CN217522062U - 燃料电池加湿器及燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池加湿器及燃料电池系统 Download PDF

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邱佰红
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Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池加湿器及燃料电池系统，涉及燃料电池的技术领域。燃料电池加湿器包括加湿器壳体、加湿芯体，加湿芯体设置于加湿腔内，且加湿芯体的两端分别与干入口和干出口连通；导流件，导流件具有围绕加湿芯体设置的顶壁和侧壁，导流件的顶壁与加湿腔上的位于湿入口和湿出口之间的顶壁连接，导流件的侧壁与加湿腔的内壁之间形成导流通道，导流通道内设置有导流挡板，以使湿气能够从导流件的底部反流到导流通道后从湿出口排出。燃料电池系统包括系统框架和燃料电池加湿器；燃料电池加湿器设置在系统框架上。达到了加湿器具有气液分离功能的技术效果。

Description

燃料电池加湿器及燃料电池系统
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及燃料电池加湿器及燃料电池系统。
背景技术
在车用燃料电池的空气系统中，空气系统包括空压机、中冷器、加湿器和涡轮器，通过空压机、中冷器和加湿器为电堆提供反应气体，通过涡轮器对从电堆排出的高温高湿的空气进行能量回收。
电堆反应对空气的湿度有要求，因此需要加湿器对进入电堆的气体进行加湿。经电堆反应后排出的高温高湿的空气，会从湿入口进入加湿器内对加湿器内的干空气进行加湿，然后高温高湿的空气从湿出口排出，但是从湿出口排出的湿气存在大量液态水，液态水进入后续的涡轮器进行能量回收时会对涡轮器造成损坏，故从加湿器排出的湿气需要经由气液分离器分离后进入涡轮器进行能量回收。
如果不在加湿器上外接气液分离器的话，含有液态水的湿气会从加湿器的输出流道流向后端的能量回收件，而一旦能量回收件内进入液态水，会直接对能量回收件内部的涡轮部件造成不可逆的破坏，导致使用寿命减少。但是，外接气液分离器会增加系统总成体积和质量，降低系统体积功率密度和系统质量功率密度，增加系统成本。
因此，提供一种具有气液分离功能的燃料电池加湿器及燃料电池系统成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种燃料电池加湿器及燃料电池系统，以缓解现有技术中加湿器不具有气液分离功能的技术问题。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池加湿器，包括：
加湿器壳体，所述加湿器壳体的两端分别设有干入口和干出口，所述加湿器壳体内具有密封设置的加湿腔，所述加湿器壳体上设置有与所述加湿腔分别连通的湿入口和湿出口；
加湿芯体，所述加湿芯体设置于所述加湿腔内，且所述加湿芯体的两端分别与所述干入口和所述干出口连通；
导流件，所述导流件具有围绕所述加湿芯体设置的顶壁和侧壁，所述导流件的顶壁与所述加湿腔上的位于所述湿入口和所述湿出口之间的顶壁连接，所述导流件的侧壁与所述加湿腔的内壁之间形成导流通道，所述导流通道内设置有导流挡板，以使湿气能够从所述导流件的底部反流到所述导流通道后从所述湿出口排出。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述干入口和所述加湿腔之间设置有第一密封支撑件，所述干出口和所述加湿腔之间均设置有第二密封支撑件；
所述加湿芯体为中空纤维膜管，所述中空纤维膜管的一端通过所述第一密封支撑件与所述干入口连通，另一端通过所述第二密封支撑件与所述干出口连通。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述燃料电池加湿器还包括辅助导流板；
所述导流件沿所述加湿腔延伸方向的一端与所述第一密封支撑件密封连接；
