CN218568901U - 一种车辆、燃料电池发动机及其加湿系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃料电池技术领域，公开了一种车辆、燃料电池发动机及其加湿系统，加湿系统包括壳体和阀体，壳体内具有相互独立的湿区通道和干区通道，部分干气体从进气口进入湿区通道进行加湿处理形成湿润气体，部分干气体从进气口进入干区通道不经过加湿处理；在壳体内集成设置有湿区通道和干区通道，可有效减少加湿系统的空间安装尺寸，结构更加地紧凑，减少复杂的管路连接；进一步地，湿润气体经第一进气端进入阀体，干气体经第二进气端进入阀体，湿润气体和干气体汇合，并从第一出气端进入燃料电池，通过调节第一进气端和第二进气端的开度，控制湿润气体和干气体的气体比例，从而调节进入燃料电池内的气体湿度，以满足燃料电池的工作需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种车辆、燃料电池发动机及其加湿系统。
背景技术
燃料电池的工作原理是通过双级板流道分别将氢气、空气引到质子交换膜两端，通过质子交换膜上的催化剂加速氢气和氧气反应，反应过程中生成的电子用于驱动电机工作，生成的产物水通过排气通道排入大气中。整个工作过程无有害物质生成，但是质子交换膜的工作环境需要有一定的湿度。由于外界环境的空气湿度一般无法满足要求，因此，需要通过外部加湿的方法增加空气的湿度。如果空气的湿度过大，反应产生的水会阻塞排气通道，降低反应效率，因此进入燃料电池的空气湿度对于燃料电池的反应效率至关重要。
现有技术通常在加湿器的外部提供有单独的旁通管道，通过加湿器将加湿的气体导入燃料电池中或通过旁通管道将气体直接导入到燃料电池来调整燃料电池的湿度。
一方面，加湿器及旁通管道单独进行布置，结构复杂，占用空间体积比较多，设计自由度和空间利用率降低，不利于燃料电池系统集成化布置；另一方面，难以基于燃料电池的工作条件来精确地调节流入气体的湿度。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种车辆、燃料电池发动机及其加湿系统，结构集成化，提高空间利用率，且可基于燃料电池的工作条件来调节流入气体的湿度。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种加湿系统，其包括：
壳体，所述壳体设有空腔以及与所述空腔连通的进气口、第一出口和第二出口；所述空腔内具有相互独立的湿区通道和干区通道，所述湿区通道的两端分别连通所述进气口和所述第一出口，所述干区通道的两端分别连通所述进气口和所述第二出口；
加湿组件，所述加湿组件安装于所述湿区通道内；以及
阀体，所述阀体设有阀腔以及与所述阀腔连通的第一进气端、第二进气端和第一出气端，所述第一进气端与所述第一出口连通，所述第二进气端与所述第二出口连通，所述第一出气端与燃料电池的进气口连通。
优选的，所述阀体还包括与所述阀腔连通的第二出气端。
优选的，还包括控制器，所述控制器与所述阀体电连接，以控制所述第一进气端、第二进气端、第一出气端及第二出气端的开度。
优选的，所述第一出气端处安装有湿度传感器，所述湿度传感器与所述控制器电连接。
优选的，所述壳体上还设有与所述湿区通道连通的湿气进口和湿气出口，所述湿气进口与燃料电池的空气出口连通。
优选的，所述加湿组件包括管式膜或板式膜。
优选的，所述阀体固定连接于所述壳体的一端，所述阀体和所述壳体的对接面设有密封组件。
优选的，所述密封组件包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一出口与所述第一进气端通过所述第一密封圈连通，所述第二出口与所述第二进气端通过所述第二密封圈连通。
本实用新型还提供一种燃料电池发动机，其包括燃料电池和空气系统，所述空气系统包括空压机、中冷器以及上述的加湿系统；所述空压机、中冷器与所述进气口依次连通，所述燃料电池与所述第一出气端连通。
本实用新型还提供一种车辆，其包括上述的燃料电池发动机。
本实用新型提供一种车辆、燃料电池发动机及其加湿系统，与现有技术相比，其有益效果在于：
首先，壳体内具有相互独立的湿区通道和干区通道，部分干气体从进气口进入湿区通道进行加湿处理形成湿润气体，部分干气体从进气口进入干区通道不经过加湿处理；相对于现有技术，加湿器和旁通干通道各自布置，需要外部连接管道连通的设置方式，本实施例在壳体内集成设置有湿区通道和干区通道，可有效减少加湿系统的空间安装尺寸，结构更加地紧凑，减少复杂的管路连接。
进一步地，湿润气体经第一进气端进入阀体，干气体经第二进气端进入阀体，湿润气体和干气体汇合，并从第一出气端入燃料电池。阀体可以调节第一进气端和第二进气端的开度，控制湿润气体和干气体的气体比例，从而调节进入燃料电池内的气体湿度，以满足燃料电池的工作需求。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的加湿系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的加湿系统的爆炸图；
