CN221008994U - 一种燃料电池的温湿度调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池的温湿度调节系统。温湿度调节系统包括：蒸汽模块、温度调节模块和喷淋模块，喷淋模块分别和蒸汽模块及温度调节模块连通；喷淋模块包括混合罐混合罐包括气体接入部件，蒸汽模块和气体接入部件连通；雾化喷头，其设置在气体接入部件的上方，雾化喷头和温度调节模块连通，雾化喷头配置为对气体接入部件释放的气体进行加湿；储水腔，其设置在气体接入部件的下方，温度调节模块和储水腔连通，储水腔配置为储存雾化喷头产生的冷凝水。本实用新型中的温湿度调节系统实现了液体的循环且体积较小，适合车辆运输等多种使用场景。

Description

一种燃料电池的温湿度调节系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的温湿度调节系统。

背景技术

氢是宇宙中含量最丰富的的元素之一，且具有能量高、清洁无污染和可持续的优势，被视为21世纪最具有发展潜力的清洁能源，其中质子交换膜燃料电池技术以其自身的优势是目前应用最为广泛的一种氢能利用技术，其最核心部件为燃料电池电堆。燃料电池电堆为氧气和空气提供反应场所、同时内部有冷却水通过以带走反应中产生的热量，尽管燃料电池有上述诸多优点，但水热管理仍是急需攻克的难点之一，它也是阻碍燃料电池性能的改善和商业化的关键问题之一。

目前燃料电池测试平台增湿方法主要有鼓泡增湿法、喷淋增湿法和渗透膜增湿法等。然而，鼓泡加湿设备制作简单，成本低，但是加湿性能有限，只能在小功率测试平台上使用，如测试10片单电池内的电堆。其它温湿度调节系统无法在保证设备体积较小的前提下实现液体的循环和温湿度快速响应，效率低下。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种改进的燃料电池的温湿度调节系统。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种燃料电池的温湿度调节系统，所述温湿度调节系统包括：

蒸汽模块，其用于提供蒸汽并将所述蒸汽和待加湿气体混合；

温度调节模块，其用于调节液体温度；

喷淋模块，其用于将所述温度调节模块输出的液体和所述蒸汽模块输出的气体混合，所述喷淋模块分别和所述蒸汽模块及所述温度调节模块连通；

所述喷淋模块包括混合罐，所述混合罐的上方设有用于向燃料电池堆输送符合温湿度要求的气体的气体输出口，所述混合罐包括：

气体接入部件，所述蒸汽模块和所述气体接入部件连通；

雾化喷头，其设置在所述气体接入部件的上方，所述雾化喷头和所述温度调节模块连通，所述雾化喷头配置为对所述气体接入部件释放的气体进行加湿；

储水腔，其设置在所述气体接入部件的下方，所述温度调节模块和所述储水腔连通，所述储水腔配置为储存所述雾化喷头产生的冷凝水。

优选地，所述温度调节模块包括：

循环泵，其和所述储水腔连通；

加热模块，其和所述循环泵连通，所述加热模块用于对所述循环泵输出的液体进行加热；

冷却模块，其和所述加热模块连通，所述冷却模块用于对所述加热模块输出的液体进行降温，所述冷却模块还和所述雾化喷头连通。

进一步地，所述循环泵为喷淋循环泵，所述喷淋循环泵配置为可控制喷淋流量。

进一步地，所述加热模块包括电加热器；所述冷却模块包括冷冻循环水换热器。

更进一步地，所述电加热器和所述冷冻循环水换热器之间设有第一温度变送器，所述第一温度变送器用于检测所述电加热器输出液体的温度；

所述冷冻循环水换热器内设有和所述电加热器连通的热流体管道，所述热流体管道的另一端通过第一调节阀和所述雾化喷头连通；所述冷冻循环水换热器内还设有冷流体管道，所述冷流体管道的一端通过第二调节阀和冷却液连通，所述冷流体管道的另一端通过第三调节阀和回收装置连通。

优选地，所述喷淋模块还包括第二温度变送器和第一压力变送器，所述第二温度变送器用于检测所述混合罐内的温度值，所述第一压力变送器用于检测所述混合罐内的压力值；所述储水腔内还设有液位计。

优选地，所述气体接入部件为气体分布器，所述气体分布器和所述雾化喷头之间设有第一丝网除沫器，所述雾化喷头和所述气体输出口之间设有第二丝网除沫器；所述气体输出口和燃料电池堆通过第四调节阀连通，所述气体输出口和所述第四调节阀之间还依次设有第三温度变送器、第二压力变送器和第一温湿度传感器。

