本發(fā)明屬于加濕技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加濕系統(tǒng)，尤其是一種氣體加濕系統(tǒng)。

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，可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。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)子交換膜燃料電池能夠廣泛地應(yīng)用于移動電源領(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，反應(yīng)氣體經(jīng)擴散層擴散，進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。而電子從外電路通過產(chǎn)生電能。

作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜必須濕潤，這樣才能更好地傳導(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通過加濕反應(yīng)的氣體，利用濕潤的氣體所攜帶的水汽來加濕質(zhì)子交換膜。

在現(xiàn)有的加濕方式中：焓輪加濕利用陶瓷轉(zhuǎn)輪吸收尾氣中的水汽和熱量來對新鮮的進氣加濕，但因為具有旋轉(zhuǎn)部件，容易躥氣并且增加了耗能。中空纖維管束加濕方式利用親水材質(zhì)制備的無孔中空纖維束，水從中空纖維束的外側(cè)流過，加濕氣體從纖維管束的內(nèi)側(cè)流過，水由于濃差的作用從水側(cè)擴散到氣體進而完成對氣體的加濕。該加濕方式所涉及的加濕器具有結(jié)構(gòu)緊湊，無額外耗能等優(yōu)點，可以廣泛適用于各種用于移動電源的場合，但是價格昂貴，不利降低燃料電池的成本。鼓泡加濕方式是將反應(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)達到加濕氣體的目的。鼓泡加濕器結(jié)構(gòu)簡單，材料便宜，但由于鼓泡后氣泡不均勻，加濕效率低，通常僅適用于小功率的燃料電池實驗室測試，而對大功率(10kw以上)的燃料電池而言則不能滿足要求。霧化加濕方式利用液體霧化的原理對進氣進行加濕，公開號為cn1516308a的中國專利申請公開了一種超聲霧化的燃料電池系統(tǒng)，利用超聲波，將盛在容器中的液態(tài)水進行霧化，然后被氣體攜帶進入燃料電池系統(tǒng)中，但是由于超聲波霧化實際是許多小液滴，并不是真正的水蒸氣，加濕效果不理想。公開號為cn101577338a的中國專利申請涉及一種燃料電池加濕器，提出了采用霧化噴嘴和換熱器結(jié)合的方法，通過采用換熱的方式對氣體溫度進行控制，但在對大流量氣體進行加濕時，換熱的方式溫度控制響應(yīng)速度慢，影響加濕效果(氣體中存在冷凝水或不能充分加濕)。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)中，沒有適用于大功率(10kw以上)的燃料電池系統(tǒng)和適用于大流量氣體的結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，加濕效率高的加濕系統(tǒng)。因而，能夠?qū)Υ罅髁繗怏w進行高效加濕，且所涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，加濕效率高，加濕效果穩(wěn)定的加濕技術(shù)具有極強的研究意義和應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)Υ罅髁繗怏w進行有效加濕，結(jié)構(gòu)簡單，加濕效果穩(wěn)定，尤其適用于燃料電池系統(tǒng)加濕的氣體加濕系統(tǒng)。

為了達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種氣體加濕系統(tǒng)，包括加濕器主體、霧化噴射單元、氣體噴射單元；所述加濕器主體至少包括從上到下依次設(shè)置的霧化噴射室和氣體噴射室；所述霧化噴射單元包括設(shè)置于所述霧化噴射室中的至少一個霧化噴頭，所述霧化噴頭的入口連通用于加濕的液體；所述霧化噴頭的噴射方向朝下；所述氣體噴射單元包括設(shè)置于所述氣體噴射室中的至少一個氣體噴頭，所述氣體噴頭的入口連通待加濕的氣體；所述氣體噴頭的噴射方向朝上。

所述加濕器主體還包括位于所述霧化噴射室上方的氣液分離室，以對加濕后的氣體進行氣液分離；優(yōu)選地，所述氣體加濕系統(tǒng)還包括連通所述氣液分離室的氣體加熱單元，所述氣體加熱單元包括氣體加熱器，以對經(jīng)過氣液分離的氣體進行加熱，去除冷凝水；優(yōu)選地，所述氣體加熱單元還包括第一溫度傳感器，以檢測經(jīng)過氣液分離后的氣體的溫度，輔助調(diào)節(jié)對經(jīng)過氣液分離后的氣體的加熱；優(yōu)選地，所述氣體加熱器安裝在所述氣液分離室的頂部的出口處。

