【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置、系统与控制方法。
技术介绍
1、燃料电池的入堆空气如果含水量太低，会降低质子交换膜的质子传导率，从而影响电池的工作效率，因此需要对电堆的空气进行增湿。目前传统的增湿方法多采用膜管增湿的被动增湿方式，但随着电池功率越来越大，需要更多的膜管参与加湿过程，增湿器的体积也越来越大，同时增湿器的寿命也无法满足燃料电池的使用要求，且无法实现精确的进气湿度控制。
2、现有技术正开始逐渐采用喷淋增湿的方式作为替代方案，但专利技术人在实施的过程中发现现有喷淋增湿系统存在如下问题：1、喷淋的雾化颗粒较大，对干空气的加湿效果不好，且雾化颗粒大容易造成液态水进入电堆，影响电堆性能；2、为了提高喷雾的汽化效果，有时会提升空气的温度，但为了保证入堆的空气温度不超过电堆要求，需要增设中冷器降低进气温度，但该方式会增大进气阻力，且在大流量工况下，阻力较大，不利于电堆的性能；3、采用超声波雾化的方式虽也可以达到加湿且均匀的效果，但超声波雾化喷头的喷水量极小，需要增加多个喷头才可达到增湿目的，且由于设置在同一个雾化腔体内，喷出的水也容易发生聚集，存在积水的风险。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供了一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置、系统与控制方法，能够有效的改善喷淋雾化效果、避免加湿过程中液态水的产生，同时还省去了中冷器，提升了进气流量，可替代现有的被动增湿方式，实现进气的增湿可控。
2、为了实现上述目的，本专利技术
3、进一步的，雾化喷嘴上设有电磁阀，电磁阀接受到信号后，空气压缩机提供的压缩空气泵入雾化喷嘴旁的高压气进口，同时喷雾水泵提供的加压水泵入雾化喷嘴进水口。
4、进一步的，雾化喷嘴的喷雾口直径大小为0.3-0.6mm。
5、进一步的，压缩空气从雾化喷嘴旁的高压气出口喷出的气体流量，与雾化喷嘴泵出的雾化水汽的水流量的比，定义为气液比，所述气液比的范围控制在2-4。
6、进一步的，雾化喷嘴围绕主气管的轴线以环形方式设置多个。
7、进一步的，主气管和混合室为圆柱形，扩压室沿长度方向形成截面逐渐增大的喇叭结构。
8、进一步的，喷雾汽化加湿装置的外部设有加热水套，加热水套的加热水套进水口位于喷雾汽化加湿装置的主气管区域，加热水套的加热水套出水口位于喷雾汽化加湿装置的扩压室区域，加热水套进水口与电堆冷却液的出水口相连，加热水套出水口与电堆冷却液的入水口相连。
9、本专利技术的燃料电池用喷雾汽化加湿装置的工作原理为：空气压缩机产生的高压空气大部分进入喷雾汽化加湿装置的主气管路，然后通过主气管路的渐缩喷嘴高速流出，压力降低后在与喷嘴相连通的吸入室侧产生低压区域；水泵将加压水提供给雾化喷嘴，雾化喷嘴喷出水雾，空气压缩机产生的部分高压空气同时从雾化喷嘴中喷出，在雾化喷嘴口旁边泵出的压缩空气帮助将水雾中的液态水滴进一步打散成尺寸更小的雾化液滴，从而改善了雾化效果。雾气中的水滴尺寸更小，进而使雾气中的水滴更易被汽化，从而提升了空气的加湿效果。同时，在喷雾汽化加湿装置的外部还设有加热水套，通过电堆中的高温冷却水为喷雾汽化加湿装置腔内的水汽进行加热，可以避免雾气中的水滴在管壁上聚集形成大的水滴，帮助腔内存集的液态水不断汽化，避免液态水进入电堆中造成积水。
10、另一方面，基于上述加湿装置的改进，本专利技术还进一步提供了燃料电池用喷雾汽化加湿系统，所述燃料电池用喷雾汽化加湿系统包括空气压缩机、压力传感器、本专利技术的喷雾汽化加湿装置、进气湿度传感器、进气温度传感器、散热器、电子三通阀、水箱和喷雾水泵，所述喷雾汽化加湿装置的扩压室出口连接燃料电池电堆空气入口的管路上，设有进气湿度传感器和进气温度传感器，电堆冷却水出口通过电子三通阀后分流成两支水路，一支水路连接喷雾汽化加湿装置的加热水套进水口，冷却水从喷雾汽化加湿装置的加热水套出水口流出后，和电子三通阀的另一支水路汇合，再经散热器冷却后流向燃料电池电堆的冷却液入口；水箱通过喷雾水泵连接喷雾汽化加湿装置的雾化喷嘴进水口；空气压缩机连接喷雾汽化加湿装置主气管路入口侧的管路上设有压力传感器。