所述辅助导流板的外缘与所述加湿腔的侧壁和顶壁连接，所述辅助导流板的内缘与所述导流件的另一端连接。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述辅助导流板的底部的高度低于所述导流件的底部的高度。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述导流挡板错位设置在所述导流件的侧壁上和/或所述加湿腔的内壁上。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述导流挡板倾斜设置，且所述导流挡板的自由端低于固定端。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述导流挡板的自由端与固定端的水平距离L1与所述导流件和所述加湿器壳体两者之前的距离L2的关系为：2L1>L2。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述加湿器壳体上位于所述加湿腔处开设有排水口。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述加湿器壳体内开设有与所述干入口连通的干入腔以及与所述干出口连通的干出腔；
或者，所述加湿器壳体上设置有两个端盖，两个所述端盖与所述加湿器壳体之间分别形成与所述干入口连通的干入腔以及与所述干出口连通的干出腔。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池系统，包括系统框架和所述燃料电池加湿器；
所述燃料电池加湿器设置在所述系统框架上。
有益效果：
本实用新型提供了一种燃料电池加湿器，包括加湿器壳体，加湿器壳体的两端分别设有干入口和干出口，加湿器壳体内具有密封设置的加湿腔，加湿器壳体上设置有与加湿腔分别连通的湿入口和湿出口；加湿芯体，加湿芯体设置于加湿腔内，且加湿芯体的两端分别与干入口和干出口连通；导流件，导流件具有围绕加湿芯体设置的顶壁和侧壁，导流件的顶壁与加湿腔上的位于湿入口和湿出口之间的顶壁连接，导流件的侧壁与加湿腔的内壁之间形成导流通道，导流通道内设置有导流挡板，以使湿气能够从导流件的底部反流到导流通道后从湿出口排出。
具体的，在进行工作时，需要加湿的干空气从干入口进入加湿芯体的管路内，并顺着加湿芯体的管路移动，然后从干出口排出并进入到电堆内；经电堆排出的湿气从湿入口进入到加湿腔内，然后湿气能够填满加湿腔并包覆加湿芯体的管路，加湿芯体的膜管外壁吸收水分后通过传质到达膜管内壁，干空气从加湿芯体内经过时带走膜管内壁上的水分，从而来给干空气进行加湿。加湿腔内的湿气顺着加湿腔移动，湿气会受到导流件的导流，使得至少一部分湿气顺着导流件向下移动，然后从导流件底部的开口向外流动至导流通道内，然后受气压作用，湿气会顺着导流通道向上移动，而湿气在上升过程中会受到设置在导流通道内的导流挡板的阻挡和导流，从而使湿气中的液体被分离出，使得不带有液体的湿气从湿出口排出，不带有液体的湿气能够推动后端的能量回收件的涡轮转动，从而实现动力回收，而且不会对能量回收件的涡轮造成损伤。通过这样的设置，无需额外增设气液分离器，从而不会增加系统总成体积和质量，不会降低系统体积功率密度和系统质量功率密度，不会增加系统成本。
本实用新型提供了一种燃料电池系统，包括系统框架和燃料电池加湿器；燃料电池加湿器设置在系统框架上。燃料电池系统与现有技术相比具有上述的优势，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。
图1为本实用新型实施例提供的燃料电池加湿器的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图。
图标：
100-加湿器壳体；101-干入口；102-湿出口；103-湿入口；104-干出口；111-第一密封支撑件；112-第二密封支撑件；120-干入腔；130-加湿腔；140-干出腔；150-排水口；
200-加湿芯体；
300-导流件；310-辅助导流板；
400-导流挡板；
500-返流方向；
600-导流通道。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
参见图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池加湿器，包括加湿器壳体100，加湿器壳体100的两端分别设有干入口101和干出口104，加湿器壳体100内具有密封设置的加湿腔130，加湿器壳体100上设置有与加湿腔130分别连通的湿入口103和湿出口102；加湿芯体200，加湿芯体200设置于加湿腔130内，且加湿芯体200的两端分别与干入口101和干出口104连通；导流件300，导流件300具有围绕加湿芯体200设置的顶壁和侧壁，导流件300的顶壁与加湿腔130上的位于湿入口103和湿出口102之间的顶壁连接，导流件300的侧壁与加湿腔130的内壁之间形成导流通道600，导流通道600内设置有导流挡板400，以使湿气能够从导流件300的底部反流到导流通道600后从湿出口102排出。
