CN213988949U - 一种燃料电池空气加湿*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种燃料电池空气加湿***，涉及燃料电池技术领域，包括空气过滤器、空压机、加湿中冷器、喷雾水泵、复合传感器、电堆、气液分离器、储水槽、燃料电池控制单元和用于检测空气过滤器进气量的流量计，空气过滤器、空压机、加湿中冷器、电堆、气液分离器依次连通，气液分离器通过其第二出口与储水槽和喷雾水泵依次连接；复合传感器设置于加湿中冷器的出口与电堆的进口连通通道上；加湿中冷器内部设置有连通的加湿腔体和中冷腔体；喷雾水泵出口设置于加湿腔体中；燃料电池控制单元分别与流量计、复合传感器和喷雾水泵有信号连接。本实用新型提供的装置使用电堆尾排水，主动调节加湿和降温进电堆前的空气，结构紧凑、成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池空气加湿***。
背景技术
质子交换膜燃料电池是利用氢气和氧气在催化剂的作用下发生反应，生成水，产生电能的发电装置。燃料电池***运行时，为了提高电堆的反应效率，防止质子交换膜湿度太低而损坏，我们需要对空气进行增湿。
现有的燃料电池***中，一般是利用内部有中空纤维膜的加湿器进行加湿。加湿器内部有两个流道，分别为干空气流道和湿空气流道。***运行时，空压机增压的空气流经中冷器在加湿器的干空气流道中与湿空气流道的电堆尾排湿空气进行湿度交换，达到加湿的目的。此类加湿器不能主动调节干空气的湿度，加湿比例范围小，电堆大功率运行时加湿效果不理想，电堆功率越大需要的加湿器体积越大，不利于提高燃料电池***的体积比功率和紧凑程度。
授权公告号为CN108288716A一种用于燃料电池加湿的热交换器和加湿***，包括雾化器、冷凝槽、吸水棉以及热交换器等部件，此种加湿方式使用风机出来的空气冷凝回收尾排的水汽，并通过吸水棉和雾化器的作用增湿空气。此方式在实际应用中会带来一些问题。因为从风机出来的空气是热空气，温度可高达160℃，远远高于尾排的空气温度；在热交换器中，尾排的空气并不会冷凝在腔体中；而且热交换器内部有吸水棉，吸水棉吸收水分，在0℃以下时，水结冰会扎坏吸水棉，对吸水棉的性能和寿命产生影响。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种燃料电池空气加湿***，使用电堆尾排水，主动调节加湿和降温进电堆前的空气，结构紧凑、成本低。
为实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案如下：
一种燃料电池空气加湿***，包括空气过滤器、空压机、加湿中冷器、喷雾水泵、复合传感器、电堆、气液分离器、储水槽、燃料电池控制单元和用于检测所述空气过滤器进气量的流量计，所述气液分离器包括第一出口和第二出口，其中，
所述空气过滤器的出口与所述空压机的进口连通，所述空压机的出口与所述加湿中冷器的进口连通，所述加湿中冷器的出口与所述电堆的进口连通，所述电堆的出口与所述气液分离器的进口连通，所述气液分离器的第一出口与大气连通，所述气液分离器的第二出口与所述储水槽的进口连通，所述储水槽的出口与所述喷雾水泵的进口连通；
所述复合传感器设置于所述加湿中冷器的出口与电堆的进口连通通道上；
所述加湿中冷器内部设置有连通的加湿腔体和中冷腔体，所述加湿腔体连通所述加湿中冷器进口，所述中冷腔体连通所述加湿中冷器出口，所述中冷腔体设置有冷却流道；
所述喷雾水泵出口设置于所述加湿腔体中；
所述燃料电池控制单元分别与所述流量计、复合传感器和喷雾水泵有信号连接。
进一步地，还包括排水阀和液位传感器，所述储水槽的出口通过三通接头分别和所述排水阀的进口以及所述喷雾水泵的进口连通，所述液位传感器设置在所述储水槽中，所述排水阀和液位传感器还分别与所述燃料电池控制单元有信号连接。
进一步地，还包括第一截止阀和第二截止阀，所述第一截止阀设置于所述加湿中冷器的出口与电堆的进口连通通道上，所述第二截止阀位于所述气液分离器的第一出口与大气连通通道上。
进一步地，所述气液分离器和所述储水槽采用整体化设计，所述储水槽设置于所述气液分离器下部。
