CN216120392U - 燃料电池预加湿器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池预加湿器装置，包括雾化区和加湿水罐，雾化区包括有下而上依次设置的进气段、喉管段和混合段，进气段上设有进气接口，混合段上设有排气接口，喉管段的最窄处设有雾化器，混合段中设有滤水网和集水槽，集水槽位于滤水网下方且倾斜设置，雾化器通过输水管连接至加湿水罐的输出端，集水槽的低处通过回流管连接至加湿水罐。与现有技术相比，本实用新型通过串联安装该燃料电池预加湿器装置，可在电堆启动阶段实现对气体的预加湿，有效避免了较干燥的气体进入电堆，同时，可以根据需要选择关闭或者调节气体湿度。

Description

燃料电池预加湿器装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池预加湿器装置。

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、固体氧化物燃料电池等。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可以广泛地应用于移动电源领域。

向质子交换膜燃料电池阳极和阴极供给氢气与氧气时，氢气在阳极催化层作用下分解为氢质子与电子，氢质子由质子交换膜转移到阴极，在阴极催化层上氢离子和氧离子结合成水分子。而电子通过外电路通过产生电能。

作为电解质的质子交换膜必须湿润，这样才能更好地传递质子。若在阳极侧没有水分子的参与，质子交换膜传导质子的效率急剧降低，电池输出功率降低；若阳极侧水分子过多，又会发生水淹现象，电化学反应受阻，进而使电池性能急剧衰减。

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。膜加湿器是一种比较理想的燃料电池加湿器，该加湿器利用亲水材质制备的无孔中空纤维束，燃料电池阴极排出的湿空气从中空纤维束的外侧流过，加湿气体从纤维管束内侧流过，水由于浓度差作用从湿气体侧扩散到干气体侧从而完成对气体的加湿。该加湿器具有结构简单，无额外功耗等优点，但是膜加湿器的加湿性能依赖于燃料电池尾气中气体的含水量，对电堆使用多有限制，主要表现在：

1.燃料电池启动阶段，电堆尾气中含水量较少，不能对相对干燥的空气进行加湿，进而使质子交换膜在较低的含水量情况下工作，影响电堆的使用性能和使用寿命。

2.由于没有调节部件，导致气体的湿度不可控制，从而不能够保证燃料电池在最优的气体湿度下工作。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了提供一种燃料电池预加湿器装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池预加湿器装置，包括雾化区和加湿水罐，所述雾化区包括有下而上依次设置的进气段、喉管段和混合段，所述进气段上设有进气接口，所述混合段上设有排气接口，所述喉管段的最窄处设有雾化器，所述混合段中设有滤水网和集水槽，所述集水槽位于滤水网下方且倾斜设置，所述雾化器通过输水管连接至加湿水罐的输出端，所述集水槽的低处通过回流管连接至加湿水罐。

所述喉管段的横截面为圆形。

所述输水管中设有调节阀。

所述调节阀为电控调节阀。

所述雾化器包括内圈雾化环和外圈雾化环，所述外圈雾化环上设有吸水口，所述内圈雾化环和外圈雾化环之间通过多个雾化板连通，所述吸水口连接至输水管，所述内圈雾化环和雾化板的流道壁上设有微孔结构。

所述雾化板沿径向分布。

所述回流管倾斜设置。

所述雾化器位陶瓷制雾化器。

所述加湿水罐的顶部设有进水孔，且加湿水罐内设有补水针阀和浮子，所述浮子连接所述补水针阀以控制进水孔的开闭。

所述加湿水罐上还设有排水孔，该排水孔通过排水阀连接至排水口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、延长电堆寿命，提高电堆功率：在电堆启动阶段充分发挥预加湿器的作用，保证电堆工作在较湿润的进气环境中，既改善电堆启动性能，又能够延长寿命。