优选地，所述蒸汽模块包括蒸汽发生器和补水腔，所述补水腔和所述蒸汽发生器连通；所述蒸汽发生器上设有蒸汽输出口，所述蒸汽输出口通过第五调节阀和所述气体接入部件连通，所述第五调节阀和所述气体接入部件之间还设有第一止回阀。

进一步地，所述蒸汽输出口和所述第五调节阀之间还依次设置第三压力变送器、第四温度变送器和第二温湿度传感器。

进一步地，所述储水腔和所述补水腔通过排水泵连通，所述排水泵和所述补水腔之间还设有第二止回阀，所述排水泵配置为使所述储水腔内的水传输至所述补水腔；所述储水腔和所述补水腔之间还设有第六调节阀，所述第六调节阀配置为使所述补水腔内的水传输至所述储水腔，所述第六调节阀和所述储水腔之间还设有第三止回阀。

本实用新型采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本实用新型通过设置混合罐，气体接入部件、雾化喷头及储水腔均设置在混合罐内部，使得雾化喷头产生的冷凝水可以流入储水腔内，由于储水腔和温度调节模块连通，使得储水腔内的液体可以通过温度调节模块后再进入雾化喷头，实现了液体的循环。且该温湿度调节系统体积小，适合车辆运输等多种使用场景。

在进一步优选的方案中，冷却模块通过设置冷冻循环水换热器，换热效率高，且通过设置多个传感器及变送器，能够实现多点位的温度及湿度控制，温湿度响应速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的温湿度调节系统结构与工作原理图；

其中，1、蒸汽模块；11、蒸汽发生器；12、补水腔；13、第五调节阀；14、第一止回阀；15、第三压力变送器；16、第四温度变送器；17、第二温湿度传感器；2、温度调节模块；21、循环泵；22、加热模块；23、冷却模块；24、第一温度变送器；25、第一调节阀；26、第二调节阀；27、第三调节阀；3、喷淋模块；31、混合罐；32、气体输出口；33、气体接入部件；34、雾化喷头；35、储水腔；351、液位计；36、第二温度变送器；37、第一压力变送器；38、第一丝网除沫器；39、第二丝网除沫器；41、第三温度变送器；42、第二压力变送器；43、第一温湿度传感器；44、第四调节阀；51、补水泵；52、第二止回阀；53、第六调节阀；54、第三止回阀；55、安全阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1所示，本实施例中的燃料电池的温湿度调节系统包括蒸汽模块1、温度调节模块2和喷淋模块3。其中，蒸汽模块1用于提供蒸汽并将蒸汽和待加湿气体混合。温度调节模块2用于调节液体温度。喷淋模块3用于将温度调节模块输出的液体和蒸汽模块输出的气体混合，喷淋模块3分别和蒸汽模块1及温度调节模块2连通。

以下对各模块及其结构进行详细介绍：

喷淋模块3包括混合罐31。混合罐31上的上方设有用于向燃料电池堆输送符合温湿度要求的气体的气体输出口32。混合罐31包括气体接入部件33、雾化喷头34和储水腔35。具体地，气体接入部件33和蒸汽模块1连通。雾化喷头34设置在气体接入部件33的上方，雾化喷头34和温度调节模块2连通。雾化喷头34配置为对气体接入部件33释放的气体进行加湿。储水腔35设置在气体接入部件33的下方。温度调节模块2和储水腔35连通，储水腔35配置为储存雾化喷头34产生的冷凝水。进一步地，喷淋模块3还包括第二温度变送器36和第一压力变送器37。第二温度变送器36用于检测混合罐31内的温度值。第一压力变送器37用于检测混合罐31内的压力值。第二温度变送器36及第一压力变送器37与可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)或上位机电性连接。储水腔35内还设有液位计351，液位计用于测量储水腔35内的液面高度。

气体接入部件33具体为气体分布器，气体分布器和雾化喷头34之间设有第一丝网除沫器38，雾化喷头34和气体输出口32之间设有第二丝网除沫器39。通过设置两层丝网除沫器，使得气体接入部件33排出的气体先经过第一丝网除沫器38，延长和雾化喷头34喷出的水雾的接触时间，通过冷热中和得到所需要的温度和湿度的气体。再通过第二丝网除沫器39去除小水滴，防止将液滴带入后端管路造成仪器损坏。气体输出口32和燃料电池堆通过第四调节阀44连通，第四调节阀44具体为电磁阀。气体输出口32和第四调节阀44之间还依次设有第三温度变送器41、第二压力变送器42和第一温湿度传感器43。第三温度变送器41和第二压力变送器42分别用于检测气体输出口32输出气体的温度和压力，第三温度变送器41和第二压力变送器42与PLC或上位机电性连接并可以反馈至其它变送器。第一温湿度传感器43用于检测输出气体的温湿度，也可以方便使用者直观地观察温湿度情况。

