CN217848008U - 一种用于燃料电池的加湿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于燃料电池的加湿装置，包括电堆、引射器、雾化喷头、水箱、空气压缩机和空滤，所述空滤设置于空气压缩机的进风口，所述空气压缩机的出风口套设有水箱，所述引射器的进气端与空气压缩机的出风口连通，引射器的引射端通过雾化喷头与水箱连通，引射器的出气端与电堆的阴极入口连通。本实用新型通过引射器与水箱配合为压缩空气加湿，无需水泵、加湿器、中冷器等部件，并且不会产生寄生功率，不会降低功率密度，保证燃料电池的高效稳定运行，同时减少燃料电池的体积和制造成本。

Description

一种用于燃料电池的加湿装置

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，特别涉及一种用于燃料电池的加湿装置。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，新能源替代原有的化石能源逐渐步入人们的视线。其中，燃料电池是一种可将化学能直接转化成电能的装置，由于效率高、噪声小、启动温度低和零污染等优点，被广泛应用于固定式发电、交通运输以及便携式电源等领域。

目前应用于燃料电池的空气加湿系统通常是内部加湿和外部加湿。外部加湿指在反应气体进入电堆反应前，通过外部附加装置对燃料气体增湿的技术。外部加湿常采用加湿器，主流加湿器均为气-气加湿型，即利用从电堆排出的湿润的空气对进入电堆的干燥的空气进行加湿。气-气型加湿器的结构比较复杂，成本较高，并且占用空间大，严重降低电堆的功率密度。

中国发明专利CN111883804A公开了一种质子交换膜燃料电池系统用空压机加湿装置。该发明的装置利用燃料电池电堆反应产生的尾排纯水，利用水泵通过雾化喷嘴喷向空气压缩机的进气端，从而在燃料电池系统运行时达到循环平衡，即空气压缩机启动，空气进入燃料电池，电堆反应产生水，水循环回空气压缩机冷却并加湿进入燃料电池。其中，喷水量通过控制水泵的转速来控制，进而控制空气压缩机排出的空气湿度和温度。可以设置空气压缩机和水泵的对应转速关系，使空气压缩机的排气达到电堆需要的流量、压力、温度和湿度的要求。该方法的优点在于水泵比较容易控制，但是，其缺点在于水泵的使用会产生额外的能耗、产生寄生功率，从而降低功率密度，同时也会产生噪音、振动等问题，并且增加系统重量和体积，不利于氢燃料电池整体的布置、结构紧凑性和轻量化设计。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于燃料电池的加湿装置，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于燃料电池的加湿装置，包括电堆、引射器、雾化喷头、水箱、空气压缩机和空滤，所述空滤设置于空气压缩机的进风口，所述空气压缩机的出风口套设有水箱，所述引射器的进气端与空气压缩机的出风口连通，引射器的引射端通过雾化喷头与水箱连通，引射器的出气端与电堆的阴极入口连通。

由于空气压缩机在压缩空气时使压缩后的空气温度升高，因此将水箱套设于空气压缩机的出风口，从而为压缩气体降温，压缩气体经过引流器，带动水箱内的水通过雾化喷头雾化并与压缩气体混合，从而保证燃料电池的正常运行。

进一步的，所述电堆的阴极出口通过管路连接有水气分离器，所述水气分离器的排气口通过管路连接有尾排出口，水气分离器的排水口通过管路与水箱连通，所述水箱与尾排出口通过管路连通。将水气分离器分离出的水引入水箱，形成循环利用，多余的水分由尾排出口导出。

进一步的，所述引射器与水箱之间设有电磁阀。通过电磁阀控制水箱内的水雾化，从而控制压缩空气的湿度。

进一步的，所述引射器并联设置多个。

进一步的，所述多个引射器具有不同的通径。通过设置多个不同通径的引射器，满足不同功率下燃料电池对于空气流量的不同需要，从而提供稳定的空气湿度，保持燃料电池的高效运转。

进一步的，所述空滤与空气压缩机之间连接有流量计，所述引射器与电堆阴极入口之间设置有温湿度传感器。

进一步的，所述引射器与电堆阴极入口之间设置有气压传感器。

进一步的，所述空气压缩机、电磁阀、流量计、温湿度传感器和气压传感器均通过线路连接至燃料电池控制器。燃料电池控制器用于协调燃料电池中各部件稳定高效运转，通过温湿度传感器和压力传感器反馈得到压缩空气的温度、湿度和压强，燃料电池控制器通过反馈得到的流量和压强控制空气压缩机的转速，通过温度和湿度调节电磁阀的开合，为燃料电池提供稳定的运行环境。

进一步的，所述空气压缩机采用罗茨风机。罗茨风机无需添加润滑剂，运行稳定，能够满足燃料电池对空气洁净度的要求。

进一步的，所述水箱与空气压缩机排气口的形状适配。

相比于现有技术的缺点和不足，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型采用引射器与水箱配合为压缩空气加湿，无需水泵、加湿器和中冷器，因此不会产生寄生功率，并且不会降低功率密度，同时还能减小燃料电池体积。

