增湿装置及氢燃料电池用增湿系统的制作方法

1.本发明涉及领域燃料电池技术领域，尤其涉及一种增湿装置及氢燃料电池用增湿系统。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池中膜的含水量会直接影响氢气反应后产生的质子在膜内的传导，进而影响燃料电池堆的性能和寿命，因此必须要对电堆进行适当的增湿。
3.目前，燃料电池采取的空气增湿方式包括外置增湿器的方式，包括膜管增湿、鼓泡增湿、焓轮增湿和喷雾增湿。而目前市场上的氢燃料电池发动机的入堆空气普遍采用膜管增湿器增湿，采取此种方式的增湿器结构复杂、体积较大，进而造成设备成本较高，维修不便。上述问题亟待解决。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中存在的问题，在第一方面，本发明提供了一种增湿装置，所述增湿装置包括混料罐和雾化设备；所述混料罐上设置有进气口和出料口；所述雾化设备的雾化组件设置于所述混料罐，且位于所述进气口和所述出料口之间；所述雾化组件设置有进液口和出液通道；经由所述进液口流入的液体由所述出液通道排出，已将由所述进气口输入的气体增湿，增湿后的所述气体由所述出料口输出。
5.在本发明的增湿装置中，所述混料罐还包括进液管，通过所述进液管向所述进液口供液。
6.在本发明的增湿装置中，所述雾化组件设置于所述混料罐内部上方。
7.在本发明的增湿装置中，所述进气口和所述进液口位于所述出液通道同侧。
8.在本发明的增湿装置中，所述进气口位于所述进液口竖直上方，且所述进气口尺寸大于所述雾化组件。
9.在本发明的增湿装置中，所述出液通道的出液方向与所述进液口朝向夹角为a，所述a为90
°
。
10.在本发明的增湿装置中，所述进气口和所述出料口位于所述混料罐相对的两侧。
11.在本发明的增湿装置中，所述进气口位于所述混料罐顶部，所述出料口位于所述混料罐底部。
12.在本发明的增湿装置中，所述出液通道在数量上为多个，各所述出液通道分别连通于所述进液口。
13.在本发明的增湿装置中，所述雾化组件转动设置于所述混料罐内，且所述雾化组件通过动力装置驱动转动。
14.在本发明的增湿装置中，所述动力装置为电机。
15.在本发明的增湿装置中，所述雾化组件为离心雾化盘。
16.在本发明的增湿装置中，所述雾化组件转动轴线与所述混料罐轴线同轴；所述进
气口位于所述进液口竖直上方；所述出液通道的出液方向与所述转动轴线垂直。
17.在本发明的增湿装置中，所述混料罐上还设置有出液口；所述出液口高度低于所述出料口。
18.在本发明的增湿装置中，所述混料罐的底面包括倾斜部和水平部；所述倾斜部高于所述水平部；所述出料口设置于所述倾斜部；所述出液口设置于所述水平部。
19.在本发明的增湿装置中，所述增湿装置还包括液位控制组件；所述控制组件用于控制所述混料罐的液面高度在所述出料口和所述出液口之间。
20.在本发明的增湿装置中，所述液位控制组件包括液位计和控制阀；所述液位计用于测量所述混料罐的液面高度，并输送给所述控制阀；所述控制阀基于所述液位计度数开启或关闭。
21.在本发明的增湿装置中，所述进气口上罩设有气体分配件；外界输送的气体经由所述气体分配件分配后流入所述进气口。
22.在本发明的增湿装置中，所述气体分配件为底部开口的壳体，且所述气体分配件设置有进气口以连通外界供气装置。
23.在第二方面，本发明还提供了一种应用上述增湿装置的氢燃料电池用增湿系统，其包括增湿装置、气体分配件、供液设备；所述气体分流件用于将供给的气体分流至第一管道和第二管道；所述第一管道连通所述增湿装置的所述进气口；所述供液设备用于向所述增湿装置的所述进液口供液；所述增湿装置的所述出料口通过管道连通于所述第二管道。
24.在本发明的氢燃料电池用增湿系统中，所述气体分流件为三通比例阀。
25.在本发明的氢燃料电池用增湿系统中，所述第二管道的气体通过中冷器后与所述第一管道的汇合。
26.在本发明的氢燃料电池用增湿系统中，所述供液设备包括储液罐、供液泵和过滤器；所述储液罐内的液体通过所述供液泵抽取后经由所述过滤器过滤，然后输送至所述进液口。