11、进一步的，本专利技术的燃料电池电堆的排气口连接汽水分离器，汽水分离器分离获得的水沿管路流向水箱，分离后的尾气经尾排消声器排出。
12、此外，针对本专利技术提供的一种燃料电池用喷雾汽化加湿系统，该系统的控制方法，包括如下步骤：
13、通过电堆进气温度传感器和进气湿度传感器得到喷雾汽化加湿装置的扩压室出口空气湿度和温度，将扩压室出口空气的湿度和温度与燃料电池电堆进气湿度和温度的目标值进行比较，根据如下步骤进行调节；
14、s1、如果湿度大于目标值且进气温度接近目标值时，则减少雾化喷嘴内部电磁阀的开启时间和降低喷雾水泵的转速，直至湿度达到目标湿度；
15、s2、如果湿度大于目标值且进气温度较低时，则调节电子三通阀，增加流向喷雾汽化加湿装置加热水套的冷却水流量，提高加湿装置出口温度，实现降低进气湿度和提高进气温度的效果；
16、s3、如果湿度大于目标值且进气温度较高时，则减少雾化喷嘴内部电磁阀的开启时间、降低喷雾水泵的转速，同时调节电子三通阀，减小流向喷雾汽化加湿装置加热水套的冷却水流量，降低加湿装置出口温度；
17、s4、如果湿度小于目标值且进气温度较高时，则增大雾化喷嘴内部电磁阀的开启时间、提高喷雾水泵的转速，增大喷雾水量，提高进气湿度，降低入口温度；
18、s5、如果湿度小于目标值且进气温度较低时，则增大雾化喷嘴内部电磁阀的开启时间、提高喷雾水泵的转速，同时调节电子三通阀，增加流向喷雾汽化加湿装置加热水套的冷却水流量，增加喷雾汽化加湿装置的出口温度；
19、s6、如果湿度小于目标值且进气温度接近目标值时，则增加雾化喷嘴内部电磁阀的开启时间、提高喷雾水泵的转速，直至湿度达到目标湿度。
20、本专利技术通过设计一种喷雾汽化加湿装置，依此搭建了用喷雾汽化加湿系统，并设计了一种高效可控的空气加湿控制方法，上述技术方案具有如下有益效果：
21、1、通过空气压缩机产生的高压空气，一方面是高压空气经过喷射产生负压区，可以吸取喷雾本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，所述喷雾汽化加湿装置包括主气管(1)、主气管喷嘴(2)、吸入室(3)、混合室(4)、扩压室(5)和雾化喷嘴(9)，其特征在于，所述主气管(1)、主气管喷嘴(2)、吸入室(3)、混合室(4)和扩压室(5)顺次相连；所述主气管(1)的入口侧连接空气压缩机(22)的一支出气管，主气管(1)的主气管喷嘴(2)为渐缩喷嘴，空气压缩机的气流通过主气管喷嘴(2)后在吸入室(3)产生低压区域；吸入室(3)利用压力差将雾化喷嘴(9)产生的雾化水汽吸入，雾化水汽和空气在混合室(4)中混合加湿，所述扩压室(5)用于将加湿空气的动能转换为压力势能，扩压室(5)的扩压室出口(6)连接电池电堆的空气入口；所述雾化喷嘴(9)的出口端内嵌于主气管(1)上，雾化喷嘴(9)的出口旁设有高压气出口，雾化喷嘴(9)的雾化喷嘴高压气进口(11)与空气压缩机(22)的另一支出气管连接，雾化喷嘴(9)的雾化喷嘴进水口(10)与喷雾水泵(21)连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，雾化喷嘴(9)上设有电磁阀，电磁阀接受到信号后，空气压缩机(2
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，雾化喷嘴(9)的喷雾口直径大小为0.3-0.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，压缩空气从雾化喷嘴旁的高压气出口喷出的气体流量，与雾化喷嘴泵出的雾化水汽的水流量的比，控制在2-4的范围内。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，雾化喷嘴(9)围绕主气管(1)的轴线以环形方式设置多个。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，主气管(1)和混合室(4)为圆柱形，扩压室(5)沿长度方向形成截面逐渐增大的喇叭结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，喷雾汽化加湿装置的外部设有加热水套(12)，加热水套(12)的加热水套进水口(7)位于喷雾汽化加湿装置的主气管(1)区域，加热水套的加热水套出水口(8)位于喷雾汽化加湿装置的扩压室(5)区域，加热水套进水口(7)与电堆冷却液的出水口相连，加热水套出水口(8)与电堆冷却液的入水口相连。
