一种燃料电池系统及其膜增湿器的制作方法

本发明属于燃料电池，具体涉及一种燃料电池系统及其膜增湿器。

背景技术：

1、氢能汽车是以氢作为能源的汽车。氢能汽车包括氢燃料电池车。在氢燃料电池车中，氢气与空气中的氧在燃料电池电推中反应，产生电力推动电动机，电动机再推动车辆。

2、氢气和空气进入燃料电池电堆反应之前，常需要加热加湿。对于电堆阳极入口氢气的加热加湿，一般是通过氢循环泵将电堆阳极出口的高温高湿氢气打循环，与电堆阳极入口的氢气混合。对于电堆阴极入口空气的加热加湿，一般是通过膜增湿器将电堆阴极出口的高温高湿空气与电堆阴极入口的空气进行热湿交换。

3、随着氢燃料电池车的发展，要求燃料电池电堆的结构简单，而现有的氢气和空气的加热加湿方式较为复杂。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种燃料电池系统及其膜增湿器。该燃料电池系统及其膜增湿器能够实现同步对入口氢气和空气进行增湿及加热，结构较为简单，简化了燃料电池系统的整体结构。

2、本发明采用的技术方案如下。

3、第一方面，提供了一种燃料电池系统的膜增湿器，所述燃料电池系统的膜增湿器包括腔体、两个端盖和两个膜管束，

4、所述两个端盖分别安装在所述腔体的两端，所述两个膜管束均布置在所述腔体中，

5、所述腔体上设有两个湿热流体口，

6、所述两个端盖上均设有上干气口和下干气口，

7、一个膜管束中各膜管的两端分别与所述两个端盖上的上干气口连通，另一个膜管束中各膜管的两端分别与所述两个端盖上的下干气口连通。

8、可选地，所述两个端盖分别与所述腔体的两端可拆卸密封连接。

9、可选地，所述端盖与所述腔体之间设有端板，所述端板卡设于所述腔体，所述端板上设有多个通孔，所述通孔与所述两个膜管束中膜管相配合，

10、所述端盖包括盖体，所述盖体上设有所述上干气口和所述下干气口，所述上干气口和所述下干气口之间布置有隔板，所述隔板卡设在所述盖体与所述端板之间。

11、第二方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池电堆和膜增湿器，

12、所述燃料电池电堆包括电堆本体，所述电堆本体上设有阳极、阴极和冷却水流道，

13、所述膜增湿器为前述燃料电池系统的膜增湿器，

14、一个端盖上的上干气口和下干气口分别与氢源和空气源连通，另一个端盖上的上干气口和下干气口分别与所述阳极的进口和所述阴极的进口连通，

15、所述冷却水流道的出口与一个湿热流体口连通，所述冷却水流道的进口与另一个湿热流体口连通。

16、可选地，所述冷却水流道的进口通过冷却水管线与另一个湿热流体口连通；

17、所述燃料电池系统还包括水箱和水泵，

18、所述水箱与所述冷却水管线连通，所述水泵布置在所述冷却水管线上。

19、可选地，在所述燃料电池系统中，所述水箱的安装高度最高。

20、可选地，所述水箱上设有液位传感器，

21、所述液位传感器用于，检测所述水箱的水位，得到水位信息；

22、相应地，所述燃料电池系统还包括控制模块，

23、所述控制模块用于，根据所述液位传感器得到的水位信息，确定所述水箱是否需要补水。

24、可选地，所述燃料电池系统还包括两个分水器，

25、一个分水器与所述阳极的出口连通，另一个分水器与所述阴极的出口连通，

26、两个所述分水器的出水口均与所述水箱连通。

27、可选地，所述分水器的出水口通过排水器与所述水箱连通。

28、可选地，所述燃料电池系统还包括散热器，

29、所述散热器布置在所述冷却水管线上，所述散热器位于所述冷却水流道的进口与所述水泵之间。

30、本发明的效果在于：通过提供一种燃料电池系统的膜增湿器，该膜增湿器包括腔体、两个端盖和两个膜管束，两个端盖分别安装在腔体的两端，两个膜管束均布置在腔体中，腔体上设有两个湿热流体口；湿热流体，如燃料电池系统中从燃料电池电堆流出的湿热冷却水，可以从一个湿热流体口进入到腔体内流动，再从另一个湿热流体口流出；两个端盖上均设有上干气口和下干气口，一个膜管束中各膜管的两端分别与两个端盖上的上干气口连通，另一个膜管束中各膜管的两端分别与两个端盖上的下干气口连通；干气，如燃料电池系统中进入燃料电池电堆反应的氢气和空气，可以分别从一个端盖的上干气口和下干气口进入到相应膜管束各膜管中，再分别从另一个端盖的上干气口和下干气口流出至燃料电池电堆；由于膜管束布置在腔体中，腔体内的湿热冷却水将在各膜管之间的间隙、及膜管与腔体之间的间隙中流动；膜管由高分子材料制成，只允许水分子透过，气体不能透过膜管，这样，膜管内的干气进行了加湿；并且，膜管可以进行热量交换，高温冷却水透过膜管将热量传递给干气，这样，膜管内的干气进行了加热，实现了干气的加热加湿；该膜加湿器不使用氢循环泵或其他外置增湿装置，不产生电力消耗，提高了燃料电池系统效率；该膜加湿器实现同步对入口氢气和空气进行增湿及加热，结构较为简单，这将简化燃料电池系统的整体结构，使采用该膜增湿器的燃料电池系统适用简单高效的应用场景。

技术特征：

1.一种燃料电池系统的膜增湿器，其特征在于，所述燃料电池系统的膜增湿器包括腔体(81)、两个端盖(82)和两个膜管束(83)，

2.如权利要求1所述的燃料电池系统的膜增湿器，其特征在于，所述两个端盖(82)分别与所述腔体(81)的两端可拆卸密封连接。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统的膜增湿器，其特征在于，所述端盖(82)与所述腔体(81)之间设有端板(84)，所述端板(84)上设有多个通孔，所述通孔与所述两个膜管束(83)中膜管(831)相配合，

4.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括燃料电池电堆(6)和膜增湿器(8)，

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冷却水流道(63)的进口通过冷却水管线(631)与另一个湿热流体口(811)连通；

6.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述燃料电池系统中，所述水箱(1)的安装高度最高。

7.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述水箱(1)上设有液位传感器(11)，

8.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括两个分水器(9)，

9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述分水器(9)的出水口通过排水器(17)与所述水箱(1)连通。

10.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括散热器(3)，

技术总结
本发明涉及一种燃料电池系统及其膜增湿器。该膜增湿器包括腔体、两个端盖和两个膜管束，两个端盖分别安装在腔体的两端，两个膜管束均布置在腔体中，腔体上设有两个湿热流体口，两个端盖上均设有上干气口和下干气口，一个膜管束中各膜管的两端分别与两个端盖上的上干气口连通，另一个膜管束中各膜管的两端分别与两个端盖上的下干气口连通。燃料电池系统中从燃料电池电堆流出的湿热冷却水，可从一个湿热流体口进入到腔体内流动，再从另一个湿热流体口流出；燃料电池系统中进入燃料电池电堆反应的氢气和空气，可分别从一个端盖的上干气口和下干气口进入到相应膜管束各膜管中，再分别从另一个端盖的上干气口和下干气口流出；实现了干气的加热加湿。

技术研发人员：许昆,谭明波,沈海林
受保护的技术使用者：武汉中极氢能产业创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15