CN216288546U - 一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，涉及燃料电池配件技术领域，包括增湿器本体，增湿器本体上连接有中冷器和换热器，所述换热器上设有氢气进口和氢气出口；中冷器上设有进口侧的空气进口和出口侧的空气出口，空气出口连通于增湿器本体的进口侧，增湿器本体的出口侧设有第一节气门与第二节气门，第一节气门用于连通燃料电池的进堆空气端，第二节气门用于连通尾排。达到了将增湿器、中冷器、换热器以及节气门等集成于一体，使得燃料电池系统的管路布置更简洁、美观，同时还增加增湿器快速排水功能与电堆气路隔断功能，增强燃料电池系统整体安全性与可靠性的效果。

Description

一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器

技术领域

本实用新型涉及燃料电池配件技术领域，特别涉及一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器。

背景技术

近几年，随着国家关于氢能的一系列政策的导向与实施，氢燃料电池汽车因清洁环保，燃料加注速度快，发电效率高等优势迎来了快速发展。

氢燃料电池系统是氢燃料电池汽车的核心发动机，而增湿器、中冷器、换热器、节气门以及各类传感器等均是燃料电池系统的重要组成部分；这些关键零部件在燃料电池系统中布置比较复杂，在整个燃料电池系统空间中占据了较大体积。考虑到整车布置空间往往有限，过于臃肿复杂的燃料电池系统不利于自身的系统组装及在整车上的应用，故燃料电池系统中各零部件集成一体化是很好的一种解决方案和趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，本发明将中冷器、换热器以及节气门等功能集成于增湿器中，使得燃料电池系统的管路布置更简洁、美观，有利于减小燃料电池系统的体积，方便其模块化应用，同时还增加增湿器快速排水功能与电堆气路隔断功能，增强燃料电池系统整体的安全性与可靠性。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，包括增湿器本体，增湿器本体上连接有中冷器和换热器，所述换热器上设有氢气进口和氢气出口；

所述中冷器上设有进口侧的空气进口和出口侧的空气出口，空气出口连通于增湿器本体的进口侧，增湿器本体的出口侧设有第一节气门与第二节气门，第一节气门用于连通燃料电池的进堆空气端，第二节气门用于连通尾排。

更进一步地，所述中冷器的冷却液出口连通于换热器的冷却液进口。

更进一步地，所述中冷器上还设有电堆壳体吹口，电堆壳体吹口连通于中冷器的出口侧。

更进一步地，所述中冷器的出口侧还连接有检测空气温度与压力的温压传感器。

更进一步地，所述增湿器本体的出口侧还连接有湿度传感器。

更进一步地，所述换热器连接于中冷器上方。

更进一步地，所述增湿器本体、换热器、中冷器、第一节气门与第二节气门之间通过螺钉连接并设置密封圈密封。

更进一步地，所述换热器与中冷器之间的密封圈密封于中冷器的冷却液出口和换热器的冷却液进口之间，中冷器与增湿器本体之间的密封圈密封于空气出口与增湿器本体的进口侧之间。

更进一步地，所述增湿器本体上还连接湿侧进气口和湿侧出气口，湿侧进气口用于连通燃料电池堆的出堆空气，出堆空气在增湿器本体内与空气进口内进入的空气进行湿热交换。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

多功能集成式增湿器，便于一体化固定，无须专门为多个零部件设计固定支架，同时减少了硅胶气管与硅胶水管的数量，提高了系统的集成度，使系统布置更简单紧凑，降低了系统的装配难度和开发成本；

多功能集成式增湿器高度模块化，便于系统设计与方案布置，同时内部各零部件间通过螺栓与密封圈实现连接与密封，在后期维护保养时易于拆装与更换；当多功能集成式增湿器某一功能模块出现问题故障时，无须整体更换，只需更换多功能集成式增湿器内部对应出故障的零部件即可；

该集成式增湿器多功能化，除具有降低空气温度、增加空气湿度、检测空气温度、压力和湿度的基础核心功能外，还具有提高氢气温度，电堆吹扫，停机快速排水、停机气路隔断等功能，提高燃电系统发电效率和安全性。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中的侧面结构示意图；

图3是本实用新型中另一侧面的结构示意图；

图4是本实用新型的整体原理示意图。

图中，1、增湿器本体；11、湿侧进气口；12、湿侧出气口；13、湿度传感器；2、中冷器；21、空气进口；22、空气出口；23、电堆壳体吹口；24、温压传感器；25、空压机；26、流量计；27、过滤器；3、换热器；31、氢气进口；32、氢气出口；4、第一节气门；5、第二节气门；6、第三节气门；7、尾排。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本实用新型的限制。

如图1所示，一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，包括增湿器本体1，增湿器本体1上连接有中冷器2和换热器3，换热器3上设有氢气进口31和氢气出口32，用于提高氢气的温度，中冷器2用于降低空气温度，增湿器本体1将降温后的空气增湿，而后通入燃料电池堆，作为进堆空气。

如图1和图2所示，换热器3连接于中冷器2上方，而氢气进口31和氢气出口32皆位于换热器3外侧下方，氢气出口32用于连通至电堆的进堆氢气端，以参与电化学反应；

中冷器2的冷却液出口连通于换热器3的冷却液进口，使得在燃电系统运行时，冷却液先进入该集成模块的中冷器2内与高温空气进行热交换，降低中冷器2内空气的温度，随后冷却液直接进入换热器3内部，再与氢气进行热交换，提高氢气的温度，保证进入电堆的空气与氢气均具有最适宜的反应温度，从而提高电堆的发电效率。

