一种车用燃料电池发动机系统用膜增湿器的制作方法

本实用新型涉及燃料电池发动机领域，特别涉及一种车用燃料电池发动机系统用膜增湿器。

背景技术：

质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，除了燃料电池普遍具有的发电效率高、环境污染小、比能量高、噪声低、负荷调节灵活、燃料范围广、响应速度快等特点之外，还具有启动快、寿命长、操作温度低、电解质无腐蚀等优点，能够实现小型化，正越来越多地被用于轻型汽车和小型驱动装置。

质子交换膜燃料电池中使用的质子交换膜对水的含量具有较严苛的要求。水含量过低或过多都不能保证足够的导质子能力，维持质子交换膜良好的湿润状态是保证质子交换膜燃料电池正常运行的重要因素，是燃料电池重要的控制环节之一。为此需要配备增湿结构，而气体增湿是燃料电池目前使用较好的增湿方式，气体增湿普遍使用的是膜增湿器。

普遍使用的膜增湿器的结构如附图6所示，干空气进出口的端盖12使用喇叭口形状，干燥空气从a处入口进入膜增湿器，经过膜管的内径通孔进行增湿，增湿后气体从b处出口进入燃料电池。具体参考专利文件cn208955116u。该膜增湿器具有如下缺点：

1、干空气从入口进入膜增湿器，会对膜管的封装端面产生一定冲击，干空气的流动阻力增大，加大了膜增湿器管层的压降，燃料电池功率较高时，对膜管端面及密封胶处会产生较大的压力，会导致灌胶的封装面有泄漏现象。

2、干空气的端盖12使用喇叭口形状与中冷器的端盖形状无法匹配，不能与中冷器进行集成，膜增湿器整体长度太长，影响整车系统的装配布局。

3、增湿气进出口端盖与腔体11设计为整体式结构，长时间使用会有损坏，不能进行更换，整体式不利于制造加工，制造成本高。

4、目前使用膜增湿器的增湿气进出口设计在膜增湿器两端横截面中心线所在位置，膜管两端的封装位置与增湿气的进出口位置距离很近，并与腔体内湿空气分流槽在同一面上，增湿气进入膜增湿器后会对膜管产生一定的压力，在增湿气的压力下，膜管与封装的密封胶会脱离，影响膜增湿器的增湿器性能及使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种燃料电池系统用膜增湿器，能够有效减小空气阻力，增湿性能高，提高膜增湿器的增湿效率及使用寿命，能与中冷器集成，使用寿命长。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种车用燃料电池发动机系统用膜增湿器，包括腔体、设于所述腔体内的中空纤维膜管束、分别安装于所述腔体前后两侧的干空气端盖和湿空气端盖、同向或异向安装于所述腔体上端或者下端的接近所述湿空气端盖的增湿气入盖和接近所述干空气端盖的增湿气出盖；所述腔体包括供安装所述中空纤维膜管束用的主腔、配合所述干空气端盖安装的干空气入口端、配合所述湿空气端盖安装的湿空气出口端、配合所述增湿气入盖安装的增湿气入口端、配合所述增湿气出盖安装的增湿气出口端。

中空纤维膜管，以下简称膜管，是中空纤维膜管束的基本组成单元，各个膜管相互间隔地被封装在一起，膜管之间涂有形成耐高温高压的密封胶，形成完整的中空纤维膜管束。中空纤维膜管束的两端被安装在腔体的干空气入口端和湿空气出口端之间，保证膜增湿器不外漏；干空气端盖和湿空气端盖分别与腔体的干空气入口端和湿空气出口端连接，增湿气入盖和增湿气出盖分别与腔体的增湿气入口端和增湿气出口端连接。

工作时，干燥空气通过干空气端盖的入口进入膜增湿器内，通过膜管的内径通孔，与膜管外表面的通过增湿气入盖进入的增湿气进行热量与湿度的交换，将干空气转化成含有水分的湿空气，湿空气穿过湿空气端盖的出口后通过管道进入燃料电池系统。增湿气全部或者部分来源于燃料电池尾排的含水分气体，其从增湿气入盖进入，通过膜管的外表面流向另一侧的增湿气出盖，排到大气中。

作为优选，所述腔体上设有引导增湿气的分流槽，所述分流槽与所述中空纤维膜管束的两端具有一定间距。

分流槽可以降低湿空气侧的压降，延长膜增湿器的使用寿命，间距的形成防止了增湿气进入膜增湿器后产生的压力使膜管与封装用的密封胶脱离。

作为优选，所述干空气入口端和所述湿空气出口端设有第一密封槽，所述第一密封槽内设有形状适应的第一密封圈。

第一密封槽一般呈椭圆形，与主腔在干空气入口端或湿空气出口端的边缘具有一定均匀的间距，能够有效将增湿气隔绝在膜管束的两端面之外，防止增湿气直接与干空气或湿空气接触，使得增湿气只能接触膜管的管壁，水气通过管壁进入到干空气中，达到增湿但是不混入其他杂质的目的，也能有效防止空气泄漏。

