CN213459807U - 一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器，所述增湿器内芯包含内芯单元，内芯单元包含依次设置的第一气体隔板、第一增湿膜、第二气体隔板、第三气体隔板、第二增湿膜以及第四气体隔板，并依次形成第一湿气通道、第一燃料气体通道、冷气通道、第二燃料气体通道以及第二燃料气体通道。本实用新型利用冷气与燃料气体进行温度交换，增湿后燃料气体温度可控，气体隔板结构稳定性好，且本实用新型结构及工艺简单，易于加工，成本低。

Description

一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器。

背景技术

目前常用的燃料电池有：聚合物电解质膜燃料电池、磷酸盐燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池。其中质子交换膜燃料电池是聚合物电解质膜燃料电池中的一种，因其能量密度高、启动速度快、工作寿命长等优点，很适合应用于运输工具，因此目前大多数汽车公司开发的燃料电池也都着重于质子交换膜燃料电池。

在质子交换膜燃料电池运行过程中需要有水分子存在,如果燃料电池缺水,将导致电极内阻增加,电池性能下降,为了保证质子从膜电极阳极到达电极阴极的传输能力,需要用增湿器给进入电池堆的气体进行增湿。

以气体燃料电池中的氢燃料电池为例，需要向增湿器内通入高温高湿的气体并通过增湿器内的增湿膜对氢气进行增湿。经增湿器加湿的氢气的温度是不可控的，流入电池反应堆后将大大影响质子交换膜的工作效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，所述增湿器内芯包含内芯单元，内芯单元包含依次设置的第一气体隔板、第一增湿膜、第二气体隔板、第三气体隔板、第二增湿膜以及第四气体隔板；

第一气体隔板与第一增湿膜的两相对侧分别通过第一湿气侧密封件进行密封，第一气体隔板与第一增湿膜之间形成第一湿气通道，第二气体隔板与第一增湿膜的两相对侧分别通过第一燃料气体侧密封件进行密封，第二气体隔板与第一增湿膜之间形成第一燃料气体通道；

第二气体隔板和第三气体隔板的相对侧分别通过冷气侧密封件进行密封，第二气体隔板和第三气体隔板之间形成冷气通道；

第三气体隔板与第二增湿膜的两相对侧分别通过第二燃料气体侧密封件进行密封，第三气体隔板与第二增湿膜之间形成第二燃料气体通道，第四气体隔板与第二增湿膜的两相对侧分别通过第二湿气侧密封件进行密封，第四气体隔板与第二增湿膜之间形成第二燃料气体通道。

进一步地，所述第一湿气通道、所述第一燃料气体通道、所述冷气通道、所述第二燃料气体通道以及第二湿气通道的通道方向一致，且平行设置。

进一步地，所述增湿器内芯为多个所述内芯单元堆叠而成，堆叠时，当前内芯单元的第四气体隔板作为下个内芯单元的第一气体隔板。

进一步地，第一至第四气体隔板的具体结构为：包含隔板本体，所述隔板本体的两侧为密封件设置部，中间部分的两个面上分别设置有多个凸部，且凸部关于所述隔板本体对称设置。

进一步地，隔板本体上的凸部均为长方体结构，凸部之间的间隔相同。

进一步地，所述第一气体隔板上靠近所述第一湿气通道的凸部与第一增湿膜相隔一定距离，所述第二气体隔板上靠近所述第一燃料气体通道的凸部也与所述第一增湿膜相隔一定距离。

进一步地，所述第二气体隔板和所述第三气体隔板上靠近冷气通道的凸部抵接，相邻两组抵接的凸部之间形成一个冷气通道。

进一步地，所述气体燃料电池为氢燃料电池，所述第一燃料气体通道和所述第二燃料气体通道均为氢气通道。

本实用新型为解决其技术问题，还提供了一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器，壳体、位于所述壳体上的燃料气体进口，湿气进口，冷气进口，燃料气体出口，湿气出口，冷气出口以及设置于壳体内的如上任一项所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，所述燃料气体进口连通所述第一燃料气体通道的其中一端和第二燃料气体通道的其中一端，所述燃料气体出口连通所述第一燃料气体通道的另一端和第二燃料气体通道的另一端，所述湿气进口连通第一湿气通道的其中一端和第二湿气通道的其中一端，所述湿气出口连通第一湿气通道的另一端和第二湿气通道的另一端，所述冷气通道的两端分别连通冷气进口和冷气出口。

