一种强化增湿流道、平板膜增湿器及燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种强化增湿流道、平板膜增湿器及燃料电池系统，包括干流道、湿流道和加湿膜，干流道一侧设有干空气入口，另一侧设有干空气出口，用于使干空气在干流道内沿干流道延伸方向流动，湿流道一侧设有湿空气入口，另一侧设有湿空气出口，用于使湿空气在湿流道内沿湿流道延伸方向流动，干空气和湿空气流动方向相反，加湿膜设在干流道和湿流道之间，其中，在湿流道内靠近湿空气出口处布置多个间隔一定距离且沿湿空气流动方向高度逐渐增大的斜板，湿空气与斜板接触后向垂直且靠近加湿膜的方向流动。本发明专利技术对流场结构改变较小，压降损失小，能够大大改变气流法向方向速度分量，强化法向传输效果，制作简单，不增加成本。不增加成本。不增加成本。

【技术实现步骤摘要】
一种强化增湿流道、平板膜增湿器及燃料电池系统


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种强化增湿流道、平板膜增湿器及燃料电池系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池通过电化学反应将化学燃料中的能量转化为电能，为提高电池输出效率，需要保持膜的充分润湿以提高质子传导率。目前，燃料电池系统通常采用外部增湿器对进堆空气进行加湿，平板膜增湿器是一种常见的外增湿装置。现有的平板膜增湿器中，电堆空气出口的湿空气进入增湿器湿流道内，水蒸气扩散穿过加湿膜至干流道内，实现对干流道内空气的增湿，增湿后气体通入电堆空气进口。
[0003]在此类流道结构研究中，为了降低流速增大法向传输效果，相关技术通常采用以下几个技术方法，(1)在流道内增加多个水平交错的阻流板；(2)在流场中间设置多个沿水平方向的倾斜的导流板；(3)在流道内增加周期波形；但方法(1)严重改变流场结构，压降损失增大严重；方法(2)没法改变气流法向方向速度分量，强化法向传输效果有限；方法(3)形状固化，适应性相对较差，且大大增加加工成本。