具体的，在进行工作时，需要加湿的干空气从干入口101进入加湿芯体200的管路内，并顺着加湿芯体200的管路移动，然后从干出口104排出并进入到电堆内；经电堆排出的湿气从湿入口103进入到加湿腔130内，然后湿气能够填满加湿腔130并包覆加湿芯体200的管路，加湿芯体200的膜管外壁吸收水分后通过传质到达膜管内壁，干空气从加湿芯体200内经过时带走膜管内壁上的水分，从而来给干空气进行加湿。加湿腔130内的湿气顺着加湿腔130移动，湿气会受到导流件300的导流，使得至少一部分湿气顺着导流件300向下移动，然后从导流件300底部的开口沿返流方向500向外流动至导流通道600内，然后受气压作用，湿气会顺着导流通道600向上移动，而湿气在上升过程中会受到设置在导流通道600内的导流挡板400的阻挡和导流，从而使湿气中的液体被分离出，使得不带有液体的湿气从湿出口102排出，不带有液体的湿气能够推动后端的能量回收件的涡轮转动，从而实现动力回收，而且不会对能量回收件的涡轮造成损伤。通过这样的设置，无需额外增设气液分离器，从而不会增加系统总成体积和质量，不会降低系统体积功率密度和系统质量功率密度，不会增加系统成本。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，干入口101和加湿腔130之间设置有第一密封支撑件111，干出口104和加湿腔130之间均设置有第二密封支撑件112；加湿芯体200为中空纤维膜管，中空纤维膜管的一端通过第一密封支撑件111与干入口101连通，另一端通过第二密封支撑件112与干出口104连通。
具体的，第一密封支撑件111、第二密封支撑件112和加湿器壳体100三者围成加湿腔130。
其中，加湿芯体200的一端通过第一密封支撑件111与干入口101连通，另一端通过第二密封支撑件112与干出口104连通。
需要指出的是，加湿芯体200可以采用中空纤维膜管，另外，本领域技术人员可以根据实际需求自行选择加湿芯体200的材质，在此不再进行赘述。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，燃料电池加湿器还包括辅助导流板310；导流件300沿加湿腔130延伸方向的一端与第一密封支撑件111密封连接；辅助导流板310的外缘与加湿腔130的侧壁和顶壁连接，辅助导流板310的内缘与导流件300的另一端连接。
具体的，通过将导流件300的一端与第一密封支撑件111之间密封连接，避免湿气从导流件300和第一密封支撑件111之间的缝隙流出，减少带有液体的湿气流入后续的涡轮中。
另外，辅助导流板310的外缘与加湿腔130的侧壁和顶壁连接，辅助导流板310的内缘与导流件300的另一端连接，从而通过辅助导流板310的设置能够封堵加湿腔130顶壁和侧壁与导流件300的顶壁与侧壁之前的缝隙，从而使得湿气仅能从导流件300的内部或者导流件300的底部移动，从而使得更多的湿气必须经过导流通道600后从湿出口102排出，从而减少带有液体的湿气流入后续的涡轮中。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，辅助导流板310的底部的高度低于导流件300的底部的高度。
具体的，通过这样的设置，使得所有的湿气均能够从导流件300的底部向上沿导流通道600返流。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，导流挡板400错位设置在导流件300的侧壁上和/或加湿腔130的内壁上。
具体的，导流挡板400错位设置在加湿腔130的内壁和导流件300的外壁两者上，从而提高对湿气的分离效果。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，导流挡板400倾斜设置，且导流挡板400的自由端低于固定端。
具体的，将导流挡板400倾斜向下设置，提高对带湿气的分离效果。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，导流挡板400的自由端与固定端的水平距离L1与导流件300和加湿器壳体100两者之前的距离L2的关系为：2L1>L2。
具体的，将导流挡板400的自由端与固定端的水平距离L1与导流件300和加湿器壳体100两者之前的距离L2的关系为2L1>L2，通过这样的设置，提高对湿气的分离效果。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，加湿器壳体100上位于加湿腔130处开设有排水口150。
具体的，通过排水口150将加湿腔130内的液态水排出。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，加湿器壳体100内开设有与干入口101连通的干入腔120以及与干出口104连通的干出腔140；或者，加湿器壳体100上设置有两个端盖，两个端盖与加湿器壳体100之间分别形成与干入口101连通的干入腔120以及与干出口104连通的干出腔140。
