[发明专利]一种大流量低流阻增湿器

说明书

本发明公开了一种大流量低流阻增湿器，包括增湿器本体，增湿器本体上分别设置有与增湿器本体内部连接的湿入管口和湿出管口，湿出管口与增湿器本体的连接处通过扩口衔接，且扩口与增湿器本体中的膜管对应。一种大流量低流阻增湿器，对流场进行了优化，使流场分布均匀，降低了流阻，提升了引流效果，减少燃料电池系统中对膜管的冲击和损害。本申请的大部分的液态水会贴着扩口的流线形管壁流动进入增湿器本体，而不是直接冲击模块中的膜管，这样减少了膜管的损伤，增加了耐久寿命。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及燃料电池中的一种大流量低流阻增湿器。

背景技术

燃料电池系统能作为储能发电、驱动动力电源或辅助动力，通过电化学反应将反应物的化学能转化为电能和热能的系统。燃料电池是一种通过与氧或其它氧化剂进行化学反应，将燃料的化学能转化为电能的发电系统。氢是最常见的燃料，但碳氢化合物例如天然气和类似甲醇的醇类有时也可被用做燃料。在燃料电池系统中典型地包括电池堆，电池堆包括多个形成发电组件的单个的燃料电池，每一个均具有允许电荷在燃料电池的两侧移动的阴极和阳极。燃料电池系统还包括给燃料电池的阴极供应空气的空气供应设备和给燃料电池的阳极供应氢的氢气供应设备。空气供应设备主要是对即将进入燃料电池的空气进行过滤、加压、加湿等处理，保证燃料电池堆的阴极侧的温度、压力、湿度及流量处于比较适应的范围。现有技术中的空气供给系统主要由空气滤清器、空气压缩机、中冷器、增湿器以及电子节气门等组成。

燃料电池电堆在反应过程中，质子交换膜需维持一定的湿度以保证质子交换膜处于合适的水饱和状态，保持较高的电导，保持较高的反应效率，因此要求反应介质需携带一定量的水蒸气进入电堆，这一步通常需要增湿器来实现。

增湿器的作用是将空气进行加湿，以提升燃料电池的输出性能，提升燃料电池的效率。但是，现有技术中的增湿器中广泛使用的一种类型叫膜增湿器。传统的膜增湿器被分成干侧和湿测。从燃料电池的阴极排出的空气进入到增湿器的湿测。湿空气通过膜材料，将水分转移到干侧，从而增湿空气供应设备出来的空气，将其供应到阴极。一般地，膜增湿器中的膜增膜被装在增湿器本体中，与主壳体集成到一起。膜管内部流通干气，外部流通湿气。

现有增湿器的入口为直角结构，存在以下问题：

第一、在湿空气进入时，聚集的水滴会沿着管壁滴到模块上对膜管造成冲击。如以下图1所示，原有膜增湿器湿侧入口与增湿器本体连接呈90度直角。气体进入增湿器本体后，大部分气流会集中在管口的正下方。这样使得中间的模块气流量较大，而两侧的模块气流量较小。而且直角的连接方式会使管口突然增大，这样气体流动方向也会发生突变，导致压力损失较大。

第二、由于湿入的气体往往含有一定的液态水。采用直角连接方式时，这些液态水会直接随着气流一起被带到各个模块中，对膜管造成一定的冲击。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，提出了一种大流量低流阻增湿器，对流场进行了优化，使流场分布均匀，降低了流阻，提升了引流效果，减少对燃料电池系统中模块的冲击和损害。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种大流量低流阻增湿器，包括增湿器本体，增湿器本体上分别设置有与增湿器本体内部连接的湿入管口和湿出管口，湿出管口与增湿器本体的连接处通过扩口衔接，且扩口与增湿器本体中的模块对应。

本发明一个较佳实施例中，扩口采用的是流线形的扩口。

本发明一个较佳实施例中，扩口采用的是斜面，且斜面与湿入管口的内壁之间的内夹角为α，200°≤α≤260°。

本发明一个较佳实施例中，湿入管口的内径为a，扩口的出口内径为b；且1.9b/a2.1。

本发明一个较佳实施例中，扩口的高度为c；且0.4c/a0.6。

本发明一个较佳实施例中，湿入管口的内径为a，扩口的高度为c；扩口的出口内径为b；且b/a比值是2，且c/a比值是0.5。