2.水箱套设于空气压缩机排气口，通过水箱内水流的流动为压缩空气降温，降温效果好，结构设计巧妙，实用性强。

3.通过设置多个通径不同的引射器，并通过电磁阀控制，为燃料电池不同功率匹配相应的压缩空气湿度，为燃料电池提供高效稳定的运行环境。

附图说明

图1是本实用新型一种用于燃料电池的加湿装置的连接关系示意图。

图2是本实用新型中空气压缩机出口的两种截面结构示意图。

图中：1-电堆；2-引射器；3-水箱；4-空气压缩机；41-出气口；5-空滤；6- 水气分离器；7-尾排出口；8-电磁阀；9-气压传感器；10-温湿度传感器；11-流量计。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，一种用于燃料电池的加湿装置，包括电堆1、引射器2、雾化喷头、水箱3、空气压缩机4和空滤5，所述空滤5设置于空气压缩机4的进气口，用于过滤空气压缩机4吸入的空气，保证吸入的空气中不含灰尘或其他杂质，由于空气压缩机4将空气压缩后使压缩空气温度升高，因此将水箱3套设于空气压缩机4的出气口41，用于冷却空气压缩机4压缩后的高温高压气体，水箱3与雾化喷头连通，雾化喷头与引射器2的引射端连通，引射器2的进气端与空气压缩机4的出气口41通过管路连通，引射器2的排气端与电堆1阴极入口通过管路连通，空气压缩机4排出压缩空气，引射器2内形成负压带动雾化喷头将水箱3内的水雾化喷出，与管路内的压缩空气混合加湿，并最终流入电堆 1。

由于燃料电池对进入电堆1的空气清洁度要求较高，因此空气压缩机4采用罗茨风机，不需要内部润滑，结构简单，并且性能稳定。

参照图2，空气压缩机4的出气口采用圆形、方形等形状，套设于空气压缩机4出气口41的水箱3与出气口41形状相同，通过水箱3内的水流流动，为空气压缩机4排出的压缩气体降温。

电堆1阴极出口通过管路连接有水气分离器6，水气分离器6的气体出口与尾排出口7连通，液体出口与水箱3连通，从而实现循环利用，同时水箱3 与尾排出口7连通，能够将多余的水分排出，保证燃料电池的稳定运行。

引射器2的引设端与水箱3之间设有电磁阀8，电磁阀8与燃料电池控制器电连接，电磁阀8用于控制水箱内的水雾化，燃料电池控制器通过控制电磁阀8的开合，进而调节管路内高压气体的湿度。根据燃料电池对进入阴极电堆 1气体湿度的需要，可设置多组引射器2，通过并联的方式连通，每组引射器2 的通径大小不同，每组引射器2均设有电磁阀8。根据不同功率对应的进气量，对管路内的高压气体湿度进行精准调控。

阴极电堆1入口与引射器2之间的管路上设置温湿度传感器10和气压传感器9并与燃料电池控制器电连接；空滤5与空气压缩机4进气口之间设置流量计11并与燃料电池控制器电连接；空气压缩机4与燃料电池控制器电连接；从而燃料电池控制器能够根据吸入的空气量以及管路内压缩空气的温度、湿度和压力，对空气压缩机4的转速以及电磁阀的开合进行精准调控，从而保障燃料电池的高效稳定运行。

本实用新型提供了一种用于燃料电池的加湿装置，通过设置引射器和水箱实现加湿功能，无需水泵、加湿器和中冷器，有效降低燃料电池的制造成本和体积，利用引射器的物理结构加湿，不会产生寄生功率，无需额外能耗，并且不会降低功率密度。本实用新型结构简单，设计巧妙，实用性强。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，包括电堆、引射器、雾化喷头、水箱、空气压缩机和空滤，所述空滤设置于空气压缩机的进风口，所述空气压缩机的出风口套设有水箱，所述引射器的进气端与空气压缩机的出风口连通，引射器的引射端通过雾化喷头与水箱连通，引射器的出气端与电堆的阴极入口连通。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述电堆的阴极出口通过管路连接有水气分离器，所述水气分离器的排气口通过管路连接有尾排出口，水气分离器的排水口通过管路与水箱连通，所述水箱与尾排出口通过管路连通。

3.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述引射器与水箱之间设有电磁阀。

4.根据权利要求3所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述引射器并联设置多个。

5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，多个所述引射器具有不同的通径。

6.根据权利要求3所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述空滤与空气压缩机之间连接有流量计，所述引射器与电堆阴极入口之间设置有温湿度传感器。

7.根据权利要求6所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述引射器与电堆阴极入口之间设置有气压传感器。

8.根据权利要求7所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述空气压缩机、电磁阀、流量计、温湿度传感器和气压传感器均通过线路连接至燃料电池控制器。

9.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述空气压缩机采用罗茨风机。

10.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的加湿装置，其特征在于，所述水箱与空气压缩机排气口的形状适配。

Images