如图1所示，中冷器2上设有进口侧的空气进口21和出口侧的空气出口22，空气出口22连通于增湿器本体1的进口侧（干侧），空气进口21依次连通于空压机25、流量计26和过滤器27，过滤后的空气通过空压机25压缩成高温干燥空气，通入中冷器2中降温，再进入增湿器本体1中进行增湿，以达到适宜的温度和湿度，进入电堆进行电化学反应。

如图1所示，增湿器本体1上还连接湿侧进气口11和湿侧出气口12，湿侧进气口11用于连通燃料电池堆的出堆空气，出堆空气在增湿器本体1内与空气进口21内进入的空气进行湿热交换，湿侧出气口12连通于第三节气门6，第三节气门6另一端连通于尾排7；

具体的，增湿器本体1为膜管增湿器，内部是一根根中空纤维膜管，干侧空气在管内，湿侧空气在管外，水分通过膜管从管外进入管内；而经过压缩的干空气进入增湿器的进口侧，在膜管内经过加湿后形成湿空气进入电堆；

湿侧进气口11将电堆排出的废气输入增湿器内部给管内气体加湿后，从湿侧出气口12排出增湿器进入第三节气门6/泄压阀后通过尾排7排出；

膜管内外形成独立的增湿器通道，通过回收电堆中的水分和热量，使其在膜管壁内外两侧进行湿热交换，从而达到电堆所需的温度和湿度。

如图1所示，增湿器本体1的出口侧设有第一节气门4与第二节气门5，第一节气门4用于连通燃料电池的进堆空气端，第二节气门5用于连通尾排7。

如图3所示，中冷器2的出口侧还连接有检测空气温度与压力的温压传感器24，增湿器本体1的出口侧还连接有湿度传感器13；以在燃电系统运行时实时监测空气的湿度、温度和压力。

此外，如图1和图4所示，考虑到燃电系统运行时电堆壳体需不断吹扫，以避免壳体内部氢气堆积，在中冷器2上还设有电堆壳体吹口23，电堆壳体吹口23连通于中冷器2的出口侧，以通过硅胶管将电堆壳体吹口23与电堆壳体处的吹扫口直接相连，让部分冷却后的空气直接进入电堆壳体，实现电堆壳体吹扫的功能。

如图1所示，增湿器本体1、换热器3、中冷器2、第一节气门4与第二节气门5之间通过螺钉连接并设置O型密封圈密封；

其中，换热器3与中冷器2之间的密封圈密封于中冷器2的冷却液出口和换热器3的冷却液进口之间，中冷器2与增湿器本体1之间的O型密封圈密封于空气出口22与增湿器本体1的进口侧之间。

工作原理：

在燃电系统运行时:

氢气通过换热器3升温后通入电堆的进堆氢气端；

过滤后的空气通过空压机25压缩成高温干燥空气，通入中冷器2中降温，再进入增湿器本体1中进行增湿，以达到适宜的温度和湿度，进入电堆的进堆空气端进行电化学反应；

第一节气门4开启，第二节气门5保持关闭状态，使得降温增湿后的空气通过第一节气门4进入电堆的进堆空气端参与电化学反应；

同时，部分冷却后的空气通过电堆壳体吹口23直接进入电堆壳体的壳体吹扫进气端进行吹扫，实现电堆壳体吹扫的功能；

反应结束电堆产生的出堆废气通过尾排排出，而电堆的出堆空气进入增湿器本体1内，并与空气进口21内进入的空气进行湿热交换，最后通过第三节气门6与尾排7排出；电堆的壳体吹扫出气端将吹扫出气通过尾排排出。

在燃电系统停机后：

第一节气门4关闭，将电堆内部气路与外界空气隔绝。此时即使电堆内有残留的氢气与空气中的氧气进行电化学反应，但因电堆内部与外界隔绝，无外界后续的空气补充，反应也能及时停止，保证系统的安全性；

在燃电系统准备下电时，需进行停机吹扫，将增湿器本体1内多余水汽排掉；此时，第二节气门5开启，增湿器本体1内的多余水汽可直接排至尾排7，无须经过电堆内部，大大缩短了停机吹扫时间，确保增湿器本体1内部多余水汽能快速完全排掉。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，不用于限制本实用新型，本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：包括增湿器本体（1），增湿器本体（1）上连接有中冷器（2）和换热器（3），所述换热器（3）上设有氢气进口（31）和氢气出口（32）；

所述中冷器（2）上设有进口侧的空气进口（21）和出口侧的空气出口（22），空气出口（22）连通于增湿器本体（1）的进口侧，增湿器本体（1）的出口侧设有第一节气门（4）与第二节气门（5），第一节气门（4）用于连通燃料电池的进堆空气端，第二节气门（5）用于连通尾排（7）。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述中冷器（2）的冷却液出口连通于换热器（3）的冷却液进口。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述中冷器（2）上还设有电堆壳体吹口（23），电堆壳体吹口（23）连通于中冷器（2）的出口侧。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述中冷器（2）的出口侧还连接有检测空气温度与压力的温压传感器（24）。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述增湿器本体（1）的出口侧还连接有湿度传感器（13）。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述换热器（3）连接于中冷器（2）上方。

7.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述增湿器本体（1）、换热器（3）、中冷器（2）、第一节气门（4）与第二节气门（5）之间通过螺钉连接并设置密封圈密封。

8.根据权利要求7所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述换热器（3）与中冷器（2）之间的密封圈密封于中冷器（2）的冷却液出口和换热器（3）的冷却液进口之间，中冷器（2）与增湿器本体（1）之间的密封圈密封于空气出口（22）与增湿器本体（1）的进口侧之间。

9.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器，其特征在于：所述增湿器本体（1）上还连接湿侧进气口（11）和湿侧出气口（12），湿侧进气口（11）用于连通燃料电池堆的出堆空气，出堆空气在增湿器本体（1）内与空气进口（21）内进入的空气进行湿热交换。

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