本發(fā)明屬于加濕技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加濕設(shè)備，尤其是氣體加濕設(shè)備。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池具有多種類型。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定；而且反應(yīng)生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池可以廣泛地應(yīng)用于移動(dòng)電源領(lǐng)域。質(zhì)子交換膜燃料電池利用氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能。當(dāng)分別向燃料電池陽極和陰極供給氫氣與氧氣時(shí)，反應(yīng)氣體經(jīng)擴(kuò)散層擴(kuò)散，進(jìn)入多孔陽極的氫原子被催化劑吸附并離化為氫離子和電子，氫離子經(jīng)由質(zhì)子交換膜轉(zhuǎn)移到陰極，電子在電極內(nèi)傳遞至負(fù)極集流板經(jīng)外電路負(fù)載流向陰極，在陰極催化層上氫離子和氧離子結(jié)合成水分子。而電子通過外電路產(chǎn)生電能。作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜必須濕潤(rùn)，才能更好地傳導(dǎo)質(zhì)子。研究表明，質(zhì)子交換膜的導(dǎo)電性與其含水量成正比。因此，為了提高轉(zhuǎn)換效率，必須加濕質(zhì)子交換膜。

目前燃料電池所用的加濕方法主要是加濕反應(yīng)的氣體，利用濕潤(rùn)的氣體所攜帶的水汽來加濕質(zhì)子交換膜，如焓輪加濕、中空纖維管束加濕和鼓泡加濕等。焓輪加濕利用陶瓷轉(zhuǎn)輪吸收尾氣中的水汽和熱量來對(duì)新鮮的進(jìn)氣加濕，但因?yàn)榫哂行D(zhuǎn)部件，容易躥氣并且增加了耗能。中空纖維管束加濕利用親水材質(zhì)制備無孔中空纖維束，水從中空纖維束的外側(cè)流過，加濕氣體從纖維管束內(nèi)側(cè)流過，水由于濃差的作用從水側(cè)擴(kuò)散到氣體進(jìn)而完成對(duì)氣體的加濕。所涉及的加濕器具有結(jié)構(gòu)緊湊，無額外耗能等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛適用于各種用于移動(dòng)電源的場(chǎng)合，但是價(jià)格昂貴，顯然不利降低燃料電池的成本。鼓泡加濕將反應(yīng)的氣體通入盛有一定溫度的水中，利用氣泡表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)達(dá)到加濕氣體的目的。鼓泡加濕的加濕器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料便宜；但因其加濕效率低，因此需要比較大的水箱，體積龐大，且加濕效果較差。

公開號(hào)為cn102332591的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種用于燃料電池的反應(yīng)氣體加濕器，該加濕器基于鼓泡加濕的原理，但是沒有設(shè)置鼓泡器，因此氣泡大，加濕效率低，從而一般僅適用于小功率的燃料電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，而對(duì)大功率(10kw以上)的燃料電池而言則不能滿足要求。公開號(hào)為cn203774400的中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合的高效燃料電池加濕器，該加濕器采用了一種具有微孔結(jié)構(gòu)的膜片結(jié)構(gòu)來對(duì)氣體進(jìn)行鼓泡處理，提高了加濕效率，但是仍存在一些技術(shù)缺陷，如鼓泡后氣泡尺寸較大，鼓泡器剛度不足、耐老化性能差、加濕性能不穩(wěn)定等的缺點(diǎn)。公開號(hào)為cn101577338的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種燃料電池加濕器，提出了采用霧化和換熱器結(jié)合的方法，提高了加濕效率，但額外的換熱器結(jié)構(gòu)增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，且對(duì)于大流量的氣流來說，換熱效果不太好，導(dǎo)致加濕不穩(wěn)定(氣體中存在冷凝水或不能充分加濕)。

對(duì)于大功率(10kw以上)的燃料電池的加濕器，氣體流量大，而采用以上燃料電池加濕器在大流量氣體加濕時(shí)存在諸多技術(shù)問題，如何解決這些技術(shù)問題具有極強(qiáng)的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種氣體加濕設(shè)備，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本的基礎(chǔ)上提高加濕效率，優(yōu)化加濕性能，進(jìn)而更適應(yīng)如大功率燃料電池等含大流量氣體的加濕需求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種氣體加濕設(shè)備，包括儲(chǔ)液裝置和從下到上依次設(shè)置的鼓泡部分、噴霧部分以及升溫除水部分，以對(duì)氣體進(jìn)行分層加濕；所述鼓泡部分包括鼓泡裝置和加濕液，所述加濕液盛于所述儲(chǔ)液裝置中，以由所述鼓泡裝置將氣體送入所述加濕液中；所述噴霧部分包括噴霧裝置，以對(duì)從所述加濕液中散出的氣體進(jìn)行噴霧加濕；所述升溫除水部分包括升溫除水裝置，以對(duì)經(jīng)過所述噴霧加濕的氣體進(jìn)行升溫和除水。

