CN219716906U - 一种湿度可控的增湿***及燃料电池*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种湿度可控的增湿***及燃料电池***，增湿***包括膜增湿器，第一旁通阀和第一混合腔室：第一旁通阀的进口端接收空气，第一旁通阀的主出口端连通至膜增湿器的空气进口端，第一旁通阀的旁路出口端旁路连通至第一混合腔室的第二入口；第一混合腔室的第一入口连通至膜增湿器的空气出口端，第一混合腔室的第二入口连通至第一旁通阀的旁路出口端，第一混合腔室的出口端连通至电堆。利用上述***，能够实现控制输入电堆阴极的空气湿度维持在合理水平。

Description

一种湿度可控的增湿***及燃料电池***

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种湿度可控的增湿***及燃料电池***。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本实用新型的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

目前，仅采用外部增湿器对燃料电池的电堆的阴极空气进行湿度调节，湿度控制效果往往受外部增湿器的选型设计。一旦增湿器选型确定，湿度调节就依赖于增湿器的硬件性能，也无法做到在部分工况条件下进行湿度主动升高或降低。

因此，如何实现输入电堆的空气湿度可调节是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种湿度可控的增湿***及燃料电池***，利用这种***，能够克服无法在部分工况条件下主动进行湿度升高或降低的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种湿度可控的增湿***，其包括膜增湿器，还包括第一旁通阀和第一混合腔室：第一旁通阀的进口端接收空气，主出口端连通至膜增湿器的空气进口端，旁路出口端连通至第一混合腔室的第二入口；第一混合腔室的第一入口连通至膜增湿器的空气出口端，其第二入口连通至第一旁通阀的旁路出口端，其出口端连通至电堆。

本实用新型的有益效果：通过在膜增湿器的空气进口端和空气出口端分别设置第一旁通阀和第一混合腔室，且使该第一旁通阀和第一混合腔室旁路连通，实际上在空气进口通路上构成了湿度可控加湿***，可以理解，该第一旁通阀的旁通量增加时，输入电堆的空气湿度相应降低；当该第一旁通阀的旁通量减小时，输入电堆的空气湿度相应增高。因此，在部分运行工况下，通过本实施例的增湿***，可以主动增高/降低空气湿度，从而提高燃料电池的耐久和可靠性。

在一种实施方式中，第一旁通阀还具有第一控制端口，其配置为调节第一旁通阀的旁路出口端的旁通量。

在一种实施方式中，该***还包括：第二旁通阀和第二混合腔室；该第二旁通阀的进口端接收电堆输出的废气，主出口端连接至膜增湿器的废气进口端，旁路出口端连通至第二混合腔室的第二入口；第二混合腔室的第一入口连通至膜增湿器的废气出口端，其第二入口连通至第二旁通阀的旁路出口端，其出口端连通至废气出口。

在一种实施方式中，第二旁通阀还具有第二控制端口，其被配置为调节第二旁通阀的旁路出口端的旁通量。

在一种实施方式中，上述第一旁通阀和/或第二旁通阀为电控旁通阀。

在一种实施方式中，该***还包括：电流密度检测装置，其电连接至第一旁通阀的第一控制端口和/或第二旁通阀的第二控制端口。

在一种实施方式中，膜增湿器为气/气增湿器。

第二方面，本申请还提供一种燃料电池***，其包括如第一方面所述的增湿***。

本实用新型的其他优点将配合以下的说明和附图进行更详细的解说。

应当理解，上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本实用新型的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例说明本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文的示例性实施例的详细描述，本领域普通技术人员将明白本文所述的优点和益处以及其他优点和益处。附图仅用于示出示例性实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的标号表示相同的部件。在附图中：

图1为根据本实用新型一实施例的湿度可控的增湿***的结构示意图；

图2为根据本实用新型另一实施例的湿度可控的增湿***的结构示意图。

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域技术人员。

在本申请实施例的描述中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不旨在排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。

除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本申请一实施例提供一种湿度可控的增湿***的结构示意图，其包括

