一种集成有汽水分离器的燃料电池加湿器的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池系统领域，具体为一种集成有汽水分离器的燃料电池加湿器。


背景技术：

2.燃料电池作为一种清洁环保高效的能量转换装置，随着燃料电池技术的逐渐成熟，越来越受到各个国家的重视，尤其在我国获得飞速发展，其应用范围也越来越广。在燃料电池中，加湿器是作为燃料电池电堆维持一定的湿度的重要零部件，其加湿气体来自于燃料电池电堆的排放气体，被加湿气体来自于空压机。加湿器需要利用电堆排放的湿气对进堆的空气进行增湿，以满足电堆高效工作所需要的湿度环境。在电堆不同的工作区间，电堆进气和排气的流量、温度，压力都在变化，进堆气体即加湿器湿出气体的湿度不仅仅取决于加湿器的工作效率和进堆气体温度及压力，还取决于来自电堆产生的加湿气体即加湿器湿进气体的湿度。加湿器对加湿气体的理想湿度要求为饱和气体即相对湿度达到100%，越接近越好，然而加湿气体在不同的工作区间在直接进入加湿器湿气入口时的湿度并不相同，通常达不到理想湿度状态。
3.此外，加湿气体进入加湿器完成加湿后，形成废气排出，但是在某些工作区间，废气的湿度依然比较大，这样带来两个问题：（1）容易在加湿器内形成积水，（2）对于用大功率燃料电池系统的车辆而言，其尾气有能量回收的需求，湿度大的废气如果过饱和容易形成液态水而进入能量回收器对其会造成负面影响。
4.因此，本领域的技术人员致力于开发一种集成有汽水分离器的燃料电池加湿器，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种集成有汽水分离器的燃料电池加湿器，通过在湿气进口和湿气出口处设置汽水分离器，提高加湿器的加湿量，降低加湿器中的积液，解决背景技术中的问题。
6.为了解决上述问题，本实用新型提供一种集成有汽水分离器的燃料电池加湿器，至少包括加湿器本体、第一汽水分离器和第二汽水分离器，其中，所述加湿器本体与传统加湿器结构相同，在所述加湿器本体上分别设置有湿气进口和湿气出口，所述第一汽水分离器与所述湿气进口集成，所述第二汽水分离器与所述湿气出口集成，湿气在所述湿气进口处先流经所述第一汽水分离器，随后进入加湿器本体内的水汽交换管束，最后经过所述第二汽水分离器后排出。
7.进一步的，所述第一汽水分离器外部为管式结构，在管式结构内部设置有若干节流板，所述节流板上设置有若干节流孔或节流缝。
8.进一步的，所述第一汽水分离器的管式结构与所述加湿器本体连接的部分设置有流体出口，流经所述第一汽水分离器的流体通过该流体出口进入所述加湿器本体。
9.进一步的，第一汽水分离器的压降介于2
‑
20kpa之间。
10.进一步的，所述第二汽水分离器外部设置为漏斗状结构，在漏斗状结构内部设置若干导流叶片，使得进入所述第二汽水分离器的流体形成涡流，在漏斗状结构最底部设置有排液口，汽水分离后的液体经过所述排液口排出。
11.进一步的，在所述第二汽水分离器的漏斗状结构的筒状部分设置有排气管，所述排气管为管状结构，其管状结构的气体入口端位于所述第二汽水分离器内部，且其气体入口端位于所述导流叶片上方，气体出口延伸至所述第二汽水分离器外部，经过所述导流叶片形成的气体涡旋经过所述排气管排出。
12.进一步的，所述排气管的气体入口端设置有阻液网，防止经过所述导流叶片后的流体中液体进入所述排气管。
13.进一步的，所述第二汽水分离器的压降介于0.5
‑
15kpa之间。
14.通过实施上述本实用新型提供的集成有汽水分离器的燃料电池加湿器，具有如下技术效果：
15.（1）本技术方案通过在加湿器的湿气进口（或汽水混合物进口）处集成第一汽水分离器，可以对流入加湿器的气体进行降温、降压，增加流入加湿器的加湿气体湿度，由于加湿器的对气体加湿依靠浓差传递原理，通过增加流入湿气的湿度，在相同加湿管束的条件下，可以显著提高加湿器的加湿量，提高加湿后气体即进堆气体的含湿量以及湿度；
16.（2）本技术方案通过在加湿器的湿气出口处集成第二汽水分离器，可以对流出加湿器的湿气进行汽水分离，分离为湿气和液态水，湿气可以流至燃料电池系统后端膨胀机或尾排系统，液态水可以流至液体收集装置等，避免额外增加第二汽水分离器，降低系统集成度，减少成本；