所述鼓泡裝置包括鼓泡器基座和至少一個(gè)曝氣器；所述鼓泡器基座與所述儲(chǔ)液裝置的底部連接；所述鼓泡器基座包括內(nèi)部空腔；所述曝氣器安裝在所述鼓泡器基座上，入口與所述鼓泡器基座的內(nèi)部空腔連通，出口與所述鼓泡部分的加濕液連通；優(yōu)選地，所述鼓泡器基座與所述儲(chǔ)液裝置的底部之間通過螺栓連接；優(yōu)選地，所述曝氣器包括由金屬粉末高溫?zé)Y(jié)而成的具有微孔的結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述微孔的孔徑均勻且孔形穩(wěn)定；優(yōu)選地，所述微孔的孔徑為1～50微米。

所述鼓泡器基座上開有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔通過進(jìn)氣管連接至氣源；優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管在與所述進(jìn)氣孔連接的相反端安裝有單向閥，以防止加濕液逆流進(jìn)入所述進(jìn)氣管；優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管經(jīng)過所述加濕液，以由所述加濕液對(duì)所述進(jìn)氣管中的氣體進(jìn)行預(yù)熱。

所述鼓泡器基座中布置有排水通道，以將加濕液通過外部加熱裝置加熱循環(huán)或者從所述儲(chǔ)液裝置中排出；優(yōu)選地，所述排水通道布置在所述鼓泡器基座的中央；優(yōu)選地，所述排水通道包括鼓泡器基座上的排水孔和連接所述排水孔的排水管。

所述噴霧裝置包括帶霧化噴頭結(jié)構(gòu)的進(jìn)水管；優(yōu)選地，所述霧化噴頭結(jié)構(gòu)的噴射方向朝向所述加濕液；優(yōu)選地，所述霧化噴頭結(jié)構(gòu)位于所述儲(chǔ)液裝置的中心軸線上。

所述升溫除水裝置包括加熱絲網(wǎng)。

所述儲(chǔ)液裝置的頂部安裝有頂蓋，頂蓋中設(shè)置有排氣通道，以排出增濕后的氣體；優(yōu)選地，所述排氣通道位于所述頂蓋的中央；優(yōu)選地，所述排氣通道包括位于所述頂蓋上的排氣孔和連接所述排氣孔的排氣管。

還包括液位檢測(cè)裝置，以檢測(cè)所述加濕液的液位；優(yōu)選地，所述液位檢測(cè)裝置包括從所述儲(chǔ)液裝置的側(cè)壁連接出來的透明管，以及安裝在所述透明管中的液位傳感器；所述透明管與所述儲(chǔ)液裝置中的加濕液連通；優(yōu)選地，所述液位傳感器通信連接外部智能裝置，以向所述外部智能裝置發(fā)送檢測(cè)到的液位信息。

所述加濕液占據(jù)所述儲(chǔ)液裝置高度的1/2～2/3。

所述加濕液為熱水。

由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用分層加濕的方法，先通過鼓泡加濕對(duì)氣體進(jìn)行初步加濕和換熱(載氣蒸發(fā)傳熱效果更佳)，然后通過霧化實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充加濕，最后通過加熱絲網(wǎng)對(duì)氣體進(jìn)行升溫除水，大大優(yōu)化了加濕器的加濕能力。同時(shí)，本發(fā)明采用新型鼓泡器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鼓泡大小更均勻，更有利于氣泡和水之間的傳熱和傳質(zhì)。此外，本發(fā)明中該加濕器分為鼓泡區(qū)、噴霧區(qū)和升溫除水區(qū)，構(gòu)造為模塊化結(jié)構(gòu)、拆裝維修方便。綜上，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，且加濕能力強(qiáng)，加濕性能得到大大改善，尤其能夠滿足大功率燃料電池的加濕需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中氣體加濕設(shè)備的主視剖視圖；

圖2為該氣體加濕設(shè)備的俯視剖視圖。

附圖中：1、盛水罐；2、加熱絲網(wǎng)；3、頂蓋；4、排氣管；5、螺栓；6、進(jìn)水管；7、進(jìn)氣管；8、單向閥；9、曝氣器；10、排水管；11、鼓泡器基座；12、螺栓；13、透明管；14、液位傳感器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明提出了一種氣體加濕設(shè)備，尤其是用于燃料電池的氣體加濕設(shè)備，包括儲(chǔ)液裝置和從下到上依次設(shè)置的鼓泡部分、噴霧部分以及升溫除水部分，以對(duì)氣體進(jìn)行分層加濕。其中，鼓泡部分包括鼓泡裝置和加濕液，加濕液盛于儲(chǔ)液裝置中，以由鼓泡裝置將氣體送入加濕液中；噴霧部分包括噴霧裝置，以對(duì)從加濕液中散出的氣體進(jìn)行噴霧加濕；升溫除水部分包括升溫除水裝置，以對(duì)經(jīng)過噴霧加濕的氣體進(jìn)行升溫除水，此處通過升溫一方面達(dá)到除水的目的，另一方面還能夠防止空氣在傳輸過程中降溫冷凝。

圖1和圖2為本實(shí)施例中該氣體加濕設(shè)備的主視剖視圖；圖2為其俯視剖視圖。本實(shí)施例中，儲(chǔ)液裝置為盛水罐1；加濕液為熱水，其占據(jù)盛水罐1的高度的1/2～1/3。

在該設(shè)備中，盛水罐1的熱水液面以下的區(qū)域?yàn)楣呐輩^(qū)。鼓泡裝置位于鼓泡區(qū)中，包括鼓泡器基座11和至少一個(gè)曝氣器9，本實(shí)施例中包括多個(gè)曝氣器。鼓泡器基座11與盛水罐1的底部通過螺栓12連接，便于安裝和維修。鼓泡器基座11包括內(nèi)部空腔，曝氣器9安裝在鼓泡器基座11上，曝氣器9的入口連通鼓泡器基座11的內(nèi)部空腔，出口則伸入到盛水罐1中與盛水罐1內(nèi)的熱水連通，從而曝氣器9能夠?qū)⒐呐萜骰?1的內(nèi)部空腔內(nèi)的氣體噴射到用作加濕液的熱水中。本實(shí)施例中，多個(gè)曝氣器9均勻地分布在鼓泡器基座11上，但是并未圍繞鼓泡器基座11的中軸線形成封閉的環(huán)狀。

本實(shí)施例中，曝氣器9包括由金屬粉末高溫?zé)Y(jié)而成的具有微孔的結(jié)構(gòu)，孔徑均勻且孔形穩(wěn)定，從而其產(chǎn)生的氣泡更加均勻細(xì)小，有利于提高加濕性能。該微孔的尺寸根據(jù)具體加濕需求而定，通常為1～50微米為宜。在實(shí)際應(yīng)用中，通過實(shí)際氣體的流量選擇不同規(guī)格的曝氣器。

鼓泡器基座11在頂部開有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔通過進(jìn)氣管7連接至氣源，以便于氣體從氣源通過進(jìn)氣管7進(jìn)入鼓泡器基座11的內(nèi)部空腔中，而后再進(jìn)入曝氣器9中。進(jìn)氣管7在與進(jìn)氣孔連接的相反端安裝有單向閥8，以防止加濕液即熱水逆流進(jìn)入進(jìn)氣管7。本實(shí)施例中，該進(jìn)氣管7從用于加濕的熱水中經(jīng)過。該進(jìn)氣管7可以是直管、螺旋管等形狀的管件。從而，一方面避免了底部進(jìn)氣和后面提到的排水管相干涉；另一方面，進(jìn)氣管7設(shè)置在熱水中，能夠?qū)Υ鰸竦臍怏w進(jìn)行預(yù)熱，有利于促進(jìn)優(yōu)化增濕效果。

鼓泡器基座11中還布置有排水通道，以將熱水通過外部進(jìn)行循環(huán)加熱或者從盛水罐中排出，即在該設(shè)備外部可布置與排水通道連接的加熱裝置以對(duì)加濕液進(jìn)行加熱后循環(huán)使用，或者不連接這樣的加熱裝置而在該設(shè)備長(zhǎng)期停運(yùn)時(shí)將加濕液排出。該排水通道布置在鼓泡器基座11的中央，包括鼓泡器基座11上的排水孔以及連接該排水孔的排水管10。本實(shí)施例中，排水管10通過排水孔與鼓泡器基座11焊接連接。