2、可调节气体湿度：通过控制调节阀的开度，进而调节预加湿器的加湿能力，满足电堆对不同湿度的气体的要求，有效预防气体过干或过湿。

附图说明

图1为本实用新型实施例燃料电池预加湿器装置示意图；

图2为本实用新型实施例燃料电池预加湿器装置各零部件示意图；

图3为本实用新型实施例雾化器结构示意图。

其中：1、雾化区，2、供水区，3、连通区，11、进气接口，12、进气段，13、喉管段，14、雾化器，15、混合段，16、滤水网，17、排气接口，18、集水槽，21、补水管，22、补水针阀，23、加湿水罐，24、浮子，25、排水阀，26、进水孔，31、回流管，32、调节阀，33、输水管，a、倾斜角，141、吸水口，142、外圈雾化环，143、雾化板，144、内圈雾化环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种燃料电池预加湿器装置，如图1和图2所示，包括雾化区1和加湿水罐23，雾化区1包括有下而上依次设置的进气段12、喉管段13和混合段15，进气段上设有进气接口11，混合段15上设有排气接口17，喉管段13的最窄处设有雾化器14，混合段15中设有滤水网16和集水槽18，集水槽18位于滤水网16下方且倾斜设置，雾化器14通过输水管33连接至加湿水罐23的输出端，集水槽18的低处通过回流管31连接至加湿水罐23，滤水网16用来过滤过量的液态水，滤水网16上残留的液态水通过管壁下落进入集水槽18，一般的，集水槽18的最低处通过回流管31连接至加湿水罐23，回流管31另一端和加湿水罐23连通，一方面集水槽18收集的液态水回流进入加湿水罐23；另一方面保证加湿水罐23和雾化区14连通，保证压力相同。同样，回流管31也倾斜设置。

干燥的气体从进气接口11进入预加湿器，在进气段12平缓流动，随后进入喉管段13，然后流过混合段15和滤水网16，最终从排气接口17排出。

喉管段13的横截面为圆形。如图3所示，雾化器14包括内圈雾化环144和外圈雾化环142，外圈雾化环142上设有吸水口141，内圈雾化环144和外圈雾化环142之间通过多个雾化板143连通，吸水口141连接至输水管33，内圈雾化环144和雾化板143的流道壁上设有1-10um微孔结构。液态水从吸水口141分散进入外圈雾化环142，雾化板143和内圈雾化环144之间的流道，并在具有微孔结构的流道壁扩散、渗透和雾化，而干燥的气体从中心区和外围区流过。在一些实施例中，雾化板143沿径向分布。

喉管段13是一个直径先逐渐缩小后逐渐增大的管状结构。当气体流经所述喉管段13时，由于流通直径变小，气体流速迅速增加，根据伯努利原理，气体流速增加，该处压力降低，在喉管段13形成负压。因此加湿水通过所述输水管33被吸入雾化器14中。在雾化器14的作用下，液态水被雾化并被较干燥的气体携带，实现对气体的加湿。

输水管33中设有调节阀32，在一些实施例中，调节阀32为电控调节阀。

雾化器14位陶瓷制雾化器。

加湿水罐23的顶部设有进水孔26，且加湿水罐23内设有补水针阀22和浮子24，浮子24连接补水针阀22以控制进水孔26的开闭，进水孔26连接有补水管21，当液位降低时，浮子24下移并带动补水针阀22下移，进而所述补水管21打开实现补水。

加湿水罐23上还设有排水孔，该排水孔通过排水阀25连接至排水口，其中，排水阀25安装在加湿水罐23较低处，排出多余的水。

本申请在电堆启动阶段实现对气体进行预加湿，有效避免较干燥的气体进入电堆；同时能够调节气体湿度。本申请利用文丘里管原理，当较干燥的气体流过喉管结构时，气体流速增加，在喉管段13形成负压，吸入经过雾化后的液态水，从而实现对气体加湿。而且气体流量越大，负压越大，吸入的水量也越大，同时为了防止过加湿，调节阀32可以根据需要控制调节阀开度，进而调节气体湿度。

Claims (10)

1.一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，包括雾化区(1)和加湿水罐(23)，所述雾化区(1)包括有下而上依次设置的进气段(12)、喉管段(13)和混合段(15)，所述进气段上设有进气接口(11)，所述混合段(15)上设有排气接口(17)，所述喉管段(13)的最窄处设有雾化器(14)，所述混合段(15)中设有滤水网(16)和集水槽(18)，所述集水槽(18)位于滤水网(16)下方且倾斜设置，所述雾化器(14)通过输水管(33)连接至加湿水罐(23)的输出端，所述集水槽(18)的低处通过回流管(31)连接至加湿水罐(23)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述喉管段(13)的横截面为圆形。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述输水管(33)中设有调节阀(32)。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述调节阀(32)为电控调节阀。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述雾化器(14)包括内圈雾化环(144)和外圈雾化环(142)，所述外圈雾化环(142)上设有吸水口(141)，所述内圈雾化环(144)和外圈雾化环(142)之间通过多个雾化板(143)连通，所述吸水口(141)连接至输水管(33)，所述内圈雾化环(144)和雾化板(143)的流道壁上设有微孔结构。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述雾化板(143)沿径向分布。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述回流管(31)倾斜设置。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述雾化器(14)位陶瓷制雾化器。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述加湿水罐(23)的顶部设有进水孔(26)，且加湿水罐(23)内设有补水针阀(22)和浮子(24)，所述浮子(24)连接所述补水针阀(22)以控制进水孔(26)的开闭。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池预加湿器装置，其特征在于，所述加湿水罐(23)上还设有排水孔，该排水孔通过排水阀(25)连接至排水口。

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