所述燃料气体出口以及冷气进口处设置温度传感器，并分别连接至处理器。

实施本实用新型的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器，具备如下技术效果：本实用新型利用冷气与燃料气体进行温度交换，增湿后燃料气体温度可控，气体隔板结构稳定性好，且本实用新型结构及工艺简单，易于加工，成本低。

附图说明

图1为集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯一实施例的结构原理图；

图2为气体隔板一实施例的结构原理图；

图3为集成冷却的气体燃料电池用增湿器一实施例的结构原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本实用新型，但下述实施例仅仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

下面结合附图描述本实用新型的具体实施例。

参考图1，图1为集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯一实施例的结构原理图。本实施例的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，所述增湿器内芯包含内芯单元，内芯单元包含依次设置的第一气体隔板1、第一增湿膜2、第二气体隔板3、第三气体隔板4、第二增湿膜5以及第四气体隔板6。

第一气体隔板1与第一增湿膜2的两相对侧分别通过第一湿气侧密封件7(图中仅标识出一处，图1中的左侧也对应的存在第一湿气侧密封件7，其他的密封件也与此类似，后续不在赘述)进行密封，第一气体隔板1与第一增湿膜2之间形成第一湿气通道A，第二气体隔板3与第一增湿膜2的两相对侧分别通过第一燃料气体侧密封件8进行密封，第二气体隔板3与第一增湿膜2之间形成第一燃料气体通道B。

第二气体隔板3和第三气体隔板4的相对侧分别通过冷气侧密封件9进行密封，第二气体隔板3和第三气体隔板4之间形成冷气通道C。

第三气体隔板4与第二增湿膜5的两相对侧分别通过第二燃料气体侧密封件10进行密封，第三气体隔板4与第二增湿膜5之间形成第二燃料气体通道D，第四气体隔板6与第二增湿膜5的两相对侧分别通过第二湿气侧密封件11进行密封，第四气体隔板6与第二增湿膜5之间形成第二燃料气体通道D。

作为本实用新型的一种优选实施方式，第一湿气通道A、所述第一燃料气体通道B、所述冷气通道C、所述第二燃料气体通道D以及第二湿气通道E的通道方向一致，且平行设置。

参考图2，图2为气体隔板一实施例的结构原理图。第一至第四气体隔板的具体结构相同，均成栅栏状，具体为：包含隔板本体12，所述隔板本体12的两侧为密封件设置部122，中间部分的两个面上分别设置有多个凸部121(图中仅标识出一处)，且隔板本体12两面的凸部121关于所述隔板本体12对称设置。隔板本体12上的凸部121均为长方体结构，凸部121之间的间隔相同。第一气体隔板1上靠近所述第一湿气通道A的凸部121与第一增湿膜2相隔一定距离，所述第二气体隔板3上靠近所述第一燃料气体通道B的凸部121也与第一增湿膜2相隔一定距离。第二气体隔板3和第三气体隔板4上靠近冷气通道C的凸部121抵接，相邻两组抵接的凸部121之间形成一个冷气通道C。

在本实施例中，气体燃料电池为氢燃料电池，燃料气体可以采用氢气，对应的燃料气体通道也为氢气通道，但在其他实施例中，氢气也可以采用其他燃料气体。

在本实施例中，气体燃料电池用增湿器内芯仅包含一个如图1所示内芯单元。在本实用新型的气体实施例中，所述增湿器内芯为多个所述内芯单元堆叠而成，其一种实现方式是直接将图1所示内芯单元进行堆叠，但作为实用新型的一种优选实施方式，其还可以在进行堆叠是，当前内芯单元的第四气体隔板6作为下个内芯单元的第一气体隔板1，即当前内芯单元的第四气体隔板6和下个内芯单元的第一气体隔板1为同一个气体隔板。

参考图3，其为集成冷却的气体燃料电池用增湿器一实施例的结构原理图。气体燃料电池用增湿器包含壳体、位于所述壳体上的燃料气体进口17，湿气进口16，冷气进口18，燃料气体出口14，湿气出口13，冷气出口15以及设置于壳体内的如上任一项所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，所述燃料气体进口17连通所述第一燃料气体通道B的其中一端和第二燃料气体通道D的其中一端，所述燃料气体出口17连通所述第一燃料气体通道B的另一端和第二燃料气体通道D的另一端，所述湿气进口16连通第一湿气通道A的其中一端和第二湿气通道E的其中一端，所述湿气出口13连通第一湿气通道A的另一端和第二湿气通道E的另一端，所述冷气通道C的两端分别连通冷气进口18和冷气出口15。