进一步地，所述喷雾水泵设置有加热装置。
进一步地，所述流量计集成在空气过滤器中。
进一步地，所述排水阀设置有加热装置。
进一步地，所述第一截止阀和第二截止阀为常闭密封型阀门。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型提供的燃料电池加湿方式，喷雾水泵使用气液分离器回收的电堆尾排水，在加湿中冷器中对空压机出口的高温空气进行水雾喷淋，主动调节加湿和降温进电堆前的空气，整个***结构紧凑、成本低；
2、利用喷雾水泵加湿，可根据电堆对湿度的需求调节空气的进气湿度，湿度可控、可调，有利于研究不同湿度对燃料电池***效率的影响；
3、加湿和中冷一体化，相比于采用中冷器和加湿器的燃料电池***，减少管道连接，其体积更小、结构更紧凑、成本更低；
4、利用空压机后的高温空气气化尾排回收的水雾，废水废热得到充分利用，同时加湿和降温空气，充分利用资源，降低成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例燃料电池空气加湿***示意图。
图2为为本实用新型实施例气液分离器和储水槽整体化设计示意图。
图中，1-空气过滤器，101-流量计，2-空压机，3-加湿中冷器，301-加湿腔体，302-中冷腔体，4-喷雾水泵，5-复合传感器，6-第一截止阀，7-电堆，8-气液分离器，9-储水槽，901-液位传感器，10-燃料电池控制单元，11-第二截止阀，12-排水阀。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。
实施例一
如图1所示，一种燃料电池空气加湿***，包括空气过滤器1、空压机2、加湿中冷器3、喷雾水泵4、复合传感器5、电堆7、气液分离器8、储水槽9、燃料电池控制单元10和用于检测所述空气过滤器1进气量的流量计101，所述气液分离器8包括第一出口和第二出口，其中，
所述空气过滤器1的出口与所述空压机2的进口连通，所述空压机2的出口与所述加湿中冷器3的进口连通，所述加湿中冷器3的出口与所述电堆7的进口连通，所述电堆7的出口与所述气液分离器8的进口连通，所述气液分离器8的第一出口与大气连通，所述气液分离器8的第二出口与所述储水槽9的进口连通，所述储水槽9的出口与所述喷雾水泵4的进口连通；
所述复合传感器5设置于所述加湿中冷器3的出口与电堆7的进口连通通道上，用于监测通道中空气的湿度、压力和温度；
所述加湿中冷器3设置有连通的加湿腔体301和中冷腔体302，所述加湿腔体301连通所述加湿中冷器3进口，所述中冷腔体302连通所述加湿中冷器3出口，所述中冷腔体302设置有冷却流道；
所述喷雾水泵4出口(即喷嘴)设置于所述加湿腔体301中；
所述空气过滤器1是带化学过滤的过滤器，为***结构紧凑考虑，流量计101集成在所述空气过滤器1中，在其它实施例中，也可将流量计101安装在包括但不限于所述空气过滤器1进气端、所述空气过滤器1与空压机2的连接通道上、或空压机2与加湿中冷器3的连接通道上。
所述燃料电池控制单元10分别与所述流量计101、复合传感器5和喷雾水泵4有信号连接。
所述空压机2为空气压缩机，对空气进行压缩和增温。
本实用新型工作原理如下：
当燃料电池***运行时，空气经空气过滤器1，进气空气中的微小颗粒物和对燃料电池膜电极有害的气体(有害气体包括NOX、SO2、CO、CHX等)被过滤，后进入空压机2增温增压，接而进入加湿中冷器3的加湿腔体301，燃料电池控制单元10根据空气过滤器1中的流量计101反馈空气的流量、复合传感器5反馈的湿度和压力计算出加湿干空气至电堆7工作所需的预定湿度需要的水量，发送指令使喷雾水泵4持续喷洒一定量水雾；在加湿腔体301中，从空压机2出来的高温空气(空压机长时间运行后，高温空气温度可达到160℃以上)与水雾混合，水雾因高温气化，增湿空气并降低其温度，接而进入中冷腔体302与其腔体内的冷却流道换热，温度降低至电堆7需求的温度(65～80℃)；后续流经复合传感器5进入电堆7内部发生反应。
所述气液分离器8有两个出口，分别是第一出口和第二出口，在电堆7尾排中，气液分离器8把尾排空气的水分分离，分离出的水分通过其第二出口流入下部的储水槽9，为喷雾水泵4提供水源；分离水分后的空气由第一出口排出。
