燃料电池加湿器及燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及燃料电池加湿器及燃料电池系统。


背景技术：

2.在车用燃料电池的空气系统中，需要对进入电堆内参与反应的空气进行加湿，而电堆反应后排出的空气处于高温高湿状态，且具有较高的压力，为提高燃料电池系统的能量利用率，经堆反应后排出的空气会进入到加湿器内对待进入电堆内的干空气进行加湿，然后经加湿器排出后再进入到能量回收件内进行能量回收。
3.但是，在现有技术中需要额外设置气液分离器对从加湿器排出的湿气进行气液分离，如果不在加湿器上外接气液分离器的话，含有液态水的湿气会从加湿器的输出流道流向后端的能量回收件，而一旦能量回收件内进入液态水，会直接对能量回收件内部的涡轮部件造成不可逆的破坏，导致使用寿命减少。但是，外接气液分离器会增加系统总成体积和质量，降低系统体积功率密度和系统质量功率密度，增加系统成本。
4.因此，提供一种具有气液分离功能的燃料电池加湿器及燃料电池系统成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供燃料电池加湿器及燃料电池系统，以缓解现有技术中加湿器不具有气液分离功能的技术问题。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池加湿器，包括：
7.加湿器壳体，所述加湿器壳体的两端分别设有干入口和干出口，所述加湿器壳体内具有密封设置的加湿腔，所述加湿器壳体上设置有与所述加湿腔分别连通的湿入口和湿出口；
8.加湿芯体，所述加湿芯体设置于所述加湿腔内，且所述加湿芯体的两端分别与所述干入口和所述干出口连通；
9.气水分离膜，所述气水分离膜呈筒状围设在所述加湿芯体上，且所述气水分离膜的一端与所述加湿腔靠近所述湿出口的侧壁连接，以使湿气通过所述气水分离膜后从所述湿出口排出；
10.所述气水分离膜的底部开设有过水孔。
11.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述干入口和所述加湿腔之间设置有第一密封支撑件，所述干出口和所述加湿腔之间设置有第二密封支撑件；
12.所述加湿芯体为中空纤维膜管，所述中空纤维膜管的一端通过所述第一密封支撑件与所述干入口连通，另一端通过所述第二密封支撑件与所述干出口连通。
13.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，
上述燃料电池加湿器还包括导流环板；
14.所述气水分离膜的一端与所述第一密封支撑件连接；
15.所述导流环板的外缘与所述加湿腔的内壁连接，所述导流环板的内缘与所述气水分离膜远离所述第一密封支撑件的一端连接。
16.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述加湿腔包括相互连通的湿入腔和湿出腔；
17.所述湿入腔和所述湿出腔两者均设置在所述第一密封支撑件和所述第二密封支撑件之间，且所述湿出腔位于所述湿入腔和所述第一密封支撑件之间；
18.所述气水分离膜和所述导流环板两者均设置在所述湿出腔内。
19.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述湿出腔内设置有用于支撑所述气水分离膜的支架。
20.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述湿出腔的底部设置有排水口。
21.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述气水分离膜采用ptfe材质透气疏水膜。
22.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述加湿器壳体上开设有与所述干入口连通的干入腔以及与所述干出口连通的干出腔。
23.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述加湿器壳体上位于所述干入口和所述干出口设置有端盖，所述端盖与所述加湿器壳体形成与所述干入口连通的干入腔以及与所述干出口连通的干出腔。
24.第二方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池系统，包括系统框架和所述燃料电池加湿器；