所述霧化噴射單元還包括連接所述霧化噴頭的霧化流量控制器，所述霧化流量控制器包括至少一個流量控制閥，以控制用于加濕的液體的流量。

所述加濕器主體的出口處設(shè)置露點溫度傳感器，以檢測出口處的氣體的露點溫度；所述露點溫度傳感器與所述霧化流量控制器通信連接，構(gòu)成閉環(huán)控制，以根據(jù)所述出口處的氣體的露點溫度，調(diào)整霧化流量的大小，保證加濕后氣體的露點溫度與設(shè)置的露點溫度一致。

所述氣體噴射單元還包括連接所述氣體噴頭的氣體流量控制器，以調(diào)節(jié)進入所述氣體噴射室的氣體的流量。

所述氣液分離室和所述霧化噴射室之間采用孔板結(jié)構(gòu)進行隔離。

所述氣液分離室之內(nèi)采用鮑爾環(huán)填充。

所述加濕器主體還包括位于所述氣體噴射室下方的回流盛液室。

所述回流盛液室通過補液管道連通進入所述霧化噴頭的通道，以用于從所述回流盛液室向所述霧化噴頭補充用于加濕的液體；優(yōu)選地，所述補液管道中設(shè)置有補液模塊，所述補液模塊包括補液電磁閥；所述回流盛液室中設(shè)置有液位檢測器；所述液位檢測器與所述補液電磁閥通信連接，以由所述補液電磁閥根據(jù)所述液位檢測器的檢測結(jié)果來輔助調(diào)節(jié)所述補液管道的開閉；優(yōu)選地，所述補液管道中設(shè)置有液體加熱模塊；所述液體加熱模塊包括第二溫度傳感器和液體加熱器，以檢測所述補液管道中液體的溫度和加熱所述液體；優(yōu)選地，所述補液管道中設(shè)置有循環(huán)泵，以為補液提供動力。

所述液體為水。

由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明氣體加濕系統(tǒng)能夠為大流量的氣體提供效率高，效果穩(wěn)定的加濕，同時該氣體加濕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，成本較低，加濕響應(yīng)速度快，加濕溫度可調(diào)節(jié)。該氣體加濕系統(tǒng)尤其能夠滿足大功率燃料電池系統(tǒng)(尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng))的加濕需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中氣體加濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中孔板結(jié)構(gòu)的平面示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中同一層上霧化噴頭的分布示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中同一層上氣體噴頭的分布示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

本發(fā)明提出了一種氣體加濕系統(tǒng)，包括加濕器主體、霧化噴射單元、氣體噴射單元、氣體加熱單元和補液單元。圖1所示為本實施例中該氣體加濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

加濕器主體1為筒狀結(jié)構(gòu)，包括從上到下依次設(shè)置的氣液分離室101(用于過濾初步加濕后的氣體中大量的液態(tài)水)、霧化噴射室102、氣體噴射室103和回流盛液室104(用于盛裝一起回流入其中的氣液分離出的液態(tài)水和霧化冷凝產(chǎn)生的多余的液態(tài)水)。氣液分離室101和霧化噴射室102之間采用孔板結(jié)構(gòu)6進行隔離，孔板結(jié)構(gòu)6為多孔的薄板結(jié)構(gòu)。氣液分離室101之內(nèi)采用鮑爾環(huán)填充。圖2所示為孔板結(jié)構(gòu)的平面示意圖。

霧化噴射單元包括設(shè)置于霧化噴射室102中的霧化噴頭201，霧化噴頭201的入口連通用于霧化加濕的液體。霧化噴頭201的噴射方向朝下。霧化噴頭201均勻地布置在霧化噴射室102內(nèi)，在垂直方向上可一層或者多層分布，如圖3所示為在一層上霧化噴頭201的分布。