综上所述，本实用新型提供的燃料电池加湿方式，喷雾水泵4使用气液分离器8回收的电堆尾排水，在加湿中冷器3中对空压机2出口的高温空气进行水雾喷淋，主动调节加湿和降温进电堆7前的空气，整个***结构紧凑、成本低。
利用喷雾水泵4加湿，可根据电堆7对湿度的需求调节空气的进气湿度，湿度可控、可调，有利于研究不同湿度对燃料电池***效率的影响。
加湿和中冷一体化，相比于采用中冷器和加湿器的燃料电池***，减少管道连接，其体积更小、结构更紧凑、成本更低。
利用空压机2后的高温空气气化尾排回收的水雾，废水废热得到充分利用，同时加湿和降温空气，充分利用资源，降低成本。
作为优选方案，所述气液分离器8和所述储水槽9采用整体化设计，所述储水槽9设置于所述气液分离器8下部，所述气液分离器8的第二出口与所述储水槽9的进口一体化并构成所述气液分离器8和所述储水槽9的连接部分，如图2所示。这样，***装配便捷，制造成本也降低。
作为优选方案，喷雾水泵4设置有加热装置，如电热丝、电热板等，具备加热功能，燃料电池***冷启动时融化结冰的水，避免流道堵塞。
实施例二
在实施例一的基础上，还包括排水阀12和液位传感器901，所述储水槽9的出口通过三通接头分别和所述排水阀12的进口以及所述喷雾水泵4的进口连通，所述液位传感器901设置在所述储水槽9中，用于测量所述储水槽9中的水位，所述排水阀12和液位传感器901还分别与所述燃料电池控制单元10有信号连接。燃料电池控制单元10根据液位传感器901的反馈决定排水阀12是否打开；当储水槽9的水足够时，排水阀12打开与大气相连的支路，排掉多余的尾排水；当储水槽9的水不足时，排水阀12关闭，储水槽9处于持续储水状态。这样，储水槽9就可以自动为燃料电池空气加湿***提供加湿水源，不须人工干预储水槽9储排水。所述气液分离器8、储水槽9和排水阀12构成了第一尾排管路，在燃料电池***停止运行前，燃料电池控制单元1发送指令使排水阀12打开，排掉储水槽9中的水，电堆7尾排空气吹扫第一尾排管路，防止燃料电池***在0℃以下停机时被冻坏。当燃料电池***完全停机时，排水阀12关闭阀门，阻断空气中的微小颗粒进入气液分离器和电堆，避免电堆因微小粉尘污染膜电极而性能下降。
作为优选方案，排水阀12设置有加热装置，如电热丝、电热板等，具备加热功能，燃料电池***冷启动时融化结冰的水，避免流道堵塞。
实施例三
在实施例一或二的基础上，本实用新型还包括第一截止阀6和第二截止阀11，所述第一截止阀6设置于所述加湿中冷器3的出口与电堆7的进口连通通道上，所述第二截止阀11位于所述气液分离器8的第一出口与大气连通通道上，用于将所述气液分离器8水分分离后的尾排空气输出到大气中。所述气液分离器8和第二截止阀11构成了第二尾排管路，在燃料电池***停止运行前，电堆7尾排空气吹扫第二尾排管路，防止燃料电池***在0℃以下停机时被冻坏。当燃料电池***运行时，第一截止阀6和第二截止阀11开启阀门；当燃料电池***完全停机时，第一截止阀6和第二截止阀11关闭阀门，阻断空气中的微小颗粒进入气液分离器和电堆，避免电堆因微小粉尘污染膜电极而性能下降。
第一截止阀6和第二截止阀11是常闭密封型阀门。当燃料电池***停止运行时，截止阀关闭，防止大气中的粉尘进到电堆内部使膜电极失效。同时也可用作背压阀，调节电堆空气侧的进气压力和流量。
虽然，上文中已经用具体实施方式，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种燃料电池空气加湿***，其特征在于，包括空气过滤器(1)、空压机(2)、加湿中冷器(3)、喷雾水泵(4)、复合传感器(5)、电堆(7)、气液分离器(8)、储水槽(9)、燃料电池控制单元(10)和用于检测所述空气过滤器(1)进气量的流量计(101)，所述气液分离器(8)包括第一出口和第二出口，其中，
所述空气过滤器(1)的出口与所述空压机(2)的进口连通，所述空压机(2)的出口与所述加湿中冷器(3)的进口连通，所述加湿中冷器(3)的出口与所述电堆(7)的进口连通，所述电堆(7)的出口与所述气液分离器(8)的进口连通，所述气液分离器(8)的第一出口与大气连通，所述气液分离器(8)的第二出口与所述储水槽(9)的进口连通，所述储水槽(9)的出口与所述喷雾水泵(4)的进口连通；
