CN211125841U - 一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置及*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置及***，包括壳体和用于将壳体的内腔分隔成左室和右室的分隔板，左室内设置有排水口和高压喷头；右室内设置有渗透膜，且渗透膜将右室分隔成上层气室和下层气室，上层气室设置有上层出气口和与电堆的反应后空气出口连通的上层进气口，下层气室设置有与电堆的空气进口连通的下层出气口和用于导入干空气的下层进气口，位于下层气室的分隔板上设置有均匀布置的雾化孔，高压喷头用于向均匀布置的雾化孔喷洒冷却水。该增湿降温装置，结构简单加工方便，有效地降低了成本，同时节约空间；此外通过控制高压喷头的喷水量可以实现空气湿度的可控性。

Description

一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置及***

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置及***。

背景技术

燃料电池发动机的空气供气***需要提供一定温度、湿度和压力的洁净空气。因此，需对经过空压机的空气进行增湿、降温，以达到适宜的反应条件，传统燃料电池发动机空气供气***中，加湿和降温一般分为两步，分别在增湿器和中冷器中进行。一般来说，空气在经过空压机压缩后，温度可达200℃，因此，常用水冷式或风冷式中冷器为空气降温。

在传统的空气供气***中，增湿与降温分别在增湿器与中冷器中进行，两个零部件所占空间较大，外部管路设计较复杂，经过复杂管路后空气压降较大，因此对其前期的布局规划要求较高。另一方面，该***只能通过调整散热器与水泵控制冷却液的温度，因此对进堆前的空气湿度的可控程度低。

综上所述，如何解决燃料电池发动机的空气供气***占用空间大和空气湿度可控度低的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

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车辆空气供气的增湿降温装置及***，以解决燃料电池发动机的空气供气***占用空间大和空气湿度可控度低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，包括壳体和用于将所述壳体的内腔分隔成左室和右室的分隔板，所述左室内设置有排水口和高压喷头；所述右室内设置有渗透膜，且所述渗透膜将所述右室分隔成上层气室和下层气室，所述上层气室设置有上层出气口和与电堆的反应后空气出口连通的上层进气口，所述下层气室设置有与所述电堆的空气进口连通的下层出气口和用于导入干空气的下层进气口，位于所述下层气室的所述分隔板上设置有均匀布置的雾化孔，所述高压喷头用于向均匀布置的所述雾化孔喷洒冷却水。

优选地，所述上层出气口与水气分离器的进口连通。

优选地，所述水气分离器的出水口通过输水管路与所述高压喷头连接，且所述输水管路上设置有高压水泵。

优选地，所述输水管路上还设置有散热器。

优选地，还包括用于检测所述下层气室内空气温度的温度传感器。

优选地，所述温度传感器设置在所述下层出气口处。

优选地，还包括用于检测所述下层气室内空气湿度的湿度传感器。

优选地，所述湿度传感器设置在所述下层出气口处。

优选地，所述分隔板为陶瓷分隔板。

相比于背景技术介绍内容，上述用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，包括壳体和用于将壳体的内腔分隔成左室和右室的分隔板，左室内设置有排水口和高压喷头；右室内设置有渗透膜，且渗透膜将右室分隔成上层气室和下层气室，上层气室设置有上层出气口和与电堆的反应后空气出口连通的上层进气口，下层气室设置有与电堆的空气进口连通的下层出气口和用于导入干空气的下层进气口，位于下层气室的分隔板上设置有均匀布置的雾化孔，高压喷头用于向均匀布置的雾化孔喷洒冷却水。该增湿降温装置在实际工作过程中，通过左室内设置的高压喷头向位于下层气室的分隔板上均匀分布的雾化孔并喷洒冷却水，使得雾化的水气进入下层气室内，经过下层气室的干空气会被进行加湿和降温，同时由于上层气室中经过电堆反应后的剩余空气，而电堆反应后的剩余空气中具有充足的水气，通过右室内设置的渗透膜从上层气室进入下层气室，继而能够对下层气室内的干空气进一步加湿，同时还能够实现对反应后剩余空气的充分利用，下层气室内被加湿和降温后的空气进入电堆中进行反应。该增湿降温装置，仅需一个装置即可同时实现增湿和降温两个功能，并且只需在壳体的内腔中分隔几个腔室即可，结构简单加工方便，有效地降低了成本，同时节约空间；此外通过控制高压喷头的喷水量可以实现空气湿度的可控性。

