[发明专利]加湿系统和带有加湿系统的燃料电池系统

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池系统(2)的加湿系统(1)，其带有用于将待加湿或经加湿的阴极气体供应到换热器(13)处的供应管(8)、带有液体供应装置(11)且带有布置在液体供应装置(11)上游的用于在流动的阴极气体中产生漩涡的涡流发生器(12)。此外，本发明涉及一种带有加湿系统的燃料电池系统。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池系统的加湿系统。此外，本发明涉及一种带有加湿系统的燃料电池系统。

背景技术

为了确保隔开阴极与阳极的膜片在燃料电池堆内的传导率，可运行一种带有经加湿的气体的燃料电池。为了加湿被供应给阴极的阴极气体通常使用加湿器，在其中水蒸气可渗透的膜片将待加湿的阴极气体与包含湿气的阴极废气隔开。

在JP 2013/036640 A中设置有水在空气加湿器的顶面处的带入。该空气加湿器在其内部中包括呈螺旋形的漩涡结构，由此由下方流入的空气被弄出漩涡且由此产生经改善的吸湿性。

US 6,579,637 B1的燃料电池系统包括在水分离器内的漩涡结构，其引起在被吸入的空气中的水微粒的分离。该系统大致呈现了权利要求1的前序部分的特征。然而其仅被用于降低在废气流中的液体。

此外，带有用于雾化水的喷射喷嘴的解决方案是已知的。水在加湿器的顶面处的带入或喷射喷嘴的使用然而可能导致在燃料电池系统的由于结冰引起的霜冻开始的情形中的问题。此外，喷射喷嘴由大量部件形成或要求使用另外的构件或部件且因此在设备方面非常昂贵。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种改善液体到阴极气体中的输入的加湿系统。此外，本发明的任务是提供一种带有这样的加湿系统的燃料电池系统。

涉及加湿系统的任务通过一种根据权利要求1的加湿系统来解决。尤其，其具有用于将待加湿或经加湿的阴极气体供应到换热器处的供应管。此外设置有液体供应装置。在液体供应装置上游布置有用于产生在流动的阴极气体中的漩涡的涡流发生器(Drallerzeuger)。

通过流体机械地被耦合到供应管中的涡流发生器，阴极气体的流动方向被如此地改变，以至于其此时同样获得在供应管的周缘方向上的速度分量。绝对的阴极气体速度于是增加，从而剪切力在流过的阴极气体与经由液体供应装置所提供的液体之间起作用。通过在供应管的管道的周缘方向上的速度分量，阴极气体对着液体流动，以此其被吸入或压入到供应管的内部中。产生液体至阴极气体的过渡的改善。在此，在阴极气体中的相对湿度在进入到燃料电池堆的阴极室中之前或(如果存在)在进入到加湿器中之前已被提升，由此加湿器那么可更小地设计。

在一种优选的实施形式中，尤其形成为增压空气冷却器的换热器具有布置在液体供应装置侧的流入接管或导气罩(Hutze)。在上游，对于流入接管而言前置有液体供应装置和涡流发生器。这样的布置是有利的，因为阴极气体借助于压缩机被供应给供应管。由于压缩，流入的阴极气体非常热，尤其在压缩机的较高负荷点的情形中，在其中许多液态水积累。由于阴极气体的提高的温度，其可非常好地吸收液体。在液体的蒸发和紧接着的到阴极气体中的吸收的情形中实现阴极气体流的稍微冷却，这使得较小的换热器或者增压空气冷却器的使用成为可能。

取决于所提出的要求，换热器在一种备选的设计方案中具有与供应管相连接的流入接管或导气罩，其中，液体供应装置与流入接管被直接或间接地连接。

备选地或补充地，流入接管相对于换热器的水平布置的中间线降低地布置。这引起如下，即，供应管同样降低地布置，这由于结构空间要求可能是必要的。此外，在许多情况中液体的抬高引导(也就是说在逆着重力的方向上)由于存在的霜冻风险是不可能的。

另一同样不必向上运输液体的可行性方案在于如下，即，大致在垂直由下方指向的定向上连接液体供应装置与供应管。