17.（3）本技术方案经过加湿器后产生的废气经过第二汽水分离器迅速除水，可以避免液态水在加湿器中的积液，可以避免加湿器增设排水装置。
附图说明
18.以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果：
19.图1是本实用新型实施例中集成汽水分离器的燃料电池示意图；
20.图2是图1中第一汽水分离器结构示意图；
21.图3是图2中节流板设置节流孔结构示意图；
22.图4是图2中节流板设置节流缝结构示意图；
23.图5是图1中第二汽水分离器结构示意图；
24.图中：
25.1、加湿器本体；10、湿气进口；11、湿气出口；12、干气进口；13、干气出口；14、水汽交换管束；
26.2、第一汽水分离器；20、节流板；21、节流孔；22、节流缝；
27.3、第二汽水分离器；30、导流叶片；31、排液口；32、排气管；33、阻液网。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
29.下面采用实施例详细描述本实用新型的技术方案。
30.如图1所示，本实施例提供一种集成有汽水分离器的燃料电池加湿器，至少包括加湿器本体1、第一汽水分离器2和第二汽水分离器3，其中，加湿器本体1与传统加湿器结构相同，在加湿器本体1上分别设置有湿气进口10、湿气出口11、干气进口12和干气出口13,，在加湿器本体1内部设置有水汽交换管束14进行水汽交换，如图所示，第一汽水分离器2与湿气进口10集成，第二汽水分离器3与湿气出口11集成，湿气在湿气进口10处进入加湿器先流经第一汽水分离器2，随后进入加湿器本体1内的水汽交换管束14，最后经过第二汽水分离器3进行汽水分离后排出。
31.基于上述结构进行进一步的说明：
32.如图2所示，第一汽水分离器外部为管式结构，管式结构的进口端为湿气进口10，管式结构的出口端与加湿器本体1连通，在管式结构内部设置有若干节流板20，节流板20上如图3
‑
4所示设置有若干节流孔21或节流缝22，节流孔21或节流缝22可单独设置，也可组合在一起使用；在管式结构的出口端设置有流体出口，流经第一汽水分离器2的流体通过该流体出口进入加湿器本体1。
33.通常来说，流体出口设置为1
‑
4个为宜，在该流体出口处，经过第一汽水分离器2的水汽混合物会全部进入加湿器本体1中。
34.在其他实施例中，第一汽水分离器2除了本实施例中采用的节流板20的结构之外，还可以采用离心式结构、旋流式结构或折流式结构等。
35.通常来说，第一汽水分离器的压降介于2
‑
20kpa之间为宜。
36.如图5所示，第二汽水分离器3外部设置为漏斗状结构，在漏斗状结构内部设置若干导流叶片30，使得进入第二汽水分离器3的流体形成涡流，在漏斗状结构最底部设置有排液口31，汽水分离后的液体经过排液口31排出；在第二汽水分离器的漏斗状结构的筒状部分设置有排气管32，排气管32为管状结构，其管状结构的气体入口端位于第二汽水分离器3内部，且其气体入口端位于导流叶片30上方，气体出口延伸至第二汽水分离器3外部，经过导流叶片30形成的气体涡旋经过排气管32排出，流经第二汽水分器3的流体被分为两种流体，一种为分离后的湿气流，一种为分离后的水流，两种流体不会再次混合，会分别流出。
37.排气管32的气体入口端设置有阻液网33，防止经过导流叶片30后的流体中液体进入排气管32。
38.第二汽水分离器3的压降介于0.5
‑
15kpa之间为宜。
39.需要补充说明的是，除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”“端”、“侧”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
40.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本技术旨在涵盖本实用新型的任何用途或者适应性变化，这些用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求书指出。
41.应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围的前提下进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求书来限制。