图3为本实用新型实施例提供的中冷器和加湿系统的集成示意图。
图中：100、加湿系统；
1、壳体；11、第一出口；12、第二出口；13、湿气进口；14、湿气出口；15、盖板；16、第一安装孔；17、湿区通道；18、干区通道；
2、阀体；21、第一进气端；22、第二进气端；23、第一出气端； 24、第二出气端；25、第二安装孔；
3、中冷器；31、中冷器进口；4、隔板。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要理解的是，在本申请的描述中，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，也即，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。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1、2、3所示，本实用新型实施例提供了一种加湿系统100，其包括壳体1和阀体2，壳体1设有空腔以及与空腔连通的进气口、第一出口11和第二出口12，空腔内具有相互独立的湿区通道17和干区通道18，湿区通道17的两端分别连通进气口和第一出口11，干区通道18的两端分别连通进气口和所述第二出口12；其中，湿区通道 17内安装有加湿组件，加湿组件用于对从进气口进入的气体进行加湿处理。同时，阀体2设有阀腔以及与阀腔连通的第一进气端21、第二进气端22和第一出气端23，第一进气端21与第一出口11连通，第二进气端22与第二出口12连通，第一出气端23与燃料电池的进气口连通。
基于上述结构，部分干气体从进气口进入湿区通道17，干气体经加湿组件加湿处理后形成湿润气体，并从第一出口11、第一进气端 21进入阀腔；部分干气体从进气口进入干区通道18，干气体直接从第二出口12、第二进气端22进入阀腔。相对于现有技术，加湿器和旁通干通道各自布置，需要外部连接管道连通的设置方式，本实施例在壳体1内集成设置有湿区通道17和干区通道18，可有效减少加湿系统100的空间安装尺寸，减少复杂的管路连接。
同时，湿润气体经第一进气端21进入阀体2，干气体经第二进气端22进入阀体2，湿润气体和干气体汇合，并从第一出气端23进入燃料电池。阀体2可以调节第一进气端21和第二进气端22的开度，控制湿润气体和干气体的气体比例，从而调节进入燃料电池内的气体湿度，以满足燃料电池的工作需求。
优选的，壳体内部设有一块隔板4，隔板4将壳体内部分隔称独立的湿区通道17和干区通道18。如图1、2所示，进气口设于壳体1 的第一端，第一出口11和第二出口12设于壳体1的第二端，阀体2 固定连接于壳体1的第二端，壳体1的盖板15上开设有若干第一安装孔，阀体2与壳体1相对的一侧设有若干第二安装孔25，螺栓依次穿过第二安装孔25、第一安装孔以实现阀体2和壳体1的固定连接。同时，阀体2和壳体1的对接面设有密封组件，密封组件包括第一密封圈和第二密封圈，第一出口11与所述第一进气端21通过第一密封圈连通，第二出口12与第二进气端22通过第二密封圈连通，由此完成壳体1和阀体2的密封连接。
优选的，阀体2还包括与阀腔连通的第二出气端24，本实施例提供的阀体2为四通阀，四通阀包括第一进气端21、第二进气端22、第一出气端23和第二出气端24，第一出口11与第一进气端21连通，第二出口12与第二进气端22连通，第一出气端23与燃料电池的进气口连通。进一步地，本实施例提供的加湿系统100还包括控制器，控制器与阀体2电连接，以控制第一进气端21、第二进气端22、第一出气端23及第二出气端24的开度，从而与燃料电池的工作状态相适应。
其中，四通阀至少包括以下工况：
第一工况下，开启第一进气端21和第一出气端23，湿润气体经第一进气端21、第一出气端23直接进入燃料电池，湿润气体快速增加燃料电池内气体的湿度，提高系统效率；
第二工况下，开启第二进气端22和第一出气端23，干气体经第二进气端22、第一出气端23直接进入燃料电池，干气体快速降低燃料电池内气体的湿度，避免燃料电池因产水量较多而产生水淹；
第三工况下，开启第一进气端21、第二进气端22和第一出气端 23，湿润气体经第一进气端21、第一出气端23进入燃料电池，干气体经第二进气端22、第一出气端23进入燃料电池，通过控制第一进气端21、第二进气端22的开度，调节湿润气体和干气体的比例，从而调节进入燃料电池内的空气湿度；
第四工况下，开启第一进气端21、第一出气端23和第二出气端 24，一部分湿润气体经第一进气端21、第一出气端23直接进入燃料电池，另一部分湿润气体经第一进气端21、第二出气端24进入排气管路，减小进入电堆的空气量，避免吹干膜电极。
优选的，第一出气端23处安装有湿度传感器，湿度探测器与控制器电连接，湿度传感器检测到的进入燃料电池内的气体湿度数据，并将湿度数据上传至控制器，控制器判断是否调节第一进气端21、第二进气端22的通断或开度，从而实时调节进入燃料电池内的气体湿度，以保持燃料电池的高效、稳定运行。