27.本发明的有益效果如下：本发明的增湿装置基于将雾化装置设置于混料罐内，以雾化后的雾化液滴对输入的气体进行雾化，在一方面，提高了装置的集成化程度，降低了设备尺寸；在另一方面，本发明的增湿装置结构简单，易于维护，降低了生产难度，易于规模化生产。
28.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
29.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
30.图1是本发明的增湿装置的结构示意图之一；
31.图2是本发明的增湿装置的结构示意图之二(显示了内部结构)；
32.图3是本发明的氢燃料电池用增湿系统的结构示意图；
33.图4是本发明的氢燃料电池用增湿系统应用于氢燃料电池系统时的示意图。
34.图例：1.增湿装置；11.混料罐；111.进气口；112.出料口；113.出液口；114.倾斜部；115.水平部；116.气体分配件；12.雾化设备；121.雾化组件；1211.进液口；1212.出液通道；122.动力装置；123.进液管；13.液位控制组件；131.液位计；132.控制阀；2.气体分流件；21.第一管道；22.第二管道；3.供液设备；31.储液罐；32.供液泵；33.过滤器；4.中冷器。
具体实施方式
35.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，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使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
36.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
37.下面参照附图来详细说明根据本技术的增湿装置及氢燃料电池用增湿系统。
38.如图1和2所示，一种增湿装置，增湿装置1包括混料罐11和雾化设备12；混料罐11上设置有进气口111和出料口112；雾化设备12的雾化组件121设置于混料罐11，且位于进气口111和出料口112之间；雾化组件121设置有进液口1211和出液通道1212；经由进液口1211流入的液体由出液通道1212排出，已将由进气口111输入的气体增湿，增湿后的气体由出料口112输出；可选的，混料罐11还包括进液管123，通过进液管123向进液口1211供液，进液管123一端位于混料罐11外侧，且为进液口，另一端位于混料罐11内，且端口位于进液口1211竖直上方，为出液口。
39.优选的，雾化组件121设置于混料罐11内部上方。基于此，气体和雾化后的液体能够更充分的混合。
40.本发明的增湿装置基于将雾化装置设置于混料罐内，以雾化后的雾化液滴对输入的气体进行雾化，在一方面，提高了装置的集成化程度，降低了设备尺寸；在另一方面，本发明的增湿装置结构简单，易于维护，降低了生产难度，易于规模化生产，具体的，增湿程度可通过控制进液口处液体流量、温度和压力(如将进液管123与进液口1211连接，进液口1211处压力高雾化效果好、液体流量小雾化效果好、温度高雾化效果好；雾化效果好能够提高增湿效果)以及进气的气体温度和流量控制(气体流量高增湿效果好，温度高增湿效果好)，根据需要的工况调整上述参数，以实现需要的增湿程度。
41.在一些实施例中，进气口111和进液口1211位于出液通道1212同侧；基于进气口111和进液口1211位于出液通道1212同侧，且雾化组件121位于进气口111和出料口112(即出液通道1212的出口位于进气口111和出料口112之间)，则气体由进气口111进入混料罐11内部，然后由出料口112输出的过程中，基于气体会与雾化组件121输出的雾滴碰撞混合，雾滴会基于碰撞作用粒径进一步降低，则比表面积增加了，由此，提高了雾化增湿效果。
42.优选的，出液通道1212的出液方向与进液口1211朝向的夹角a为90
°
；基于此角度
设置，能够实现提高雾化效果的同时对气体的流动阻力最小。
