜管6呈3列排布，从左向右的第一列为5个膜管6，第二列为4个膜管6，第三列为5个膜管6。采用此种方式，相邻列的膜管6之间，有一定的间隔，可以方便膜管外壳的设计与安装，当然，此处采用每列数量相同的形式，或者随机分散布置也是可行的。

本实施例还提供了一种燃料电池，包括燃料电池本体以及和燃料电池本体连接的膜增湿器，其中，该膜增湿器即为上述各实施方式所涉及的膜增湿器。由于上述的膜增湿器已经具备如上的技术效果，那么，具有改膜增湿器的燃料电池也应具备相类似的技术效果，故不在此赘述。

具体的，膜增湿器的干空气的入口1可以连接增压气体出口，干空气出口2可以连接燃料电池的电堆阴极空气入口，电堆阴极空气出口可以连接湿空气入口3，湿空气出口4可以连接电子节气门，使膜增湿器和燃料电池本体进行连接。

膜增湿器在工作时，增压气体出口排出干空气，干空气通过干空气入口1进入膜管6进行增湿，增湿后的干空气通过干空气出口2进入电堆阴极空气入口，同时，电堆阳极入口进入氢气，与阴极空气进行化学反应，将化学能转换成电能，使燃料电池实现供电功能。反应得到的水蒸气，以及未充分反应的气体，通过电堆阴极空气出口，经过湿空气入口3，排出燃料电池本体，进入膜增湿器，对膜管6内的干空气进行增湿，增湿结束后，水蒸气以及未反应的气体通过湿空气出口4排出膜增湿器，经过电子节气门排出燃料电池，此处可以直接排到大气中，本方案不做限制。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池的膜增湿器，用于给所述燃料电池的阴极空气增湿，包括壳体(5)，其特征在于，所述壳体(5)内设有若干膜管(6)，干空气在所述膜管(6)内流动，湿空气在所述膜管(6)与所述壳体(5)之间流动，所述膜管(6)的外表面设有供所述湿空气的水分子进入所述膜管(6)的透水膜，所述膜管(6)阵列排布在所述壳体(5)的内部。

2.如权利要求1所述的燃料电池的膜增湿器，其特征在于，所述壳体(5)由顶板(51)、底板(52)、两个侧板(53)和两个端板(54)围合形成，所述膜管(6)的两端设于两个所述侧板(53)之间。

3.如权利要求2所述的燃料电池的膜增湿器，其特征在于，所述顶板(51)、所述底板(52)、所述侧板(53)以及所述端板(54)，其中一者设有干空气入口(1)、干空气出口(2)、湿空气入口(3)、湿空气出口(4)。

4.如权利要求3所述的燃料电池的膜增湿器，其特征在于，所述干空气入口(1)、所述湿空气入口(3)、所述湿空气出口(4)以及所述干空气出口(2)依次设置在所述壳体(5)的一侧。

5.如权利要求3所述的燃料电池的膜增湿器，其特征在于，所述壳体(5)内设有两个空腔(55、56)，分别与所述干空气入口(1)和所述干空气出口(2)连通，所述空腔(55、56)与若干所述膜管(6)相连通。

6.如权利要求1-5任一项所述的燃料电池的膜增湿器，其特征在于，所述膜管(6)的所述透水膜的外侧设有镂空的膜管外壳，所述膜增湿器内的若干所述膜管外壳一体注塑成型。

7.如权利要求6所述的燃料电池的膜增湿器，其特征在于，相邻的每列所述膜管(6)的错开布置。

8.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求3-5任一项所述的燃料电池的膜增湿器，所述干空气入口(1)连接增压气体出口，所述干空气出口(2)连接所述燃料电池的电堆阴极空气入口，电堆阴极空气出口连接所述湿空气入口(3)，所述湿空气出口(4)连接电子节气门。

9.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述膜管(6)的所述透水膜的外侧设有镂空的膜管外壳，所述膜增湿器内的若干所述膜管外壳一体注塑成型。

10.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，相邻的每列所述膜管(6)的错开布置。

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