本申请实施例提供了一种湿度可控的增湿***，该***至少包括：

膜增湿器10、第一旁通阀21和第一混合腔室22。

该第一旁通阀21的进口端211从***的空气进口接收干燥空气，其主出口端212连通至膜增湿器10的空气进口端11，且其旁路出口端213通过第一旁路23连通至第一混合腔室22的第二入口222；通过控制该第一旁通阀21自身的旁通量，可以调节输出至第一旁路23的干燥空气的容量。

膜增湿器10的空气进口端11接收第一旁通阀21传送来的干空气，并对该干空气进行加湿后通过其空气出口端12输出至第一混合腔室22的第一入口221。

膜增湿器优选为气/气增湿器，也即利用电堆输出的湿废气的湿度来对输入电堆的干空气进行加湿的膜增湿器。

第一混合腔室22的第一入口221连通至膜增湿器10的空气出口端12，以接收经加湿的空气，其第二入口222连通至第一旁通阀21的旁路出口端213，以接收未经加湿的空气，并将二者混合之后，通过其出口端223输出至电堆40的阴极进口41。

可以理解，上述膜增湿器10、第一旁通阀21和第一混合腔室22实际上在空气进口通路上构成了湿度可控加湿***。当第一旁通阀21的旁通量不为零时，第一混合腔室22的第二入口222就有一部分未增湿的空气流入，此时，从膜增湿器10出来的湿空气与一部分未增湿的空气在第一混合腔室内混合，从而降低了第一混合腔室22的出口空气湿度。

简言之，第一旁通阀21的旁通量增加，进入膜增湿器10的空气量相应减少，能使输入电堆的空气湿度降低；相反，第一旁通阀21的旁通量减小时，进入膜增湿器10的空气量相应增加，能使输入电堆的空气湿度升高。如此，能够实现控制调节电堆空气湿度。

因此，在部分运行工况下，通过本实施例的增湿***，可以主动降低空气湿度，来避免电堆的过增湿导致的水淹现象，从而提高燃料电池的耐久和可靠性。

参考图1，第一旁通阀21还可以具有第一控制端口214，其配置为调节第一旁通阀21的旁通量。该第一控制端口214可以是机械控制端口或电气控制端口，能够使第一旁通阀21的旁通量在0％至100％之间调节。

本实施例的湿度可控的增湿***还可应用于低温冷启动的过程控制，比如通过将第一旁通阀21的旁通量设置至100％，整个增湿器使得温度较高的干燥空气进入电堆，加热电堆内部组件，改善低温冷启动。

优选地，该第一旁通阀21是电控旁通阀，其与增湿***的第一控制信号端口电连接。

如图2所示，本申请另一实施例提供另一种湿度可控的增湿***的结构示意图，其包括：

膜增湿器10、第一旁通阀21、第一混合腔室22、第二旁通阀31和第二混合腔室32；

参考图2，其中第一旁通阀21和第一混合腔室22的设置与前述图1的实施例一致或高度类似，此处不再赘述。

该第二旁通阀31的进口端311接收电堆40阴极出口41输出的废气，该废气为湿废气，主出口端312连接至膜增湿器10的废气进口端13，旁路出口端313通过第二旁路33连通至第二混合腔室32的第二入口322。通过控制该第二旁通阀31自身的旁通量，可以调节输出至第二旁路33的湿废气的容量。

膜增湿器10的废气进口端13接收第二旁通阀31传送来的湿废气，并利用该湿废气对空气通路中的干空气进行加湿，并通过其废气出口端14将利用后的废气输出至第二混合腔室32的第一入口321。

第二混合腔室32的第一入口321连通至膜增湿器10的废气出口端14，其第二入口322连通至第二旁通阀31的旁路出口端313，第二混合腔室32的出口端323连通至废气出口。