43.在一些实施例中，进气口111位于进液口1211竖直上方，且进气口111尺寸大于雾化组件121，且出液通道1212的出液方向与进液口1211朝向夹角为a为90
°
(如雾化组件121为圆盘状结构，且水平设置，出液通道1212的出口位于圆盘结构的侧面，进液口1211位于圆盘状结构顶部)；基于此种设置，外界气体进入混合罐11后，在流经雾化组件121时会流经出液通道1212的出口处，此处雾滴的流速最大，则可以获得优的雾化增湿效果。
44.在一些实施例中，进气口111和出料口112位于混料罐11相对的两侧。具体的，进气口111位于混料罐11顶部，出料口112位于混料罐11底部。基于将进气口111和出料口112相对设置，则在气体流动过程中(尤其是出料时)，降低与混料罐11侧壁的碰撞，避免由于碰撞造成增湿空气中水分析出降低增湿效果，且基于顶底设置，延长了气体在混料罐11内的停留时间，有助于提高增湿效果。
45.在一些实施例中，出液通道1212在数量上为多个，各出液通道1212分别连通于进液口1211；基于多个出液通道1212的设置提高了增湿效率；具体的，雾化组件121可选为离心雾化盘。
46.在一些实施例中，雾化组件121转动设置于混料罐11内(此时的进液管123与进液口1211间隔设置)，且雾化组件121通过动力装置122驱动转动；其中动力装置122可为电机。基于动力装置122驱动雾化组件121旋转，提高了雾化效果，能够降低对供液的流速要求(液体能够流入进液口1211即可)，且出液通道1212出口处雾滴流速更高，能够进一步提高雾化增湿效果；此时可以通过控制雾化组件121转动速度对雾化程度进行调整(转速高雾化效果好)，以对增湿程度进行调整，具体根据工况进行确定。
47.优选的，雾化组件121转动轴线与混料罐11轴线同轴；进气口111位于进液口1211竖直上方；出液通道1212的出液方向与转动轴线垂直；基于此种方案设置，能够获得更优的雾化增湿效果。
48.在一些实施例中，混料罐11上还设置有出液口113；出液口113高度低于出料口112。通过设置出液口113能够将混料罐11内的液体排出，避免液体过多影响增湿效果。
49.具体的，混料罐11的底面包括倾斜部114和水平部115；倾斜部114高于水平部115；出料口112设置于倾斜部114；出液口113设置于水平部115；基于将出料口112设置于倾斜部114，能够在保证不影响增湿气体出料的同时，获得最大的停留时间，且能够在混料罐11内保持一定液位。优选的，倾斜部114与水平面夹角为30
°
；在此角度下气体停留时间长，碰撞析出水量小，且存液量易于控制。
50.在一些实施例中，增湿装置还包括液位控制组件13；控制组件13用于控制混料罐11的液面高度在出料口112和出液口113之间。具体的，液位控制组件13包括液位计131和控制阀132；液位计131用于测量混料罐11的液面高度，并输送给控制阀132；控制阀132基于液位计131度数开启或关闭,控制阀132连通出液口113；基于液位控制组件13对混料罐11内的液位控制，能够适应不同工况，避免液面过高影响增湿效果，且维持一定液面高度，避免增湿后的气体由出液口113流出，造成浪费。
51.在一些实施例中，进气口111上罩设有气体分配件116；外界输送的气体经由气体分配件116分配后流入进气口111。具体的，气体分配件116为底部开口的壳体，且气体分配件116设置有进气口以连通外界供气装置。
52.一种应用上述增湿装置的氢燃料电池用增湿系统，如图3和4所示，其包括增湿装置1、气体分配件2、供液设备3；气体分流件2用于将供给的气体分流至第一管道21和第二管道22(气体分流件2可选为为三通比例阀，其中一个连接口为进气口，如连接在空压机出口，另两个连接口分别连通第一管道21和第二管道22)；第一管道21连通增湿装置1的进气口111；供液设备3用于向增湿装置1的进液口1211供液；增湿装置1的出料口112通过管道连通于第二管道22；本发明的氢燃料电池用增湿系统基于气体分流件2对输入的气体分配，且增湿后的气体与未增湿的气体(由空压机出口输出温度较高)混合，避免增湿气体进入燃料电池电堆后产生凝结水。具体的，供液设备3包括储液罐31、供液泵32和过滤器33(如平原滤清器有限公司的去离子罐lzq-1)；储液罐31内的液体通过供液泵32抽取后经由过滤器33过滤，然后输送至进液口1211。