温度调节模块2包括循环泵21、加热模块22和冷却模块23。具体地，循环泵21和储水腔35连通，循环泵21具体为喷淋循环泵，该喷淋循环泵配置为可控制喷淋流量。加热模块22包括电加热器，冷却模块23包括冷冻循环水换热器。电加热器和冷冻循环水换热器之间设有第一温度变送器24，第一温度变送器24用于检测电加热器输出液体的温度。冷冻循环水换热器内设有和电加热器连通的热流体管道(图中未示出)，热流体管道的另一端通过第一调节阀25和雾化喷头34连通。冷冻循环水换热器内还设有冷流体管道(图中未示出)，冷流体管道的一端通过第二调节阀26和冷却液连通，冷流体管道的另一端通过第三调节阀27和回收装置连通(图中未示出)。第一调节阀25和第二调节阀26具体为比例调节阀，第三调节阀27为针阀。通过设置冷冻循环水换热器，液体经过电加热器输送至热流体管道时，冷流体管道内的液体可以进行快速降温，使得最终雾化喷头34喷出的水雾达到预设的温度，相比较一般的降温装置降温效率更高。

蒸汽模块1包括蒸汽发生器11和补水腔12，补水腔12和蒸汽发生器11连通。蒸汽发生器11上设有蒸汽输出口111。蒸汽输出口111通过第五调节阀13和气体接入部件33连通。第五调节阀13和气体接入部件之间还设有第一止回阀14，第五调节阀13具体为比例调节阀。进一步地，蒸汽输出口111和第五调节阀13之间还依次设置第三压力变送器15、第四温度变送器16和第二温湿度传感器17。第三压力变送器15和第四温度变送器16与PLC或上位机电性连接并可以反馈至其它变送器。第二温湿度传感器17用于检测蒸汽发生器11和待加湿气体混合后气体的温湿度，也可以方便使用者直观地观察温湿度情况。更进一步地，储水腔35和补水腔12通过排水泵51连通，排水泵51和补水腔12之间还设有第二止回阀52。排水泵51配置为使储水腔35内的水传输至补水腔12。当液位计351检测到储水腔35内的液位达到或高于设定上限值时，则排水泵自动打开，以将储水腔35内的部分液体排出。储水腔35和补水腔12之间还设有第六调节阀53，第六调节阀53配置为使补水腔12内的水传输至储水腔35。第六调节阀53和储水腔35之间还设有第三止回阀54，第六调节阀53具体为电磁阀。当液位计351检测到储水腔35内的液位低于预设下限值时，需要对储水腔35补充水分，则第六调节阀53打开。

混合罐31和循环泵21之间、循环泵21和加热模块22之间、加热模块22和冷却模块23之间、冷却模块23和雾化喷头34之间、气体输出口32和燃料电池堆之间的管线上还设有保温伴热组件，以控制液体或气体的温度。混合罐还和安全阀55连接，当第一压力变送器37检测到混合罐31内压力值超过设定的压力值时，可以通过安全阀55泄压，提高了整个系统的安全性。电加热器内的废液也可以通过第七调节阀56排入液体回收装置，混合罐31内的废液也可以通过第八调节阀57排入液体回收装置。

以下对温湿度调节系统的工作过程进行具体介绍：

通过控制第六调节阀25打开，使得补水腔12内的液体流入储水腔35。储水腔35内的液位计351检测到储水腔35内的液位达到设定高度后，关闭第六调节阀25，储水腔35内的液体流至加热模块22进行升温处理，第二温度变送器36对储水腔35输出的液体温度进行实时检测，第一温度变送器24对加热模块22输出的液体温度进行实时检测。液体进而从加热模块22流动至冷却模块23，如果液体温度过高，则冷流体管道内通入冷却液对液体进行快速降温后，输出温度适宜的液体至雾化喷头34。雾化喷头的喷出流量还可通过调节循环泵21的开度进行控制。

蒸汽发生器11内的蒸汽和待加湿气体混合后，打开第五调节阀13，使气体进入气体接入部件33，第四温度变送器16对气体温度进行实时检测。气体接入部件33内的气体经过第一丝网除沫器38和雾化喷头34喷出的水雾混合，经第二丝网除沫器39后经过第四调节阀44输送至燃料电池堆。

储水腔35收集冷凝水的过程中如果液位计351检测到液位过高，也可以通过排水泵51将多余的液体排出至补水腔12，由此也实现了补水腔12和储水腔35之间液体的循环使用，降低了成本。