25.所述燃料电池加湿器设置在所述系统框架上。
26.有益效果：
27.本实用新型提供了一种燃料电池加湿器，包括：加湿器壳体，加湿器壳体的两端分别设有干入口和干出口，加湿器壳体内具有密封设置的加湿腔，加湿器壳体上设置有与加湿腔分别连通的湿入口和湿出口；加湿芯体，加湿芯体设置于加湿腔内，且加湿芯体的两端分别与干入口和干出口连通；气水分离膜，气水分离膜呈筒状围设在加湿芯体上，且气水分离膜的一端与加湿腔靠近湿出口的侧壁连接，以使湿气通过气水分离膜后从湿出口排出；气水分离膜的底部开设有过水孔。
28.具体的，需要加湿的干空气可以从干入口进入到加湿芯体内，然后顺着加湿芯体从干出口排出并进入到电堆内；从电堆排出的湿气从湿入口进入到加湿腔内，然后湿气扩散在加湿芯体上，加湿芯体的膜管外壁吸收湿气中的水分后通过传质到达膜管内壁，干空气从加湿芯体内经过时带走膜管内壁上的水分，从而来给干空气进行加湿。另外，加湿腔内的湿气顺着加湿腔流动，湿气能够流入到筒状气水分离膜内，然后在气压的作用下，湿气中的气体能够穿过气水分离膜然后从湿出口排出，剩余的液体会向下流动，然后经气水分离膜底部的过水孔流到加湿腔内。通过这样的设置使得流向后续的能量回收件的气体中不含有液体，从而避免能量回收件的涡轮损坏。通过这样的设置，无需额外增设气液分离器，从而不会增加系统总成体积和质量，不会降低系统体积功率密度和系统质量功率密度，不会
增加系统成本。
29.本实用新型提供了一种燃料电池系统，包括系统框架和燃料电池加湿器；燃料电池加湿器设置在系统框架上。燃料电池系统与现有技术相比具有上述的优势，此处不再赘述。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本实用新型实施例提供的燃料电池加湿器的示意图；
32.图2为图1中a-a的剖视图。
33.图标：
34.100-加湿器壳体；101-第一密封支撑件；102-第二密封支撑件；103-干入口；104-湿出口；105-湿入口；106-干出口；107-排水口；110-干入腔；120-加湿腔；121-湿入腔；122-湿出腔；130-干出腔；
35.200-加湿芯体；
36.300-气水分离膜；310-过水孔；320-导流环板；
37.400-出气方向。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
40.此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据
具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
43.参见图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池加湿器，包括：加湿器壳体100，加湿器壳体100的两端分别设有干入口103和干出口106，加湿器壳体100内具有密封设置的加湿腔120，加湿器壳体100上设置有与加湿腔120分别连通的湿入口105和湿出口104；加湿芯体200，加湿芯体200设置于加湿腔120内，且加湿芯体200的两端分别与干入口103和干出口106连通；气水分离膜300，气水分离膜300呈筒状围设在加湿芯体200上，且气水分离膜300的一端与加湿腔120靠近湿出口104的侧壁连接，以使湿气通过气水分离膜300后从湿出口104排出；气水分离膜300的底部开设有过水孔310。
44.具体的，需要加湿的干空气可以从干入口103进入到加湿芯体200内，然后顺着加湿芯体200从干出口106排出并进入到电堆内；从电堆排出的湿气从湿入口105进入到加湿腔120内，然后湿气扩散在加湿芯体200上，加湿芯体200的膜管外壁吸收湿气中的水分后通过传质到达膜管内壁，干空气从加湿芯体200内经过时带走膜管内壁上的水分，从而来给干空气进行加湿。另外，加湿腔120内的湿气顺着加湿腔120流动，湿气能够流入到筒状气水分离膜300内，然后在气压的作用下，湿气中的气体能够沿出气方向400穿过气水分离膜300然后从湿出口104排出，剩余的液体会向下流动，然后经气水分离膜300底部的过水孔310流到加湿腔120内。通过这样的设置使得流向后续的能量回收件的气体中不含有液体，从而避免能量回收件的涡轮损坏。通过这样的设置，无需额外增设气液分离器，从而不会增加系统总成体积和质量，不会降低系统体积功率密度和系统质量功率密度，不会增加系统成本。
