本发明专利技术公开了一种燃料电池系统用喷水式增湿装置及控制方法，其包括：流道管、沿空气流动方向依次间隔设置于流道管内的喷射部件和旋流部件；旋流部件包括沿空气流动方向延伸的加热体、沿轴向螺旋设置于加热体外周的旋流片；喷射部件包括具有喷射端的喷射基体，喷射基体设有喷射流路，喷射流路连通有第一出口流道和第二出口流道，第一出口流道和第二出口流道的出口结构均为旋流状且旋向相反，第二出口流道出口结构与旋流片的旋向相反，喷射流路内设置有压力阀结构，压力阀结构受控于喷射流路的压力而控制第一出口流道和第二出口流道通断。解决液态水滴残留及干湿气体混合不均匀的问题；提高冷启动、大功率及变工况时燃料电池系统工作效率。系统工作效率。系统工作效率。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统用喷水式增湿装置及控制方法
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池系统用喷水式增湿装置及控制方法。
技术介绍
[0002]燃料电池车是一种新能源车辆，其以燃料电池系统作为动力源，相比于传统燃油车具有能量转换效率高、无污染、能源可再生等多种优点。特别的对于氢燃料质子交换膜燃料电池汽车，其燃料为氢气与氧气，通过两种气体发生反应产生驱动车辆的能量。
[0003]质子交换膜燃料电池运行时电解质膜需要保持合适的含水量来维持较高的质子传导率，延长膜的使用寿命并提高电池工作效率。进入电堆的气体湿度不足会导致质子膜传导阻力增大，导致离子穿过膜的能耗增大，电池可利用能量下降；进入电堆的气体湿度过高会堵塞电堆内部气体流道，导致同一时间段内进入电堆反应区域的气体量减少，导致能量产生速率降低，从而降低电堆性能。因此需要对进入电堆入口的气体湿度进行控制。
[0004]目前增湿常采用外部增湿对进入电堆的气体进行加湿，常用的加湿方法有膜增湿器、轮焓增湿器、鼓泡增湿器、直接喷射。其中直接喷射通过喷射装置将水雾化为微小粒径液滴直接喷入干空气管道中，经蒸发相变与管道中的干空气混合从而将干空气加湿。直接喷射具有结构简单，成本低等优点，但其本身存在容易气化不完全液态水滴残留的问题以及干湿气体混合不均匀的问题，影响燃料电池输出性能，尤其是在冷启动、大负荷及工况变化时工作效率下降较明显。因此目前直接喷射方式仍存在一定局限性，有待于进一步发展。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于提供一种燃料电池系统用喷水式增湿装置及控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0006]为解决上述技术问题所采用的技术方案：
[0007]首先本专利技术提供一种燃料电池系统用喷水式增湿装置，其包括：流道管、沿空气流动方向依次间隔设置于流道管内的喷射部件和旋流部件；
[0008]所述旋流部件包括沿空气流动方向延伸的加热体、沿轴向螺旋设置于加热体外周的旋流片；
[0009]所述喷射部件包括具有朝向旋流部件一侧的喷射端的所述喷射基体，所述喷射基体设有喷射流路，所述喷射流路连通有位于喷射端的第一出口流道和第二出口流道，所述第一出口流道和第二出口流道的出口结构均为旋流状且旋向相反，所述第二出口流道出口结构与旋流片的旋向相反，所述喷射流路内设置有压力阀结构，所述压力阀结构受控于所述喷射流路的压力而控制所述第一出口流道和第二出口流道通断。
[0010]本燃料电池系统用喷水式增湿装置的有益效果是：在使用时，空气从流道管流过，加湿的水经喷射流路流入喷射基体内，压力阀结构根据喷射流路的水压，以切换喷射流路与第一出口流道、第二出口流道之间的通断，具体地，当水压高时，压力阀结构使得喷射流
路与第二出口流道连通，液体从第二出口流道的出口螺旋喷出，并且此时的旋流片的旋向与第二出口流道的出口结构旋向相反，液态水与干空气混合形成与旋流片反向的气液旋流，同时加热体进行加热，液滴与旋流片的高温壁面发生碰撞，使得液态水滴充分蒸发，增加水蒸气含量，提高混合气湿度，且在旋流片的作用下使得水蒸气与空气混合均匀，在大负荷工况下增强水蒸气的雾化，这样可满足加速工况和大负荷工况；当水压低时，压力阀结构使得喷射流路与第一出口流道连通，液体从第一出口流道的出口螺旋喷出，液态水与干空气混合形成与旋流片同向的气液旋流，可降低喷出的水蒸气到达旋流片时遇到的气流阻力，且在旋流片的作用下与空气充分混合，小负荷工况下降低流体阻力，加热体辅助加热干湿混合气，增强喷出水的蒸发效果，并通过旋流片使混合气混合均匀，助于电堆快速到达合适的工作温度，以实现在不同功率下改善燃料电池性能的目的。
[0011]当有液态水滴形成经过加热至高温的加热体和旋流片时，被高温蒸发，从而生成更多的水蒸气。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进，所述压力阀结构包括柱塞、弹性件，所述柱塞滑动安装于喷射流路内，所述弹性件作用于柱塞与喷射基体之间，所述弹性件用于给所述柱塞提供复位弹力以封堵所述第二出口流道的进口、使所述第一出口流道进口与所述喷射流路连通，所述柱塞用于受喷射流路的压力而移动压缩弹性件、以封堵所述第一出口流道的进口、使所述第二出口流道与所述喷射流路连通。
[0013]当水蒸气需求增加时，水压增大，柱塞被水推动往前移动，压缩弹性件，柱塞移动至封堵所述第一出口流道的进口，而令第二出口流道的进口与所述喷射流路连通，此时的液态水从第二出口流道喷出，与干空气混合形成与旋流片反向的气液旋流；而当水量需求降低时，水压降低，柱塞在弹性件的弹力下，柱塞往回移动至封堵所述第二出口流道的进口，而令所述第一出口流道的进口与所述喷射流路连通，液态水从第一出口流道喷出，与干空气混合形成与旋流片同向的气液旋流，进而实现了压力阀结构随喷射流路内部水压而实现自动切换的功能。
[0014]作为上述技术方案的进一步改进，所述柱塞滑动密封套设于喷射流路端部，所述柱塞设置有贯通两端的中心流道，所述第二出口流道的进口与第一出口流道的进口沿空气流动方向呈间隔设于喷射流路内壁，所述弹性件设置于喷射流路的内端与柱塞内端之间。
[0015]本实施例中的喷射流路通过中心流道与第一出口流道连通，具体地：在喷射流路中的水压降低至设定低值时，此时的柱塞在弹性件的弹力下，柱塞被往回推动至复位状态，此时的柱塞的内端也就是前端远离喷射流路的内端，使得柱塞前端与喷射流路的内端形成的空腔与第一出口流道连通，这样中心流道通过该空腔与第一出口流道连通，水依次流经喷射流路、中心流道、空腔和第一出口流道。而当喷射流路中的水压升至设定高值时，柱塞被水推动往前移动，压缩弹性件，柱塞的前端越过第一出口流道的进口，而柱塞的周壁封堵第一出口流道的进口，而柱塞的后端也越过第二出口流道的进口，此时的喷射流路与第二出口流道连通。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进，在所述喷射流路内端设置有台阶凹槽，而在所述柱塞的内端设置有与台阶凹槽滑动匹配的台阶凸起，所述台阶凸起伸入所述台阶凹槽而封堵所述第一出口流道的进口，所述弹性件设置于台阶凹槽内。
[0017]台阶凹槽一来可对弹性件起到限位安装的作用，弹性件一般采用弹簧结构，二来
使得柱塞的前后两端面的面积形成差异，随着水压增加，而面积差异而产生压力差会克服弹性件的弹力，弹性件被压缩。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进，所述第一出口流道和第二出口流道均设置有多个出口结构，每个出口流道上的多个出口结构呈环形间隔设置，多个出口结构可提高喷水量。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进，所述加热体沿轴向间隔设置有两个固定件，两个固定件分别为正、负电极，所述加热体通过两个固定件悬架于流道管内，其中加热体与流道管同轴设置。并且两个固定件与流道管接触位置有绝缘材料保护，防止导电。
[0020]作为上述技术方案的进一步改进，所述喷射基体的顶部通过固定体与流道管连接。喷射基体与加热体也同轴设置。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统用喷水式增湿装置，其特征在于：其包括：流道管(100)、沿空气流动方向依次间隔设置于流道管(100)内的喷射部件(200)和旋流部件(300)；所述旋流部件(300)包括沿空气流动方向延伸的加热体(310)、沿轴向螺旋设置于加热体(310)外周的旋流片(320)；所述喷射部件(200)包括具有朝向旋流部件(300)一侧的喷射端的所述喷射基体(210)，所述喷射基体(210)设有喷射流路(211)，所述喷射流路(211)连通有位于喷射端的第一出口流道(212)和第二出口流道(213)，所述第一出口流道(212)和第二出口流道(213)的出口结构均为旋流状且旋向相反，所述第二出口流道(213)出口结构与旋流片(320)的旋向相反，所述喷射流路(211)内设置有压力阀结构(400)，所述压力阀结构(400)受控于所述喷射流路(211)的压力而控制所述第一出口流道(212)和第二出口流道(213)通断。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用喷水式增湿装置，其特征在于：所述压力阀结构(400)包括柱塞(410)、弹性件(420)，所述柱塞(410)滑动安装于喷射流路(211)内，所述弹性件(420)作用于柱塞(410)与喷射基体(210)之间，所述弹性件(420)用于给所述柱塞(410)提供复位弹力以封堵所述第二出口流道(213)的进口、使所述第一出口流道(212)进口与所述喷射流路(211)连通，所述柱塞(410)用于受喷射流路(211)的压力而移动压缩弹性件(420)、以封堵所述第一出口流道(212)的进口、使所述第二出口流道(213)与所述喷射流路(211)连通。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统用喷水式增湿装置，其特征在于：所述柱塞(410)滑动密封套设于喷射流路(211)端部，所述柱塞(410)设置有贯通两端的中心流道(411)，所述第二出口流道(213)的进口与第一出口流道(212)的进口沿空气流动方向呈间隔设于喷射流路(211)内壁，所述弹性件(420)设置于喷射流路(211)的内端与柱塞(410)内端之间。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池系统用喷水式增湿装置，其特征在于：在所述喷射流路(211)内端设置有台阶凹槽(214)，而在所述柱塞(410)的内端设置有与台阶凹槽(214)滑动匹配的台阶凸起(412)，所述台阶凸起(412)伸入所述台阶凹槽(214)而封堵所述第一出口流道(212)的进口，所述弹性件(420)设置于台阶凹槽(214)内。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用喷水式增湿装置，其特征在于：所述第一出口流道(212)和第二出口流道(213)均设置有多个出口结构，每个出口流道上的多个出口结构呈环形间隔设置。6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用喷水式增湿装置，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢炽华，李晨雨，李永超，郑灏，万劲星，刘志恩，周辉，
申请(专利权)人：佛山仙湖实验室，
类型：发明
国别省市：
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