另外，本实用新型还提供了一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温***，包括增湿降温装置，且该增湿降温装置为上述任一方案所描述的增湿降温装置。由于上述增湿降温装置具有上述技术效果，因此具有上述增湿降温装置的增湿降温***也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置的内部轴视结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置的增湿降温原理图；

图3为本实用新型实施例提供的用于燃料电池车辆空气供气的***的原理图。

上图1-图3中，

左室1、右室2、分隔板3、排水口4、高压喷头5、渗透膜6、上层气室7、下层气室8、电堆9、上层进气口10、下层出气口11、雾化孔12、水气分离器13、高压水泵14、散热器15、空压机16。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置及***，以解决燃料电池发动机的空气供气***占用空间大和空气湿度可控度低的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，本实用新型实施例提供的一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，包括壳体和用于将壳体的内腔分隔成左室1和右室2的分隔板3，左室1内设置有排水口4和高压喷头5；右室2内设置有渗透膜6，且渗透膜6将右室2分隔成上层气室7和下层气室8，上层气室7设置有上层出气口和与电堆9的反应后空气出口连通的上层进气口10，下层气室8设置有与电堆9的空气进口连通的下层出气口11和用于导入干空气的下层进气口，位于下层气室8的分隔板3上设置有均匀布置的雾化孔12，高压喷头5用于向均匀布置的雾化孔12喷洒冷却水。

该增湿降温装置在实际工作过程中，通过左室内设置的高压喷头向位于下层气室的分隔板上均匀分布的雾化孔并喷洒冷却水，使得雾化的水气进入下层气室内，经过下层气室的干空气会被进行加湿和降温，同时由于上层气室中经过电堆反应后的剩余空气，而电堆反应后的剩余空气中具有充足的水气，通过右室内设置的渗透膜从上层气室进入下层气室，继而能够对下层气室内的干空气进一步加湿，同时还能够实现对反应后剩余空气的充分利用，下层气室内被加湿和降温后的空气进入电堆中进行反应。该增湿降温装置，仅需一个装置即可同时实现增湿和降温两个功能，并且只需在壳体的内腔中分隔几个腔室即可，结构简单加工方便，有效地降低了成本，同时节约空间；此外通过控制高压喷头的喷水量可以实现空气湿度的可控性。

这里需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，上述雾化水进入气室吸收干空气部分热量后气化，气态水分散在空气中，既能降低温度又能增加湿度；其次，高压雾化降温增湿，在工业应用较为成熟，其加湿量在5kg/h～500kg/h范围内可调，可满足大功率燃料电池发动机的进气需求。还需要说明的是，上述高压喷头可以选择一个大面积喷射的喷头，也可以选择多个高压喷头布满喷射区域的方式，实际应用中可以根据需求进行选择。

在一些具体的实施方案中，上述上层出气口与水气分离器13的进口连通，通过水气分离器进行水气分离可以回收一部分水，需要说明的是，水气分离器13上还应该设置有排气口，排气口通过管路将分离出的气体排走，并且一般来说该排气口处的管路上还设置有控制排气流量的排气阀。

进一步的实施方案中，为了对水分分离器分离出的水液体进行充分的再利用，上述水气分离器13的出水口通过输水管路与高压喷头5连接，且输水管路上设置有高压水泵14。通过高压水泵提供动力将水气分离器内的液态水泵至高压喷嘴继续用于增湿降温。具体地，水经由高压水泵泵入喷头，喷洒在分隔板(喷雾板)上雾化，雾化水进入气室，与此时经过压缩的高温干空气混合，雾化水吸收其部分热量蒸发为气态，以实现降温；气态水与干空气混合，同时反应剩余空气中的气态水通过渗透膜渗透至干空气侧，达到增湿的目的。除此之外，此种方法对水质要求较低，增湿降温器中剩余水和反应生成水均可循环利用，且耗电量低。