技术实现思路

[0004]根据现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种强化增湿流道、平板膜增湿器及燃料电池系统，对流场结构改变较小，压降损失小，能够大大改变气流法向方向速度分量，强化法向传输效果，制作简单，不增加成本。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种强化增湿流道，包括：
[0007]干流道，一侧设有干空气入口，另一侧设有干空气出口，用于使干空气在干流道内沿干流道延伸方向流动；
[0008]湿流道，一侧设有湿空气入口，另一侧设有湿空气出口，用于使湿空气在湿流道内沿湿流道延伸方向流动，干空气和湿空气流动方向相反；
[0009]加湿膜，设在干流道和湿流道之间；
[0010]其中，在湿流道内靠近湿空气出口处布置多个间隔一定距离且沿湿空气流动方向高度逐渐增大的斜板，湿空气与斜板接触后向垂直且靠近加湿膜的方向流动。
[0011]进一步地，在湿流道内靠近湿空气出口处布置多个三角形凸块，三角形凸块上设有面向湿流道的斜板。
[0012]进一步地，斜板的数量至少为3个。
[0013]进一步地，设定设计变量，其中，设计变量包括斜板的倾斜角度、所有斜板的高度、每相邻两个斜板沿湿流道延伸方向的距离、湿流道末端斜板与湿流道出口的距离及湿流道和干流道的尺寸。
[0014]进一步地，用增湿能力、压降能力、干流道体积大小、湿流道体积大小四个设计指
标建立多目标优化函数，根据增湿器实际使用场景及要求，为每个设计变量设定设计范围，并分别为上述四个设计指标设定权重和约束范围，采用超拉丁立方法进行试验设计，制定多个采样样本，得到上述四个设计指标的仿真结果，将适用于实际使用场景及要求的样本定为设计方案。
[0015]进一步地，对设计方案进行优化：采用径向基神经网络模型对仿真结果进行非线性拟合，得到参数化拟合模型，基于拟合模型，采用遗传算法实现参数优化，获取实际使用场景及要求的强化增湿流道参数结果。
[0016]进一步地，湿流道和靠近湿空气出口处布置的多个斜板采用注塑成型技术制成。
[0017]进一步地，干流道和湿流道均为矩形开口腔体结构且横截面为正方形。
[0018]一种平板膜增湿器，使用任一项的强化增湿流道。
[0019]一种燃料电池，包括平板膜增湿器，平板膜增湿器使用任一项的强化增湿流道。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0021](1)本专利技术，使湿流道中的湿空气流产生了法向速度分量，提高了水蒸气向干流道的跨膜传输，同时降低了湿流道内气体流速，延长传输时间，提高传输效果。
[0022](2)本专利技术提供的尺寸设计方法完整性高、可行性强，可针对不同功率、不同使用环境的燃料电池提供增湿器的最优化设计。
[0023](3)流道凸块采用三角形结构，结构简单、成本较低、易于成型，对流道板的冲压成型或注塑成型都存在模具简单、脱模容易的优势。
附图说明
[0024]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分。本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0025]图1是强化增湿流道的结构示意图。
[0026]图2是强化增湿流道工作原理示意图。
[0027]图3是本专利技术第一实施例所提供的强化增湿流道结构示意图。
[0028]图4是本专利技术第一实施例所提供的强化增湿流道工作原理示意图。
[0029]图5是本专利技术第一实施例所提供的流道内斜板结构尺寸图。
[0030]图6是本专利技术第二实施例所提供的强化增湿流道结构示意图。
[0031]图7是本专利技术第二实施例所提供的强化增湿流道工作原理示意图。
[0032]图8是本专利技术所提供的流道结构尺寸设计方法流程框图。
[0033]图9(a)是本专利技术第二实施例强化增湿流道与常规流道干出口水含量对比图。
[0034]图9(b)是本专利技术第二实施例强化增湿流道与常规流道水分利用率对比图。
[0035]图9(c)是本专利技术第二实施例强化增湿流道与常规流道干流道压降对比图。
[0036]图9(d)是本专利技术第二实施例强化增湿流道与常规流道湿流道压降对比图。
[0037]其中，1、干流道；11、干空气入口；12、干空气出口；2、湿流道；21、湿空气入口；22、湿空气出口；3、加湿膜；4、斜板；6、三角形凸块。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述。
[0039]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0040]第一实施例
[0041]本专利技术第一实施例提供一种强化增湿流道，可用在质子交换膜燃料电池系统中增加气体湿度。
[0042]如图1
‑
图4所示，图1是强化增湿流道的结构示意图；图2是强化增湿流道工作原理示意图；图3是本专利技术第一实施例所提供的强化增湿流道结构示意图；图4是本专利技术第一实施例所提供的强化增湿流道工作原理示意图。
[0043]本实施例的强化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化增湿流道，其特征在于，包括：干流道，一侧设有干空气入口，另一侧设有干空气出口，用于使干空气在干流道内沿干流道延伸方向流动；湿流道，一侧设有湿空气入口，另一侧设有湿空气出口，用于使湿空气在湿流道内沿湿流道延伸方向流动，干空气和湿空气流动方向相反；加湿膜，设在干流道和湿流道之间；其中，在湿流道内靠近湿空气出口处布置多个间隔一定距离且沿湿空气流动方向高度逐渐增大的斜板，湿空气与斜板接触后向垂直且靠近加湿膜的方向流动。2.根据权利要求1的强化增湿流道，其特征在于：在湿流道内靠近湿空气出口处布置多个三角形凸块，三角形凸块上设有面向湿流道的斜板。3.根据权利要求1的强化增湿流道，其特征在于：斜板的数量至少为3个。4.根据权利要求1的强化增湿流道，其特征在于：设定设计变量，其中，设计变量包括斜板的倾斜角度、所有斜板的高度、每相邻两个斜板沿湿流道延伸方向的距离、湿流道末端斜板与湿流道出口的距离及湿流道和干流道的尺寸。5.根据权利要求4的强化增湿流道，其特征在于：用增湿能力、压降能力、干流道体积大小、湿流道体积大小四个设...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海涛，李永超，廖颖哲，谭昶，卢炽华，
申请(专利权)人：武汉欧源动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：