氢燃料电池喷淋增湿系统、燃料电池及车辆的制作方法

1.本发明属于燃料电池技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池喷淋增湿系统、燃料电池及车辆。


背景技术：

2.氢燃料电池凭借续航里程长、燃料加注速度快以及载重能力强等优势，在大型车辆、商用车等大功率领域的应用趋势越来越明显。为保证氢燃料电池系统的高功率的输出，需要为氢燃料电池提供合适的湿度，且氢燃料电池每个工况点和每个功率的氢燃料电池对湿度要求均不一样，所以就会导致每个功率的氢燃料电池发动机都需要定制开发增湿器。
3.由于现在市场上使用最多的增湿器均为膜管物理增湿器，使用电堆出口的水蒸汽利用膜管的透水不透气的原理给干空气增湿，或者使用喷淋增湿系统。
4.膜增湿器有以下缺点：1、随着氢燃料电池发动机功率越来越大，增湿器体积越来越大，质量越来越重；2、增湿器的使用寿命和膜管材料强度息息相关，现在市场上的增湿器寿命均不满足氢燃料电池要求寿命；3、故障率高，容易出现膜管断裂，增湿器内漏现象；4、制作成本高，膜管材料复杂，开发成本叫高；5、生产周期长工艺复杂，现有增湿器端面封装均使用树脂灌封，树脂固化周期长；6、增湿器清洁度难以控制，增湿器在切除多余膜管和灌封树脂时会有多余粉末进如膜管内部，无法清洁；7、性能无法实现可变增湿。
5.现有技术还采用喷淋增湿系统，但发明人在实施本技术方案的过程中发现现有技术中的喷淋增湿系统存在以下问题：1、发动机刚开机时喷淋增湿无法工作，导致氢燃料电池发动机发生故障；2、喷淋增湿液态水来源为氢燃料电池空气侧出堆饱和水蒸气，由分水器将气态水分离成空气和液态水，液态水提供喷淋增湿水源，液态水多少取决于分水器能力，现大多使用物理分水，分水能力高，其流阻较大，导致膨胀机回收能力低。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种氢燃料电池喷淋增湿系统、燃料电池及车辆，至少部分的解决现有技术中存在的因加湿系统导致的燃料电池故障和功率低的问题。
7.第一方面，本公开实施例提供了一种氢燃料电池喷淋增湿系统，包括：分水器、存储装置、动力源、雾化装置、雾化箱、引射器、旁通节气门和三通阀；
8.所述分水器与氢燃料电池的空气侧出口连通，分水器的出口与存储装置的入口连通，存储装置的出口与动力源的入口连通，动力源的出口与雾化装置的入口连通，雾化装置的出口与雾化箱连通，雾化箱的一个出口与三通阀的一个入口连通，三通阀的另一个入口与旁通节气门的出口连通，旁通节气门的入口与氢燃料电池的空气侧出口连通，三通阀的出口与引射器连通，引射器的出口与燃料电池的空气入口连通。
9.可选的，检测分水器的出水量，当分水器的出水量没达到设定要求时，开启旁通节气门，氢燃料电池的空气侧出口的水蒸气在引射器产生的吸力作用下对进入氢燃料电池空
气入口的空气进行加湿；
10.当分水器的出水量达到设定要求时，关闭旁通节气门，分水器内的水进入存储装置后，经动力源和雾化装置雾化后进入雾化箱，雾化箱内经雾化后的水在引射器的吸力作用下对进入氢燃料电池空气入口的空气进行加湿。
11.可选的，所述雾化箱，包括雾化腔和回液腔。
12.可选的，所述动力源包括水泵，所述雾化装置包括雾化喷嘴，所述存储装置包括储水箱。
13.可选的，所述旁通节气门包括电子旁通阀。
14.可选的，还包括密封调压阀，所述密封调压阀设置在氢燃料电池的空气侧出口。
15.可选的，还包括排水阀，所述排水阀设置在存储装置与燃料电池混排之间的管道上。
16.可选的，所述排水阀上设置加热装置。
17.第二方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池，使用第一方面任一所述的氢燃料电池喷淋增湿系统。
18.第三方面，本公开实施例还提供了一种车辆，使用第一方面任一所述的氢燃料电池喷淋增湿系统。
19.本发明提供的氢燃料电池喷淋增湿系统、燃料电池及车辆。其中该氢燃料电池喷淋增湿系统，通过设置引射器、旁通节气门和三通阀，在燃料电池刚启动时，通过燃料电池空气侧出口的水蒸气对燃料电池入口的空气进行加湿，解决了现有喷淋增湿系统在刚开机时无法进行增湿导致的燃料电池故障，而通过设置分水器、存储装置、动力源、雾化装置、雾化箱、引射器和三通阀，在燃料电池运行平稳后，通过对燃料电池排出的水进行雾化后对燃料电池入口空气进行增湿，通过对水进行雾化，增加了增湿效率，从而达到提高氢燃料电池发动机的使用寿命和功率的目的。
附图说明
20.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。
21.图1为本公开实施例提供的氢燃料电池喷淋增湿系统的结构框图；
22.其中，1-分水器；2-储水箱；3-水泵；4-雾化喷嘴；5-雾化箱；6-引射器；7-三通阀；8-旁通节气门；9-密封调压阀；10-排水阀；11-混排；12-中冷器；13-空压机；14-膨胀机；15-流量计；16-空滤。
具体实施方式
23.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
24.应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本
公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
25.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
26.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
28.如图1所示，本实施例公开了一种氢燃料电池喷淋增湿系统，包括：分水器、存储装置、动力源、雾化装置、雾化箱、引射器、旁通节气门和三通阀；
29.所述分水器与氢燃料电池的空气侧出口连通，分水器的出口与存储装置的入口连通，存储装置的出口与动力源的入口连通，动力源的出口与雾化装置的入口连通，雾化装置的出口与雾化箱连通，雾化箱的一个出口与三通阀的一个入口连通，三通阀的另一个入口与旁通节气门的出口连通，旁通节气门的入口与氢燃料电池的空气侧出口连通，三通阀的出口与引射器连通，引射器的出口与燃料电池的空气入口连通。
30.可选的，检测分水器的出水量，当分水器的出水量没达到设定要求时，开启旁通节气门，氢燃料电池的空气侧出口的水蒸气在引射器产生的吸力作用下对进入氢燃料电池空气入口的空气进行加湿；
31.当分水器的出水量达到设定要求时，关闭旁通节气门，分水器内的水进入存储装置后，经动力源和雾化装置雾化后进入雾化箱，雾化箱内经雾化后的水在引射器的吸力作用下对进入氢燃料电池空气入口的空气进行加湿。
32.可选的，所述雾化箱，包括雾化腔和回液腔。
33.可选的，所述动力源包括水泵，所述雾化装置包括雾化喷嘴，所述存储装置包括储水箱。
34.可选的，所述旁通节气门包括电子旁通阀。
35.可选的，还包括密封调压阀，所述密封调压阀设置在氢燃料电池的空气侧出口。
36.可选的，还包括排水阀，所述排水阀设置在存储装置与燃料电池混排之间的管道上。
37.可选的，所述排水阀上设置加热装置。
38.流量计含环境温度测点。
39.氢燃料电池传统喷淋增湿系统，包含分水器、储水箱、水泵、喷嘴、雾化箱、和引射
器。分水器设置在氢燃料电池空气侧出口，储水箱为液态水存储装置，水泵为液态水转化为雾化水的动力源，雾化喷嘴是液态水雾化装置，雾化箱用于雾化水收集装置和雾转液态水回流装置。在氢燃料电池空气侧出口和引射器之间设置电子旁通阀和三通阀。
40.氢燃料电池发动机前期工作时，电子旁通阀打开将燃料电池发动机空气出口的饱和水蒸气通过管路利用引射器产生的吸力将饱和水蒸气吸入氢燃料电池空气入口，给干空气加湿；待喷淋增湿系统中分水器分出水量达到一定要求时电子旁通阀关闭，由喷淋增湿系统为电堆提供湿气。
41.本实施例还公开了一种燃料电池或车辆，使用本实施例公开的氢燃料电池喷淋增湿系统。
42.以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
43.在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
44.另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc(即a和b和c)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
45.还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
46.可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
47.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
48.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