优选的，加湿组件包括管式膜或板式膜。需要说明的是，管式膜和板式膜均是利用一种能够允许水分子透过的膜材料；管式膜采用中空纤维膜管，干燥气体流经膜管内部通孔，而湿润气体逆向流经膜管外表面，水分经膜外表面迁移至内表面，从而给干燥气体增湿；板式膜则在平面的膜片材料两侧分别设置干湿气体流道，水分通过膜平面从潮湿尾气一侧传递到干燥进气一侧实现增湿。相对而言，采用中空纤维膜管的管式膜，调整膜管数量就能调节增湿性能，从而适应不同功率的燃料电池。而且膜管直径小，即使膜管数量增加也不会导致增湿器体积的过分增大。因此，考虑到燃料电池车辆的封装空间有限的问题，在本实施例中，加湿组件优选为管式膜。
优选的，壳体1上还设有与湿区通道17连通的湿气进口13和湿气出口14，湿气进口13与燃料电池的空气出口连通，燃料电池反应后生产水，排出的气体湿度接近100％，由此将燃料电池排出的高湿度尾气从湿气进口13引入湿区通道17。
如图1、2所示，湿气进口13和湿气出口14开设于壳体1的侧壁，湿气进口13和湿气出口14之间形成有加湿流道，进一步优选的，湿气进口13靠近壳体1第二端，湿气出口14靠近壳体1第一端。具体的加湿过程为，干气体从壳体1第一端的进气口流经膜管内部通孔，并从壳体1第二端的第一出口11流出；高湿度尾气从靠近壳体1第二端的湿气进口13流经膜管外表面，高湿度尾气在膜表面水气分离，其中水分透过膜外表面迁移至内表面，从而给干燥气体增湿，水气分离后的气体经靠近壳体1第一端的湿气出口14排出。
本实用新型还提供一种燃料电池发动机，其包括燃料电池和空气系统，空气系统包括空压机、中冷器3以及上述的加湿系统100；所述空压机、中冷器3与进气口依次连通，所述燃料电池与所述第一出气端连通。如图3所示，中冷器3连接于壳体1的第一端，中冷器3上设有中冷器进口31，中冷器3与壳体1相对的一侧外壁上开设有中冷器出口，中冷器出口与进气口通过密封圈连通。
经过空压机压缩后的高温空气经过中冷器进口31进入，经过中冷器热交换模块-散热芯体的热交换，空气冷却后经中冷器出口、进气口流入到加湿系统100对干燥的空气进行加湿处理后，通过第一出气端23进入燃料电池。
本实用新型还提供车辆，其包括上述的燃料电池发动机。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种加湿系统，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体设有空腔以及与所述空腔连通的进气口、第一出口和第二出口；所述空腔内具有相互独立的湿区通道和干区通道，所述湿区通道的两端分别连通所述进气口和所述第一出口，所述干区通道的两端分别连通所述进气口和所述第二出口；
加湿组件，所述加湿组件安装于所述湿区通道内；以及
阀体，所述阀体设有阀腔以及与所述阀腔连通的第一进气端、第二进气端和第一出气端，所述第一进气端与所述第一出口连通，所述第二进气端与所述第二出口连通，所述第一出气端与燃料电池的进气口连通。
2.根据权利要求1所述的加湿系统，其特征在于：所述阀体还包括与所述阀腔连通的第二出气端。
3.根据权利要求2所述的加湿系统，其特征在于：还包括控制器，所述控制器与所述阀体电连接，以控制所述第一进气端、第二进气端、第一出气端及第二出气端的开度。
4.根据权利要求3所述的加湿系统，其特征在于：所述第一出气端处安装有湿度传感器，所述湿度传感器与所述控制器电连接。
5.根据权利要求1所述的加湿系统，其特征在于：所述壳体上还设有与所述湿区通道连通的湿气进口和湿气出口，所述湿气进口与燃料电池的空气出口连通。
6.根据权利要求1所述的加湿系统，其特征在于：所述加湿组件包括管式膜或板式膜。
7.根据权利要求1所述的加湿系统，其特征在于：所述阀体固定连接于所述壳体的一端，所述阀体和所述壳体的对接面设有密封组件。
8.根据权利要求7所述的加湿系统，其特征在于：所述密封组件包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一出口与所述第一进气端通过所述第一密封圈连通，所述第二出口与所述第二进气端通过所述第二密封圈连通。
9.一种燃料电池发动机，其特征在于，包括燃料电池和空气系统，所述空气系统包括空压机、中冷器以及如权利要求1-8任一项所述的加湿系统，所述空压机、中冷器与所述进气口依次连通，所述燃料电池与所述第一出气端连通。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的燃料电池发动机。
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| CN116404216A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-07 | 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 | 一种船用燃料电池的排气装置 |
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