45.具体的，通过气水分离膜300对湿气进行气液分离处理，使得气体能够透过气水分离膜300，液体被分离出来。
46.还需要指出的是，在实际工作中，从加湿器的湿出口104排出的空气不含有液体，且处于高温状态，并具有较高的压力，因此经过能量回收件的涡轮时，能够驱动涡轮，从而实现能量回收，并且在涡轮转动过程中涡轮能够对气体能够进行压缩，因此涡轮不会出现损坏。
47.其中，在加湿器壳体100的底部开设有排水口107。
48.其中，加湿器壳体100上开设有与干入口103连通的干入腔110以及与干出口106连通的干出腔130。
49.或者，加湿器壳体100上位于干入口103和干出口106设置有端盖，端盖与加湿器壳体100形成与干入口103连通的干入腔110以及与干出口106连通的干出腔130。
50.参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，干入口103和加湿腔120之间设置有第一密封支撑件101，干出口106和加湿腔120之间设置有第二密封支撑件102；加湿芯体200为中空纤维膜管，中空纤维膜管的一端通过第一密封支撑件101与干入口103连通，另一端通过第二密封支撑件102与干出口106连通。
51.具体的，第一密封支撑件101、第二密封支撑件102和加湿器壳体100三者围成加湿腔120。
52.具体的，通过第一密封支撑件101和第二密封支撑件102支撑加湿芯体200，并且通过第一密封支撑件101和第二密封支撑件102两者将加湿腔120与干入腔110和干出腔130两者分隔开，避免湿气直接进入到干入腔110或者干出腔130内。
53.参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，燃料电池加湿器还包括导流环板320；气水分离膜300的一端与第一密封支撑件101连接；导流环板320的外缘与加湿腔120的内壁连接，导流环板320的内缘与气水分离膜300远离第一密封支撑件101的一端连接。
54.具体的，导流环板320的内缘与气水分离膜300远离第一密封支撑件101的一端连接，外缘与加湿腔120的内壁连接，通过导流环板320的设置，将气水分离膜300与加湿腔120之间的缝隙封堵住，避免湿气直接从气水分离膜300与加湿腔120之间的缝隙流向湿出口104。
55.参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，加湿腔120包括湿入腔121和湿出腔122；湿出腔122位于湿入腔121和第一密封支撑件101之间。
56.具体的，将加湿器包括湿入腔121和湿出腔122两者，湿气从湿入口105进入到湿入腔121然后流动至湿出腔122，并经过气水分离膜300分离后从湿出口104排出。
57.本实施例的可选方案中，气水分离膜300的一端与第一密封支撑件101连接，另一端与湿出腔122的内壁连接，以通过气水分离膜300将湿出口104与加湿芯体200分隔开。
58.具体的，气水分离膜300的一端与第一密封支撑件101连接，另一端与湿出腔122连接，通过这样的设置，使得气水分离膜300将湿出口104与加湿芯体200分隔开，从而使得想要排出的湿气均需要通过气水分离膜300。
59.本实施例的可选方案中，湿出腔122内设置有用于支撑气水分离膜300的支架。
60.具体的，在湿出腔122内设置有支架，通过支架对气水分离膜300进行支撑，避免气水分离膜300直接罩设在加湿芯体200上，而且通过支架的支撑，能够固定气水分离膜300的位置。
61.本实施例的可选方案中，气水分离膜300采用ptfe材质透气疏水膜。
62.具体的，气水分离膜300可以采用ptfe(poly tetra fluoro ethylene ptfe，聚四氟乙烯)材质透气疏水膜，气水分离膜300朝向加湿芯体200的一侧只能通过气体，液体无法通过。
63.另外，本领域技术人员还可以根据实际需求自行选择气水分离膜300的材质，在此不再进行赘述。
64.本实施例提供了一种燃料电池系统，包括系统框架和燃料电池加湿器；燃料电池加湿器设置在系统框架上。
65.具体的，本实施例提供的燃料电池系统与现有技术相比具有上述燃料电池加湿器的优势，在此不再进行赘述。
66.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。