更进一步的实施方案中，为了保证泵入高压喷嘴的液态水的温度保持在较低的温度，上述输水管路上还应该设置有散热器15。

这里需要说明的是，上述增湿降温装置还包括用于检测下层气室8内空气温度的温度传感器，并且为了使得该温度传感器检测下层气室导入电堆内的空气的温度更加准确，该温度传感器优选设置在下层出气口11处。同理，该增湿降温装置还包括用于检测下层气室8内空气湿度的湿度传感器，并且为了使得该湿度传感器检测下层气室导入电堆内的空气的湿度更加准确，该湿度传感器优选设置在下层出气口11处。通过设置温度传感器和湿度传感器，可以与对应的高压喷嘴的喷射量进行控制，从而实现对导入电堆的空气的湿度和温度进行更加精准和适应性的调节。

另外需要说明的是，一般来说，上述分隔板3具体可以选择为陶瓷分隔板。通过设置成陶瓷分隔板的方式，由于陶瓷材质的特性，使得从雾化孔进入下层气室的温度的均匀性更加容易保证。当然可以理解的是，上述采用陶瓷材质的分隔板仅仅是本实用新型实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以选择为本领域技术人员所常用的其他材质制作而成的分隔板，在此不做更具体的限定。

另外，本实用新型还提供了一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温***，包括增湿降温装置，且该增湿降温装置为上述任一方案所描述的增湿降温装置。由于上述增湿降温装置具有上述技术效果，因此具有上述增湿降温装置的增湿降温***也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

这里需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，干空气一般需要通过发动机的空压机提供一定的压力之后进入下层气室。在发动机运行过程中，干空气经空压机压缩后进入增湿降温装置，为燃料电池电堆提供一定温度与湿度的空气，反应后空气侧混合物通入增湿降温器，对进堆前气体增湿，之后进入气水分离器，气体排入大气中，液态水循环利用汇入散热器，继续为高压水泵供水，进入增湿降温装置雾化，对空气增湿。

以上对本实用新型所提供的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置及***进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。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原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，包括壳体和用于将所述壳体的内腔分隔成左室(1)和右室(2)的分隔板(3)，所述左室(1)内设置有排水口(4)和高压喷头(5)；所述右室(2)内设置有渗透膜(6)，且所述渗透膜(6)将所述右室(2)分隔成上层气室(7)和下层气室(8)，所述上层气室(7)设置有上层出气口和与电堆(9)的反应后空气出口连通的上层进气口(10)，所述下层气室(8)设置有与所述电堆(9)的空气进口连通的下层出气口(11)和用于导入干空气的下层进气口，位于所述下层气室(8)的所述分隔板(3)上设置有均匀布置的雾化孔(12)，所述高压喷头(5)用于向均匀布置的所述雾化孔(12)喷洒冷却水。

2.如权利要求1所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，所述上层出气口与水气分离器(13)的进口连通。

3.如权利要求2所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，所述水气分离器(13)的出水口通过输水管路与所述高压喷头(5)连接，且所述输水管路上设置有高压水泵(14)。

4.如权利要求3所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，所述输水管路上还设置有散热器(15)。

5.如权利要求1所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，还包括用于检测所述下层气室(8)内空气温度的温度传感器。

6.如权利要求5所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，所述温度传感器设置在所述下层出气口(11)处。

7.如权利要求1所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，还包括用于检测所述下层气室(8)内空气湿度的湿度传感器。

8.如权利要求7所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，所述湿度传感器设置在所述下层出气口(11)处。

9.如权利要求1-8中任一项所述的用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温装置，其特征在于，所述分隔板(3)为陶瓷分隔板。

10.一种用于燃料电池车辆空气供气的增湿降温***，包括增湿降温装置，其特征在于，所述增湿降温装置为如权利要求1-9中任一项所述的增湿降温装置。

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