综上所述，本实施例中的燃料电池的温湿度调节系统具有如下优点：

1、气体接入部件、雾化喷头及储水腔均设置在混合罐内部，使得雾化喷头产生的冷凝水可以流入储水腔内，由于储水腔和温度调节模块连通，使得储水腔内的液体可以通过温度调节模块后再进入雾化喷头，实现了液体的循环；

2、该温湿度调节系统加湿能力强，功率能达到200KW以上的同时体积小，适合车辆运输等多种使用场景；

3、冷却模块通过设置冷冻循环水换热器，换热效率高，且通过设置多个传感器及变送器，能够实现多点位的温度及湿度控制，温湿度响应速度快；

4、补水腔13和储水腔35之间可以实现液体的双向流动，进一步实现了液体循环，降低了成本。

如本说明书和权利要求书中所示，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本实用新型中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的温湿度调节系统，所述温湿度调节系统包括：

蒸汽模块，其用于提供蒸汽并将所述蒸汽和待加湿气体混合；

温度调节模块，其用于调节液体温度；

喷淋模块，其用于将所述温度调节模块输出的液体和所述蒸汽模块输出的气体混合，所述喷淋模块分别和所述蒸汽模块及所述温度调节模块连通；

其特征在于，

所述喷淋模块包括混合罐，所述混合罐的上方设有用于向燃料电池堆输送符合温湿度要求的气体的气体输出口，所述混合罐包括：

气体接入部件，所述蒸汽模块和所述气体接入部件连通；

雾化喷头，其设置在所述气体接入部件的上方，所述雾化喷头和所述温度调节模块连通，所述雾化喷头配置为对所述气体接入部件释放的气体进行加湿；

储水腔，其设置在所述气体接入部件的下方，所述温度调节模块和所述储水腔连通，所述储水腔配置为储存所述雾化喷头产生的冷凝水。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述温度调节模块包括：

循环泵，其和所述储水腔连通；

加热模块，其和所述循环泵连通，所述加热模块用于对所述循环泵输出的液体进行加热；

冷却模块，其和所述加热模块连通，所述冷却模块用于对所述加热模块输出的液体进行降温，所述冷却模块还和所述雾化喷头连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述循环泵为喷淋循环泵，所述喷淋循环泵配置为可控制喷淋流量。

4.根据权利要求2所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述加热模块包括电加热器；所述冷却模块包括冷冻循环水换热器。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述电加热器和所述冷冻循环水换热器之间设有第一温度变送器，所述第一温度变送器用于检测所述电加热器输出液体的温度；

所述冷冻循环水换热器内设有和所述电加热器连通的热流体管道，所述热流体管道的另一端通过第一调节阀和所述雾化喷头连通；所述冷冻循环水换热器内还设有冷流体管道，所述冷流体管道的一端通过第二调节阀和冷却液连通，所述冷流体管道的另一端通过第三调节阀和回收装置连通。

6.根据权利要求1所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述喷淋模块还包括第二温度变送器和第一压力变送器，所述第二温度变送器用于检测所述混合罐内的温度值，所述第一压力变送器用于检测所述混合罐内的压力值；所述储水腔内还设有液位计。

7.根据权利要求1所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述气体接入部件为气体分布器，所述气体分布器和所述雾化喷头之间设有第一丝网除沫器，所述雾化喷头和所述气体输出口之间设有第二丝网除沫器；所述气体输出口和燃料电池堆通过第四调节阀连通，所述气体输出口和所述第四调节阀之间还依次设有第三温度变送器、第二压力变送器和第一温湿度传感器。

8.根据权利要求1所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述蒸汽模块包括蒸汽发生器和补水腔，所述补水腔和所述蒸汽发生器连通；所述蒸汽发生器上设有蒸汽输出口，所述蒸汽输出口通过第五调节阀和所述气体接入部件连通，所述第五调节阀和所述气体接入部件之间还设有第一止回阀。

9.根据权利要求8所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述蒸汽输出口和所述第五调节阀之间还依次设置第三压力变送器、第四温度变送器和第二温湿度传感器。

10.根据权利要求8所述的燃料电池的温湿度调节系统，其特征在于，所述储水腔和所述补水腔通过排水泵连通，所述排水泵和所述补水腔之间还设有第二止回阀，所述排水泵配置为使所述储水腔内的水传输至所述补水腔；所述储水腔和所述补水腔之间还设有第六调节阀，所述第六调节阀配置为使所述补水腔内的水传输至所述储水腔，所述第六调节阀和所述储水腔之间还设有第三止回阀。