下述具体说明本实用新型的工作原理。

干燥燃料气体由湿气进口16流入至增湿器内所述第一燃料气体通道B、及所述第二燃料气体通道D，经燃料气体出口17流出增湿器。湿气由湿气进口16流入至增湿器内第一湿气通道A及第二湿气通道E，经湿气出口13流出增湿器。冷气由冷气进口18流入至增湿器内冷气通道C，经湿气出口13流出增湿器。

干燥燃料气体、湿气和冷气分别流入至增湿器燃料气体通道、湿气通道和冷气通道后，干燥燃料气体和湿气通过第一增湿膜2和第二增湿膜5进行湿度交换，此过程湿气将热量也传递给干燥燃料气体；冷气与干燥燃料气体通过冷气流道进行热量交换。

在燃料气体出口、冷气进口处设置温度传感器，并分别连接至处理器，通过处理器调节进入增湿器内冷气的温度，从而实现对流出增湿器燃料气体温度的控制。

实施本实用新型的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯及增湿器，具备如下技术效果：本实用新型利用冷气与燃料气体进行温度交换，增湿后燃料气体温度可控，气体隔板结构稳定性好，且本实用新型结构及工艺简单，易于加工，成本低。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，所述增湿器内芯包含内芯单元，内芯单元包含依次设置的第一气体隔板、第一增湿膜、第二气体隔板、第三气体隔板、第二增湿膜以及第四气体隔板；

第一气体隔板与第一增湿膜的两相对侧分别通过第一湿气侧密封件进行密封，第一气体隔板与第一增湿膜之间形成第一湿气通道，第二气体隔板与第一增湿膜的两相对侧分别通过第一燃料气体侧密封件进行密封，第二气体隔板与第一增湿膜之间形成第一燃料气体通道；

第二气体隔板和第三气体隔板的相对侧分别通过冷气侧密封件进行密封，第二气体隔板和第三气体隔板之间形成冷气通道；

第三气体隔板与第二增湿膜的两相对侧分别通过第二燃料气体侧密封件进行密封，第三气体隔板与第二增湿膜之间形成第二燃料气体通道，第四气体隔板与第二增湿膜的两相对侧分别通过第二湿气侧密封件进行密封，第四气体隔板与第二增湿膜之间形成第二燃料气体通道。

2.根据权利要求1所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，所述第一湿气通道、所述第一燃料气体通道、所述冷气通道、所述第二燃料气体通道以及第二湿气通道的通道方向一致，且平行设置。

3.根据权利要求1所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，所述增湿器内芯为多个所述内芯单元堆叠而成，堆叠时，当前内芯单元的第四气体隔板作为下个内芯单元的第一气体隔板。

4.根据权利要求1所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，第一至第四气体隔板的具体结构为：包含隔板本体，所述隔板本体的两侧为密封件设置部，中间部分的两个面上分别设置有多个凸部，且凸部关于所述隔板本体对称设置。

5.根据权利要求1所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，隔板本体上的凸部均为长方体结构，凸部之间的间隔相同。

6.根据权利要求1所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，所述第一气体隔板上靠近所述第一湿气通道的凸部与第一增湿膜相隔一定距离，所述第二气体隔板上靠近所述第一燃料气体通道的凸部也与所述第一增湿膜相隔一定距离。

7.根据权利要求1所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，所述第二气体隔板和所述第三气体隔板上靠近冷气通道的凸部抵接，相邻两组抵接的凸部之间形成一个冷气通道。

8.根据权利要求1所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，其特征在于，所述气体燃料电池为氢燃料电池，所述第一燃料气体通道和所述第二燃料气体通道均为氢气通道。

9.一种集成冷却的气体燃料电池用增湿器，其特征在于，包含壳体、位于所述壳体上的燃料气体进口，湿气进口，冷气进口，燃料气体出口，湿气出口，冷气出口以及设置于壳体内的如权利要求1-8任一项所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器内芯，所述燃料气体进口连通所述第一燃料气体通道的其中一端和第二燃料气体通道的其中一端，所述燃料气体出口连通所述第一燃料气体通道的另一端和第二燃料气体通道的另一端，所述湿气进口连通第一湿气通道的其中一端和第二湿气通道的其中一端，所述湿气出口连通第一湿气通道的另一端和第二湿气通道的另一端，所述冷气通道的两端分别连通冷气进口和冷气出口。

10.根据权利要求9所述的集成冷却的气体燃料电池用增湿器，其特征在于，所述燃料气体出口以及冷气进口处设置温度传感器，并分别连接至处理器。

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