可以理解，上述第一旁通阀21、第一混合腔室22、第二旁通阀31、膜增湿器10和第二混合腔室32在空气进口通道和废气出口通道上构成了湿度可控增湿***。其中，第一旁通阀21、第一混合腔室22和膜增湿器10的工作原理在上文中已经充分说明，此外，当第二旁通阀31的旁通量不为零时，第二混合腔室32的第二入口322就有一部分电堆40阴极出口41的湿废气流入。此时，从燃料电池电堆40出来的湿废气一部分流入增湿器10，经过增湿器10后的另一部分湿废气在第二混合腔室32内与旁通的一部分电堆出口湿空气进行了混合。由于进入增湿器的电堆出口湿空气量的减少，用于增湿的水量也随之减少，从而达到降低电堆入口空气湿度的目的。

简言之，第二旁通阀31的旁通量增加，进入膜增湿器10用于加湿空气的湿废气量相应减少，能使输入电堆的空气湿度降低；相反，第二旁通阀31的旁通量减小时，进入膜增湿器10用于加湿空气的湿废气量相应增加，能使输入电堆的空气湿度升高。如此，能够进一步控制调节电堆空气湿度。

参考图2，第二旁通阀31还具有第二控制端口314，其被配置为调节第二旁通阀31的旁路出口端313的旁通量。该第二控制端口314可以是机械控制端口或电气控制端口，能够使第二旁通阀31的旁通量在0％至100％之间调节。

优选地，该第一旁通阀21可以是电控旁通阀，其与增湿***的第二控制信号端口电连接。

在燃料电池***实际运行中，较大电流密度会产生更多的水，这本身就有利于膜的湿度保持，此时也不需要额外的更多的空气增湿措施。为了对于部分电流密度条件下(如大电流密度)进行湿度主动降低。优选地，上述***还可以包括：电流密度检测装置，其通过控制信号端口电连接至第一旁通阀的第一控制端口和/或第二旁通阀的第二控制端口，从而能够通过对电流密度的检测，有效地调节第一旁通阀和/或第二旁通阀的旁通量，比如，将第一旁通阀的旁通量设为100％，或者将第二旁通阀的旁通量设为100％，如此都可以实现不加湿输入电堆的空气的目的。当然，也可以调节为其他旁通量，只要能起到减少空气湿度的目的即可，本申请对此不作特别限定。

本领域技术人员可以理解，图1和图2中示出的增湿***的结构并不构成对增湿***的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种燃料电池***，该燃料电池包括如上述实施例所述的湿度可控的增湿***，以对输入电堆的空气湿度进行湿度增高/降低的调节。

需要说明的是，本申请实施例中的燃料电池可以实现前述增湿***的实施例的各个方面，并达到相同的效果和功能，这里不再赘述。

虽然已经参考若干具体实施方式描述了本实用新型的精神和原理，但是应该理解，本实用新型并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本实用新型旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (8)

1.一种湿度可控的增湿***，包括膜增湿器，其特征在于，还包括第一旁通阀和第一混合腔室：

所述第一旁通阀的进口端接收空气，所述第一旁通阀的主出口端连通至所述膜增湿器的空气进口端，所述第一旁通阀的旁路出口端旁路连通至所述第一混合腔室的第二入口；

所述第一混合腔室的第一入口连通至所述膜增湿器的空气出口端，所述第一混合腔室的出口端连通至电堆。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：

第二旁通阀和第二混合腔室；

所述第二旁通阀的进口端接收所述电堆输出的废气，所述第二旁通阀的主出口端连接至所述膜增湿器的废气进口端，所述第二旁通阀的旁路出口端旁路连通至所述第二混合腔室的第二入口；

所述第二混合腔室的第一入口连通至所述膜增湿器的废气出口端，所述第二混合腔室的出口端连通至废气出口。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一旁通阀还具有第一控制端口，其配置为可调节所述第一旁通阀的旁路出口端的旁通量。

4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述第二旁通阀还具有第二控制端口，其被配置为可调节所述第二旁通阀的旁路出口端的旁通量。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述第一旁通阀和/或所述第二旁通阀为电控旁通阀。

6.根据权利要求2所述的***，其特征在于，还包括：电流密度检测装置，其电连接至所述第一旁通阀的第一控制端口和/或所述第二旁通阀的第二控制端口。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述膜增湿器为气/气增湿器。

8.一种燃料电池***，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的增湿***。