53.在一些实施例中，第二管道22的气体通过中冷器4后与增湿装置1的出料口112输出的增湿空气的汇合，通过中冷器4对流经第二管道22的气体降温，以对进入燃料电池电堆的气体温度进行调整。

技术特征：
1.一种增湿装置，其特征在于，所述增湿装置(1)包括混料罐(11)和雾化设备(12)；所述混料罐(11)上设置有进气口(111)和出料口(112)；所述雾化设备(12)的雾化组件(121)设置于所述混料罐(11)，且位于所述进气口(111)和所述出料口(112)之间；所述雾化组件(121)设置有进液口(1211)和出液通道(1212)；经由所述进液口(1211)流入的液体由所述出液通道(1212)排出，已将由所述进气口(111)输入的气体增湿，增湿后的所述气体由所述出料口(112)输出。2.根据权利要求1所述的增湿装置，其特征在于，所述进气口(111)和所述进液口(1211)位于所述出液通道(1212)同侧。3.根据权利要求1所述的增湿装置，其特征在于，所述进气口(111)和所述出料口(112)位于所述混料罐(11)相对的两侧。4.根据权利要求1所述的增湿装置，其特征在于，所述出液通道(1212)在数量上为多个，各所述出液通道(1212)分别连通于所述进液口(1211)。5.根据权利要求1所述的增湿装置，其特征在于，所述雾化组件(121)转动设置于所述混料罐(11)内，且所述雾化组件(121)通过动力装置(122)驱动转动。6.根据权利要求1所述的增湿装置，其特征在于，所述混料罐(11)上还设置有出液口(113)；所述出液口(113)高度低于所述出料口(112)。7.根据权利要求6所述的增湿装置，其特征在于，所述混料罐(11)的底面包括倾斜部(114)和水平部(115)；所述倾斜部(114)高于所述水平部(115)；所述出料口(112)设置于所述倾斜部(114)；所述出液口(113)设置于所述水平部(115)。8.根据权利要求6所述的增湿装置，其特征在于，所述增湿装置还包括液位控制组件(13)；所述控制组件(13)用于控制所述混料罐(11)的液面高度在所述出料口(112)和所述出液口(113)之间。9.根据权利要求1所述的增湿装置，其特征在于，所述进气口(111)上罩设有气体分配件(116)；外界输送的气体经由所述气体分配件(116)分配后流入所述进气口(111)。10.一种应用上述权利要求1-9任一所述的增湿装置的氢燃料电池用增湿系统，其特征在于，包括增湿装置(1)、气体分流件(2)、供液设备(3)；所述气体分流件(2)用于将供给的气体分流至第一管道(21)和第二管道(22)；所述第一管道(21)连通所述增湿装置(1)的所述进气口(111)；所述供液设备(3)用于向所述增湿装置(1)的所述进液口(1211)供液；所述增湿装置(1)的所述出料口(112)通过管道连通于所述第二管道(22)。

技术总结
本发明提供了增湿装置及氢燃料电池用增湿系统其中，所述增湿装置包括混料罐和雾化设备；所述混料罐上设置有进气口和出料口；所述雾化设备的雾化组件设置于所述混料罐，且位于所述进气口和所述出料口之间；所述雾化组件设置有进液口和出液通道；经由所述进液口流入的液体由所述出液通道排出，已将由所述进气口输入的气体增湿，增湿后的所述气体由所述出料口输出。本发明的增湿装置基于将雾化装置设置于混料罐内，以雾化后的雾化液滴对输入的气体进行雾化，在一方面，提高了装置的集成化程度，降低了设备尺寸；在另一方面，本发明的增湿装置结构简单，易于维护，降低了生产难度，易于规模化生产。化生产。化生产。


技术研发人员：祁梓仟 齐红环 王肖奎 渠海洋 李阳 张潇丹 方川
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/10/7