8.一种燃料电池用喷雾汽化加湿系统，其特征在于，所述燃料电池用喷雾汽化加湿系统包括空气压缩机(22)、权利要求1-7任一项所述的喷雾汽化加湿装置、进气湿度传感器(15)、进气温度传感器(14)、散热器(18)、电子三通阀(16)、水箱(20)和喷雾水泵(21)，所述喷雾汽化加湿装置的扩压室出口(6)连接燃料电池电堆空气入口的管路上，设有进气湿度传感器(15)和进气温度传感器(14)，电堆冷却水出口通过电子三通阀(16)后分流成两支水路，一支水路连接喷雾汽化加湿装置的加热水套进水口(7)，冷却水从喷雾汽化加湿装置的加热水套出水口(8)流出后，和电子三通阀(16)的另一支水路汇合，再经散热器(18)冷却后流向燃料电池电堆(27)的冷却液入口；水箱(20)通过喷雾水泵(21)连接喷雾汽化加湿装置的雾化喷嘴进水口(10)。
9.根据权利要求8所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿系统，其特征在于，燃料电池电堆(27)的排气口连接汽水分离器(26)，汽水分离器(26)分离获得的水沿管路流向水箱(20)。
10.一种燃料电池用喷雾汽化加湿系统的控制方法，其特征在于，控制权利要求8-9任一项所述的燃料电池用喷雾汽化加湿系统的步骤，包括如下：
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，所述喷雾汽化加湿装置包括主气管(1)、主气管喷嘴(2)、吸入室(3)、混合室(4)、扩压室(5)和雾化喷嘴(9)，其特征在于，所述主气管(1)、主气管喷嘴(2)、吸入室(3)、混合室(4)和扩压室(5)顺次相连；所述主气管(1)的入口侧连接空气压缩机(22)的一支出气管，主气管(1)的主气管喷嘴(2)为渐缩喷嘴，空气压缩机的气流通过主气管喷嘴(2)后在吸入室(3)产生低压区域；吸入室(3)利用压力差将雾化喷嘴(9)产生的雾化水汽吸入，雾化水汽和空气在混合室(4)中混合加湿，所述扩压室(5)用于将加湿空气的动能转换为压力势能，扩压室(5)的扩压室出口(6)连接电池电堆的空气入口；所述雾化喷嘴(9)的出口端内嵌于主气管(1)上，雾化喷嘴(9)的出口旁设有高压气出口，雾化喷嘴(9)的雾化喷嘴高压气进口(11)与空气压缩机(22)的另一支出气管连接，雾化喷嘴(9)的雾化喷嘴进水口(10)与喷雾水泵(21)连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，雾化喷嘴(9)上设有电磁阀，电磁阀接受到信号后，空气压缩机(22)提供的压缩空气泵入雾化喷嘴旁的雾化喷嘴高压气进口(11)，同时喷雾水泵(21)提供的加压水泵入雾化喷嘴进水口(10)。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，雾化喷嘴(9)的喷雾口直径大小为0.3-0.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，压缩空气从雾化喷嘴旁的高压气出口喷出的气体流量，与雾化喷嘴泵出的雾化水汽的水流量的比，控制在2-4的范围内。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用喷雾汽化加湿装置，其特征在于，雾化喷嘴(9)围绕主气管(1)的轴线以环形方式设置多个。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：王钏，黄易元，唐廷江，黄妙华，李其仲，罗马吉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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