作为优选，所述增湿气入口端和所述增湿气出口端设有第二密封槽，所述第二密封槽内设有形状适应的第二密封圈。

增湿气入盖和增湿气出盖设置为镶嵌式的结构，方便进行更换和维护，且具有方形的安装法兰，方便拆装和密封；因两盖的体积较小，第二密封槽和第二密封圈都设置为圆形；第二密封槽和第二密封圈的设置防止了增湿气的泄漏。

进一步的，腔体、膜管、第二密封圈和增湿气的出入端盖构成增湿气侧，含有水分的增湿气从入口进入，在分流槽内沿膜管的表面流向出口处，由出口处流出；腔体、第一密封圈和干空气端盖、湿空气端盖构成干空气侧，干空气从干空气端盖入口进入膜管内部，通过膜管的内径通孔流向相对应的另一侧出口，由出口进入燃料电池。

作为优选，所述干空气端盖的干空气入口和所述湿空气端盖的湿空气出口都位于端盖的顶部；所述干空气端盖和所述湿空气端盖的外端面都从上到下呈向所述腔体倾斜的的倾斜面。

干空气进入干空气端盖后，撞向倾斜的外断面，经过反弹之后被分流而进入腔体内部，并顺利进入各个膜管，减少了干空气对膜管端面及封装面的冲击和扰流的大小，干空气的流动更顺畅；而在干空气接受水气而变成湿空气进入到湿空气端盖时，倾斜的湿空气端盖的外端面又将空气向上引导和汇集，减少了扰流和随之而来的损耗。

作为优选，所述腔体的干空气入口端和湿空气出口端各有两道封装槽。

膜管封装端面进行两次封装，进入腔体的湿空气对膜管的冲击减小，膜增湿不会与密封胶脱落，增大了湿空气与膜管束的接触面积及膜管束的强度。

作为优选，所述增湿气入口端和所述增湿气出口端都设置在膜增湿器的干空气两端沿膜管长度方向的横截面中心线所在位置。

作为优选，所述膜增湿器的干空气端盖可以与中冷器进行集成，干空气入口端盖与中冷外壳做成一体，干空气通过中冷器直接进入膜增湿器。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过改变干空气端盖的形状，减少了干空气对膜管端面及封装面的冲击，降低空气的阻力，通过增大腔体内增湿气的分流槽，减少增湿气对膜管的冲击，降低增湿气的阻力，增大了增湿气与膜管的接触面积，提高了增湿性能。

2、分流槽与腔体干空气侧封装面有一定安全距离，增加膜管的封装强度，延长使用寿命。

3、增湿气的出入盖盖使用镶件式结构，部品损坏便于更换。

4、膜增湿器可以与中冷器进行集成，减小了燃料电池系统的体积。

附图说明

图1为本实用新型膜增湿器的整体示意图；

图2为另一角度下本实用新型膜增湿器的整体示意图；

图3为本实用新型膜增湿器分解示意图；

图4为本实用新型膜增湿器剖面示意图；

图5为本实用新型膜增湿器腔体分流槽截面示意图；

图6为现有技术中使用的膜增湿器的剖面示意图。

图中：11-腔体，12-干空气端盖，13-膜管束，a-干燥空气入口，b-增湿后空气出口；110-腔体，111-分流槽，121-干空气端盖，122-湿空气端盖，130-中空纤维膜管束，141-增湿气入盖，142-增湿气出盖，150-第一密封圈,160-第二密封圈。

具体实施方式

下面结合附图以及优选的方案对本实用新型做进一步详细的说明。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例：如图1-5所示，一种车用燃料电池发动机系统用膜增湿器，包括腔体110、设于腔体内的中空纤维膜管束130、分别安装于腔体前后两侧的干空气端盖121和湿空气端盖122、同向或异向安装于腔体上端或者下端的接近湿空气端盖的增湿气入盖141和接近干空气端盖的增湿气出盖142；腔体包括供安装中空纤维膜管束用的主腔、配合干空气端盖安装的干空气入口端、配合湿空气端盖安装的湿空气出口端、配合增湿气入盖安装的增湿气入口端、配合增湿气出盖安装的增湿气出口端。

腔体上设有引导增湿气的分流槽111，分流槽与中空纤维膜管束的两端具有一定间距。

干空气入口端和湿空气出口端设有第一密封槽，第一密封槽内设有形状适应的第一密封圈150。增湿气入口端和增湿气出口端设有第二密封槽，第二密封槽内设有形状适应的第二密封圈160。

干空气端盖的干空气入口和湿空气端盖的湿空气出口都位于端盖的顶部；干空气端盖和湿空气端盖的外端面都从上到下呈向腔体倾斜的的倾斜面。

腔体的干空气入口端和湿空气出口端各有两道封装槽。

增湿气入口端和增湿气出口端都设置在膜增湿器的干空气两端沿膜管长度方向的横截面中心线所在位置。

本实用新型膜增湿器能与中冷器进行集成，根据膜增湿器的干空气端盖的形状与中冷器壳体的形状融合一起，中冷器与膜增湿器能够达到有效的集成，减少燃料电池系统装配的空间。