霧化噴射單元還包括連接霧化噴頭201的霧化流量控制器202，霧化流量控制器202包括至少一個流量控制閥，以控制用于加濕的液體的流量。加濕器主體的出口處設(shè)置露點溫度傳感器203，露點溫度傳感器203與霧化流量控制器202通信連接(圖1中以虛線表示)，構(gòu)成閉環(huán)控制，以根據(jù)出口處氣體的露點溫度，實時調(diào)整霧化流量的大小，保證加濕后的露點溫度和設(shè)置的露點溫度一致。

氣體噴射單元包括設(shè)置于氣體噴射室中103的氣體噴頭301，氣體噴頭301的入口連通待加濕的氣體。氣體噴頭301的噴射方向朝上，即朝向霧化噴射室102。氣體噴頭均勻地在氣體噴射室103內(nèi)分布，圖4所示為其分布的示意圖。

氣體噴射單元還包括連接氣體噴頭301的氣體流量控制器302，以調(diào)節(jié)進入氣體噴射室103的氣體的流量。

回流盛液室104通過補液管道連通進入霧化噴頭201的通道，以用于從回流盛液室104向霧化噴頭201補充用于加濕的液體。補液管道中設(shè)置有補液模塊，補液模塊包括補液電磁閥401?；亓魇⒁菏?04的底部設(shè)置有液位檢測器402，以用于檢測回流盛液室104內(nèi)的液位。液位檢測器402與補液電磁閥401通信連接，以由補液電磁閥401根據(jù)液位檢測器402的檢測結(jié)果來輔助調(diào)節(jié)補液管道的開閉。如圖1所示，補液單元還包括設(shè)置在補液管道中的循環(huán)水泵405，為補液提供動力。

補液管道中還設(shè)置有液體加熱模塊。液體加熱模塊包括第二溫度傳感器403和液體加熱器404，以檢測補液管道中液體的溫度和加熱液體。

氣體加濕系統(tǒng)還包括連通氣液分離室101的氣體加熱單元。氣體加熱單元包括氣體加熱器501，以對經(jīng)過氣液分離的氣體進行加熱，去除其中的冷凝水。氣體加熱單元還包括第一溫度傳感器502，以檢測經(jīng)過氣液分離后的氣體的溫度，輔助調(diào)節(jié)對其進行加熱。氣體加熱器501安裝在氣液分離室101的頂部的出口處。

本實施例中，液體采用水。且在霧化噴頭的入口處提供的為去離子水。

該氣體加濕系統(tǒng)在運行時，去離子水通過霧化噴頭被噴入霧化噴射室102，待加濕的干燥的氣體從氣體流量控制器進入氣體噴射室，并進入氣體噴射器，與霧化噴頭對噴。采用這種對噴的方式，能夠利用高速氣流將霧化產(chǎn)生的水霧沖散，產(chǎn)生強烈的碰撞，促進氣體加濕。加濕器主體的出口處安裝的露點溫度傳感器203與霧化流量控制器202通信連接，霧化流量控制器202根據(jù)露點溫度傳感器203反饋的出口處氣體的露點溫度，自動調(diào)節(jié)用于霧化加濕的液態(tài)水的流量，調(diào)整加濕能力。

由于初步霧化后的氣體含有一些液態(tài)水滴，加濕后的氣體經(jīng)過氣液分離室，過濾掉大量的液態(tài)水，這些液態(tài)水將連同霧化冷凝產(chǎn)生的多余的液態(tài)水一起回流進入回流盛水室104。經(jīng)過氣液分離后的氣體，由第一溫度傳感器502檢測其溫度，據(jù)此氣體加熱器501調(diào)整對氣體進行加熱的功率，形成閉環(huán)控制。

此外，流回回流盛水室104內(nèi)的液態(tài)水，能夠在循環(huán)水泵的作用下，依次經(jīng)過液體加熱模塊、循環(huán)水泵、霧化流量控制器后進入霧化噴射室，由霧化噴頭噴射進行循環(huán)。

綜上可知，本發(fā)明氣體加濕系統(tǒng)能夠為大流量的氣體提供效率高，效果穩(wěn)定的加濕，同時該氣體加濕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，成本較低，加濕響應(yīng)速度快，加濕溫度可調(diào)節(jié)。該氣體加濕系統(tǒng)尤其能夠滿足大功率燃料電池系統(tǒng)(尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng))的加濕需求。

上述的對實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這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，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和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。