在該設(shè)備中，熱水的液面以上和升溫除水裝置以下的區(qū)間為噴霧區(qū)。噴霧裝置包括帶霧化噴頭結(jié)構(gòu)的進(jìn)水管6，其中霧化噴頭結(jié)構(gòu)位于盛水罐1的中心軸向上，噴射方向朝向熱水。該霧化噴頭結(jié)構(gòu)位于進(jìn)水管6的末端，將循環(huán)熱水霧化噴射，對(duì)氣體進(jìn)行二次加濕。

在該設(shè)備中，噴射區(qū)以上的區(qū)域?yàn)樯郎爻畢^(qū)。升溫除水裝置包括加熱絲網(wǎng)2。選用網(wǎng)狀的加熱絲，一方面可以利用絲網(wǎng)濾除一部分液態(tài)水，另一方面通過網(wǎng)狀加熱絲對(duì)由噴霧部分二次加濕后的氣體進(jìn)行加熱，使得殘留的液態(tài)水蒸發(fā)，提高氣體溫度，防止水蒸氣冷凝。

盛水罐1的頂部設(shè)置有頂蓋3，兩者采用螺栓5連接，方便安裝和維修。頂蓋3中設(shè)置有排氣通道，以排除增濕后的氣體。該排氣通道位于頂蓋的中央，包括位于頂蓋上的排氣孔和與該排氣孔連接的排氣管4。

該設(shè)備還包括液位檢測(cè)裝置，以檢測(cè)盛水罐1中熱水的液位。液位檢測(cè)裝置包括從盛水罐1的側(cè)壁連接出來的透明管13，以及安裝在透明管13中的液位傳感器14，用于檢測(cè)盛水罐1中的熱水的液位；其中該透明管13與盛水罐1中的熱水連通。本實(shí)施例中，在兩個(gè)高度上各設(shè)置一個(gè)液位傳感器，用于檢測(cè)高液位和低液位。液位傳感器通信連接外部智能裝置，以向外部智能裝置發(fā)送檢測(cè)到的液位信息。本實(shí)施例中，該外部智能裝置為上位機(jī)。

該裝置在運(yùn)行時(shí)，待加濕的氣體經(jīng)過單向閥8，流經(jīng)進(jìn)氣管7，此時(shí)熱水對(duì)該氣體進(jìn)行一定的預(yù)熱，有利于后續(xù)加濕效果。之后該氣體進(jìn)入鼓泡器基座11的內(nèi)部空腔中，再分散進(jìn)入安裝在鼓泡器基座11上的各個(gè)曝氣器9中。經(jīng)過曝氣器9后的氣體進(jìn)入熱水中，被分割成許多均勻細(xì)小的氣泡。此時(shí)，氣泡在熱水中發(fā)生劇烈的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象，氣體被加熱加濕。由于氣體在上升的過程中，增濕速率逐漸降低，鼓泡增濕變得困難。經(jīng)過鼓泡增濕后的氣體具有一定的濕度，為了進(jìn)一步增加氣體濕度，氣體進(jìn)入噴霧區(qū)。噴霧區(qū)將從排水口流出的熱水，經(jīng)過外部加熱增壓回路后從進(jìn)水口的噴霧結(jié)構(gòu)霧化噴射。噴霧的實(shí)質(zhì)是許多液態(tài)的小水滴，氣體經(jīng)過噴霧區(qū)，裹挾大量液態(tài)水，隨后進(jìn)入升溫除水區(qū)。在升溫除水區(qū)，一方面網(wǎng)狀加熱絲利用網(wǎng)孔濾除一部分液態(tài)水，另一方面殘留的少量液態(tài)水通過網(wǎng)狀加熱絲時(shí)被加熱汽化為水蒸氣，同時(shí)氣體的溫度升高，從而有效避免在出口處產(chǎn)生冷凝。之后，經(jīng)過升溫除水區(qū)處理的氣體從排氣管4中排出。

本發(fā)明采用分層加濕的方法，先通過鼓泡加濕對(duì)氣體進(jìn)行初步加濕和換熱(載氣蒸發(fā)傳熱效果更佳)，然后通過霧化實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充加濕，最后通過加熱絲網(wǎng)對(duì)氣體進(jìn)行升溫除水，大大優(yōu)化了加濕器的加濕能力。同時(shí)，本發(fā)明采用新型鼓泡器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鼓泡大小更均勻，更有利于氣泡和水之間的傳熱和傳質(zhì)。此外，本發(fā)明中該加濕器分為鼓泡區(qū)、噴霧區(qū)和升溫除水區(qū)，構(gòu)造為模塊化結(jié)構(gòu)、拆裝維修方便。綜上，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，且加濕能力強(qiáng)，加濕性能得到大大改善，尤其能夠滿足大功率燃料電池的加濕需求。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。