具体的，设置干入腔120能够使得干空气均匀的进入加湿芯体200内，设置干出腔140能够使得从加湿芯体200内排出的空气混合后从干出口104排出并进入到电堆内。
另外，可以通过在加湿器壳体100上设置端盖，通过端盖与加湿器壳体100之间的腔体形成干入腔120和干出腔140。
本实施例提供了一种燃料电池系统，包括系统框架和燃料电池加湿器；燃料电池加湿器设置在系统框架上。
具体的，本实施例提供的燃料电池系统与现有技术相比具有上述燃料电池加湿器的优势，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池加湿器，其特征在于，包括：
加湿器壳体(100)，所述加湿器壳体(100)的两端分别设有干入口(101)和干出口(104)，所述加湿器壳体(100)内具有密封设置的加湿腔(130)，所述加湿器壳体(100)上设置有与所述加湿腔(130)分别连通的湿入口(103)和湿出口(102)；
加湿芯体(200)，所述加湿芯体(200)设置于所述加湿腔(130)内，且所述加湿芯体(200)的两端分别与所述干入口(101)和所述干出口(104)连通；
导流件(300)，所述导流件(300)具有围绕所述加湿芯体(200)设置的顶壁和侧壁，所述导流件(300)的顶壁与所述加湿腔(130)上的位于所述湿入口(103)和所述湿出口(102)之间的顶壁连接，所述导流件(300)的侧壁与所述加湿腔(130)的内壁之间形成导流通道(600)，所述导流通道(600)内设置有导流挡板(400)，以使湿气能够从所述导流件(300)的底部反流到所述导流通道(600)后从所述湿出口(102)排出。
2.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器，其特征在于，所述干入口(101)和所述加湿腔(130)之间设置有第一密封支撑件(111)，所述干出口(104)和所述加湿腔(130)之间均设置有第二密封支撑件(112)；
所述加湿芯体(200)为中空纤维膜管，所述中空纤维膜管的一端通过所述第一密封支撑件(111)与所述干入口(101)连通，另一端通过所述第二密封支撑件(112)与所述干出口(104)连通。
3.根据权利要求2所述的燃料电池加湿器，其特征在于，还包括辅助导流板(310)；
所述导流件(300)沿所述加湿腔(130)延伸方向的一端与所述第一密封支撑件(111)密封连接；
所述辅助导流板(310)的外缘与所述加湿腔(130)的侧壁和顶壁连接，所述辅助导流板(310)的内缘与所述导流件(300)的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的燃料电池加湿器，其特征在于，所述辅助导流板(310)的底部的高度低于所述导流件(300)的底部的高度。
5.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器，其特征在于，所述导流挡板(400)错位设置在所述导流件(300)的侧壁上和/或所述加湿腔(130)的内壁上。
6.根据权利要求5所述的燃料电池加湿器，其特征在于，所述导流挡板(400)倾斜设置，且所述导流挡板(400)的自由端低于固定端。
7.根据权利要求6所述的燃料电池加湿器，其特征在于，所述导流挡板(400)的自由端与固定端的水平距离L1与所述导流件(300)和所述加湿器壳体(100)两者之前的距离L2的关系为：2L1>L2。
8.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池加湿器，其特征在于，所述加湿器壳体(100)上位于所述加湿腔(130)处开设有排水口(150)。
9.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池加湿器，其特征在于，所述加湿器壳体(100)内开设有与所述干入口(101)连通的干入腔(120)以及与所述干出口(104)连通的干出腔(140)；
或者，所述加湿器壳体(100)上设置有两个端盖，两个所述端盖与所述加湿器壳体(100)之间分别形成与所述干入口(101)连通的干入腔(120)以及与所述干出口(104)连通的干出腔(140)。
10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括系统框架和权利要求1-7任一项所述的燃料电池加湿器；
所述燃料电池加湿器设置在所述系统框架上。
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