技术特征：
1.一种氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，包括：分水器、存储装置、动力源、雾化装置、雾化箱、引射器、旁通节气门和三通阀；所述分水器与氢燃料电池的空气侧出口连通，分水器的出口与存储装置的入口连通，存储装置的出口与动力源的入口连通，动力源的出口与雾化装置的入口连通，雾化装置的出口与雾化箱连通，雾化箱的一个出口与三通阀的一个入口连通，三通阀的另一个入口与旁通节气门的出口连通，旁通节气门的入口与氢燃料电池的空气侧出口连通，三通阀的出口与引射器连通，引射器的出口与燃料电池的空气入口连通。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，检测分水器的出水量，当分水器的出水量没达到设定要求时，开启旁通节气门，氢燃料电池的空气侧出口的水蒸气在引射器产生的吸力作用下对进入氢燃料电池空气入口的空气进行加湿；当分水器的出水量达到设定要求时，关闭旁通节气门，分水器内的水进入存储装置后，经动力源和雾化装置雾化后进入雾化箱，雾化箱内经雾化后的水在引射器的吸力作用下对进入氢燃料电池空气入口的空气进行加湿。3.根据权利要求1所述的氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，所述雾化箱，包括雾化腔和回液腔。4.根据权利要求1所述的氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，所述动力源包括水泵，所述雾化装置包括雾化喷嘴，所述存储装置包括储水箱。5.根据权利要求1所述的氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，所述旁通节气门包括电子旁通阀。6.根据权利要求1所述的氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，还包括密封调压阀，所述密封调压阀设置在氢燃料电池的空气侧出口。7.根据权利要求1所述的氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，还包括排水阀，所述排水阀设置在存储装置与燃料电池混排之间的管道上。8.根据权利要求7所述的氢燃料电池喷淋增湿系统，其特征在于，所述排水阀上设置加热装置。9.一种燃料电池，其特征在于，使用权利要求1至8任一所述的氢燃料电池喷淋增湿系统。10.一种车辆，其特征在于，使用权利要求1至8任一所述的氢燃料电池喷淋增湿系统。

技术总结
本发明提供了一种氢燃料电池喷淋增湿系统、燃料电池及车辆。其中，氢燃料电池喷淋增湿系统，包括：分水器、存储装置、动力源、雾化装置、雾化箱、引射器、旁通节气门和三通阀；所述分水器与氢燃料电池的空气侧出口连通，分水器的出口与存储装置的入口连通，存储装置的出口与动力源的入口连通，动力源的出口与雾化装置的入口连通，雾化装置的出口与雾化箱连通，雾化箱的一个出口与三通阀的一个入口连通，三通阀的另一个入口与旁通节气门的出口连通，旁通节气门的入口与氢燃料电池的空气侧出口连通，三通阀的出口与引射器连通，引射器的出口与燃料电池的空气入口连通。达到提高氢燃料电池发动机的使用寿命和功率的目的。动机的使用寿命和功率的目的。动机的使用寿命和功率的目的。


技术研发人员：李飞强 渠海洋 司宗正 于泽帆 韩钦飞 施冰杰 尚泽 李阳
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：2023.05.30
技术公布日：2023/8/9