所述复合传感器(5)设置于所述加湿中冷器(3)的出口与电堆(7)的进口连通通道上；
所述加湿中冷器(3)内部设置有连通的加湿腔体(301)和中冷腔体(302)，所述加湿腔体(301)连通所述加湿中冷器(3)进口，所述中冷腔体(302)连通所述加湿中冷器(3)出口，所述中冷腔体(302)设置有冷却流道；
所述喷雾水泵(4)出口设置于所述加湿腔体(301)中；
所述燃料电池控制单元(10)分别与所述流量计(101)、复合传感器(5)和喷雾水泵(4)有信号连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池空气加湿***，其特征在于，还包括排水阀(12)和液位传感器(901)，所述储水槽(9)的出口通过三通接头分别和所述排水阀(12)的进口以及所述喷雾水泵(4)的进口连通，所述液位传感器(901)设置在所述储水槽(9)中，所述排水阀(12)和液位传感器(901)还分别与所述燃料电池控制单元(10)有信号连接。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池空气加湿***，其特征在于，还包括第一截止阀(6)和第二截止阀(11)，所述第一截止阀(6)设置于所述加湿中冷器(3)的出口与电堆(7)的进口连通通道上，所述第二截止阀(11)位于所述气液分离器(8)的第一出口与大气连通通道上。
4.根据权利要求1所述的燃料电池空气加湿***，其特征在于，所述气液分离器(8)和所述储水槽(9)采用整体化设计，所述储水槽(9)设置于所述气液分离器(8)下部。
5.根据权利要求1所述的燃料电池空气加湿***，其特征在于，所述喷雾水泵(4)设置有加热装置。
6.根据权利要求1所述的燃料电池空气加湿***，其特征在于，所述流量计(101)集成在空气过滤器(1)中。
7.根据权利要求2所述的燃料电池空气加湿***，其特征在于，所述排水阀(12)设置有加热装置。
8.根据权利要求3所述的燃料电池空气加湿***，其特征在于，所述第一截止阀(6)和第二截止阀(11)为常闭密封型阀门。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220913 Address after: No. 9, Keyuan East 11th Road, High-tech Zone, Nanning City, Guangxi Zhuang Autonomous Region, 530009 Patentee after: Yuchaixinlan New Energy Power Technology Co.,Ltd. Address before: 537005 No. 88 flyover West Road, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Yulin Patentee before: Guangxi Yuchai Machinery Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Beijing Yuchai Xingshunda New Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: Yuchaixinlan New Energy Power Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2024980002254 Denomination of utility model: A fuel cell air humidification system Granted publication date: 20210817 License type: Common License Record date: 20240227 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |