一种基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有超声雾化增湿系统存在水源不够、冬季结冰、水雾相变的问题。该系统包括电堆、中冷器、涡轮空压机、增湿器、消音器、水泵、储水罐、分水件、尾排节气门。增湿器内设置有若干个交错式布置的电热翅片，在每一电热翅片上方设置一工作状态可控的小流量雾化喷头，以使电热翅片为小流量雾化喷头生成的大液滴及液态水提供额外的能量进行气化。电堆的空气入口依次经中冷器、增湿器后接涡轮空压机的压轮腔输出端，其空气尾气出口依次经尾排节气门、空压机的涡轮腔、消音器后接分水件的输入端。分水件的出水端依次经储水罐、水泵接各小流量雾化喷头的供水端。水端。水端。

【技术实现步骤摘要】
一种基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统。

技术介绍

[0002]目前，燃料电池发动机的应用场景逐渐拓展，包括轮船、潜水器、无人机、列车、汽车等。乘用车和商用车是燃料电池发动机应用的主流。由于电堆性能和耐久性等特性的需求，入堆空气必须为具有一定湿度的空气。
[0003]目前，燃料电池常用的空气增湿方案包括膜管增湿、鼓泡增湿、喷雾增湿等。喷雾增湿方案因其具有高可靠性、喷水量高度可调性、响应速度快等优点备受关注。但在车载应用场景中，现有喷雾增湿方案存在以下缺点：首先是水源不足，车载燃料电池发动机冷却液为专用防冻液，无法成为喷雾增湿的水源，涡轮之后的空气温度比较高，相变产生的液态水较少，不足以满足喷雾增湿的水量需求；其次是冬季储水罐低温结冰问题，车辆在冬天运行后关机，储水罐中的水会结冰，下次开机无法及时加湿；最后是喷头喷射的水雾无法完全气化加湿空气，仍会有一部分以大液滴乃至液态水进入电堆，从而对电堆造成损害，无法实现有效增湿。
[0004]申请号202110998197.2的中国专利公开的喷淋增湿器虽然提出了翅片换热辅助增湿的构想，但其结构复杂，体积巨大，只适合于燃料电池测试台的应用场景，不适合车载等对集成度和小型化要求较高的应用场景中。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，用以解决现有超声雾化增湿系统存在水源不够、冬季结冰、水雾相变的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，包括电堆、中冷器、涡轮空压机、增湿器、消音器、水泵、储水罐、分水件，以及尾排节气门；其中，
[0007]增湿器内的增湿腔设置有若干个交错式布置的电热翅片，在每一电热翅片上方设置一工作状态可控的小流量雾化喷头(流量为2～6L/h)，以使电热翅片为小流量雾化喷头生成的大液滴及液态水提供额外的能量进行气化；
[0008]电堆的空气入口依次经中冷器、增湿器后接涡轮空压机的压轮腔输出端，其空气尾气出口依次经尾排节气门、空压机的涡轮腔、消音器后接分水件的输入端；分水件的出气端连通外部大气以排气，其出水端依次经储水罐、水泵接各小流量雾化喷头的供水端。
[0009]上述技术方案的有益效果如下：分水件置于消音器之后，空气经过涡轮腔和消音器温度更低，更有利于收集较低温度下空气中的液态水。电热翅片为交错式结构，在每个翅片板上方布置一个小流量雾化喷头，电热翅片为液态水提供额外的气化能量；降温后的湿空气经过中冷器换热被加热到进堆的指定温度，有利于电堆性能及耐久性等特性的发挥。
[0010]基于上述系统的进一步改进，增湿器采用方波式折线形腔体结构，其进一步包括
依次连通的第一增湿腔、第二增湿腔、补热腔；其中，
[0011]第一增湿腔、第二增湿腔的中部均为内部设有电热翅片的直线型腔体结构，二者布置呈左右对称；并且，在第一增湿腔、第二增湿腔的中部，小流量雾化喷头均匀地分散在对应电热翅片的顶部；
[0012]补热腔采用U型结构腔体；在该U型结构腔体的靠近第二增湿腔的部位设有电热翅片，但无小流量雾化喷头；在该U型结构腔体的下方形成了排液腔，该排液腔配备有第一液位传感器以及第一排水阀；在该U型结构腔体的远离第二增湿腔的顶部部位设有空气出口。
[0013]进一步，该空侧喷雾增湿系统还包括：
[0014]气体温度传感器，设于增湿器内补热腔前端空气入口处，用于获取湿空气的温度，发送至增湿控制器；
[0015]增湿控制器，用于接收气体温度传感器数据，并根据气体温度传感器数据与入堆需求空气温度的差值调控补热腔中电热翅片的功率，以保证该处的电热翅片为小流量雾化喷头生成的大液滴及液态水提供足够的气化能量。
[0016]进一步，在增湿器内部，补热腔的空气出口前端设有缩径处理的截流口，该截流口的尺寸使得液态水在该截流口处发生碰壁并在重力的作用下集中于排液腔中；并且，
[0017]增湿控制器，还用于监测排液腔配备的第一液位传感器的数据，在该数据超过设定值时，启动排液腔配备的第一排水阀，以使排液腔内始终处于设定液位。
[0018]进一步，储水罐配备有水套和电加热装置；其中，
[0019]水套安装在储水罐的内壁上，水套内的水为燃料电池防冻液，用于通过电堆余热为储水罐提供预热功能；
[0020]电加热装置的加热端也设于储水罐的内壁上，用于在冬季运行状态下，所述电加热装置自启动，用于作为水套预热功能的辅助，与水套共同为储水罐内的冰加热。
[0021]进一步，储水罐配备有第二液位传感器、液体温度传感器和第二排水阀；并且，
[0022]第二液位传感器布设于储水罐内，用于获取储水罐内液位高度；
[0023]液体温度传感器布设于储水罐内，用于获取储水罐内液体温度；
[0024]第二排水阀安装于储水罐底部；
[0025]增湿控制器，还用于在接收到燃料电池的启动指令后，先启动水套和电加热装置为储水罐预热；以及，在预热过程中监测到液体温度传感器数据达到设定值，启动增湿器内小流量雾化喷头和电热翅片，以及涡轮空压机、消音器、水泵、尾排节气门，并向燃料电池控制器发出启动其氢侧支路的指令，直到燃料电池启动成功；以及，在接收到燃料电池的关机指令后，关闭增湿器内小流量雾化喷头和电热翅片，以及涡轮空压机，并启动第一排水阀、第二排水阀进行排水；以及，根据第二液位传感器数据识别储水罐内只存留够下次燃料电池开机所需水量时，关闭第二排水阀、消音器、水泵和尾排节气门。
[0026]进一步，增湿腔配备的第一排水阀，还用于每次燃料电池关机时，该排水阀自启动，以将增湿腔内液态水排空。
[0027]进一步，该空侧喷雾增湿系统还包括：
[0028]空气过滤器，设于涡轮空压机的空气入口前端；
[0029]流量计，设于空气过滤器、涡轮空压机之间，用于获取进入空压机的气体流量。
[0030]进一步，补热腔内的电热翅片与第二增湿腔内的电热翅片呈左右对称；并且，第一
增湿腔、第二增湿腔、补热腔内电热翅片的启动数量独立且可调：并且，
[0031]增湿控制器，还用于在燃料电池运行过程中，根据燃料电池的输出功率，调整第一增湿腔、第二增湿腔、补热腔内电热翅片的启动数量，以及第一增湿腔、第二增湿腔内小流量雾化喷头的启动数量和功率，使得入堆空气的湿度、温度达到设定范围。
[0032]进一步，冬季使用时，增湿控制器执行如下程序以完成入堆空气湿度调控功能：
[0033]接收到燃料电池发出的启动指令后，先启动水套和电加热装置为储水罐预热；
[0034]通过液体温度传感器识别储水罐内液体温度达到设定温度后，启动水泵、小流量雾化喷头；
[0035]监测到增湿腔内第一液位传感器数据达到设定水位后，向燃料电池控制器发出启动燃料电池氢侧支路的指令，并启动电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，其特征在于，包括电堆、中冷器、涡轮空压机、增湿器、消音器、水泵、储水罐、分水件，以及尾排节气门；其中，增湿器内的增湿腔设置有若干个交错式布置的电热翅片，在每一电热翅片上方设置一工作状态可控的小流量雾化喷头，以使电热翅片为小流量雾化喷头生成的大液滴及液态水提供额外的能量进行气化；电堆的空气入口依次经中冷器、增湿器后接涡轮空压机的压轮腔输出端，其空气尾气出口依次经尾排节气门、空压机的涡轮腔、消音器后接分水件的输入端；分水件的出气端连通外部大气以排气，其出水端依次经储水罐、水泵接各小流量雾化喷头的供水端。2.根据权利要求1所述的基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，其特征在于，增湿器采用方波式折线形腔体结构，其进一步包括依次连通的第一增湿腔、第二增湿腔、补热腔；其中，第一增湿腔、第二增湿腔的中部均为内部设有电热翅片的直线型腔体结构，二者布置呈左右对称；并且，在第一增湿腔、第二增湿腔的中部，小流量雾化喷头均匀地分散在对应电热翅片的顶部；补热腔采用U型结构腔体；在该U型结构腔体的靠近第二增湿腔的部位设有电热翅片，但无小流量雾化喷头；在该U型结构腔体的下方形成了排液腔，该排液腔配备有第一液位传感器以及第一排水阀；在该U型结构腔体的远离第二增湿腔的顶部部位设有空气出口。3.根据权利要求2所述的基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，其特征在于，还包括：气体温度传感器，设于增湿器内补热腔前端空气入口处，用于获取湿空气的温度，发送至增湿控制器；增湿控制器，用于接收气体温度传感器数据，并根据气体温度传感器数据与入堆需求空气温度的差值调控补热腔中电热翅片的功率，以保证该处的电热翅片为小流量雾化喷头生成的大液滴及液态水提供足够的气化能量。4.根据权利要求3所述的基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，其特征在于，在增湿器内部，补热腔的空气出口前端设有缩径处理的截流口，该截流口的尺寸使得液态水在该截流口处发生碰壁并在重力的作用下集中于排液腔中；并且，增湿控制器，还用于监测排液腔配备的第一液位传感器的数据，在该数据超过设定值时，启动排液腔配备的第一排水阀，以使排液腔内始终处于设定液位。5.根据权利要求4所述的基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，其特征在于，储水罐配备有水套和电加热装置；其中，水套安装在储水罐的内壁上，水套内的水为燃料电池防冻液，用于通过电堆余热为储水罐提供预热功能；电加热装置的加热端也设于储水罐的内壁上，用于在冬季运行状态下，所述电加热装置自启动，用于作为水套预热功能的辅助，与水套共同为储水罐内的冰加热。6.根据权利要求5所述的基于翅片辅助增湿的空侧喷雾增湿系统，其特征在于，储水罐还配备有第二液位传感器、液体温度传感器和第二排水阀；其中，第二液位传感器布设于储水罐内，用于获取储水罐内液位高度；液体温度传感器布设于储...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，方川，李文文，司宗正，渠海洋，李飞强，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：