CN106784923A - 燃料电池供气系统 - Google Patents

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欧阳启
翟双
刘德华
胡哲
林琦
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Abstract

本发明提供一种燃料电池供气系统，其通过直接将空压机的出风口与中冷器的入风口机械连接，简化了供气系统的结构，提高了系统的集成度，避免了现有技术中采用软管连接而造成的成本增加和失效风险，并且，由于空压机和电堆共用一中冷器作为冷却系统，空压机出风口的空气可以直接被冷却到电堆要求的入口温度后进入电堆，保证电堆的正常运行。

Description

燃料电池供气系统
技术领域
本发明涉及燃料电池设计领域，尤其涉及一种燃料电池供气系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种能把存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。在使用过程中，需要使用燃料电池供气系统从空气中的吸取氧气作为氧化剂完成电化学反应。实际上，由于燃料电池中电堆的不同特性，反应过程中需要的燃料电池供气系统的特性要求也不一样。由于燃料电池电堆运行条件严苛，一般而言，其供气系统侧的空压机需要提供严格可控压强、温度和流量的空气进入电堆，保证反应的高效进行。而由热力学过程可以知道，当进入空压机中的气体受到外力做功被压缩时，会造成温度的显著上升，为了保证进入电堆的温度控制，空气必须在进堆之前通过中冷器进行冷却。
在通常情况下，燃料电池系统中的供气系统将空压机和中冷器分别独立设计和安装，如图1所示。空压机1’与中冷器2’分别作为单独部件独立安装并通过一段软管3’将空压机1’的出风口和中冷器2’的入风口连接起来。工作过程中，空压机1’出风口的温度由于负载情况的快速变化而改变，并可能达到将近180摄氏度。这一恶劣的工况要求软管3’在高温下要有抗热冲击和抗高温的能力，容易造成软管寿命的下降，并在某些特定振动条件下有脱落的风险。在某些设计中，为了避免软管3’的这些缺点，会将设计改为金属管，然而这又会造成成本的增加，也会相应丧失安装的灵活性。同时，这种供气系统的设计，由于在燃料电池工作过程中电堆内的空气压力较空压机1’入风口高，在运行过程中，有可能会形成负压，这样的情况下会造成电堆欠气现象的发生，影响电堆正常工作。
发明内容
本发明提供一种燃料电池供气系统，以在保证电堆正常运行的基础上，简化了供气系统的结构，提高了集成度，降低了原有耗材所带来的失效风险和安装难度，并增加了燃料电池的安全性。
为了达到上述目的，本发明提供一种燃料电池供气系统，其包括空压机和中冷器，所述空压机的出风口与所述中冷器的入风口机械连接，所述中冷器的出风口与所述燃料电池中电堆的入口相通。
进一步的，所述空压机的入风口设有单向止回阀。
进一步的，所述单向止回阀为可调阀门。
进一步的，还包括空气滤清器，所述空压机的入风口与所述空气滤清器连接。
进一步的，所述中冷器的出风口通过通风管道与所述电堆的入口相通。
进一步的，所述通风管道为软性管道或刚性管道。
进一步的，所述空压机的出风口与所述中冷器的入风口为一体成型的刚性结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的燃料电池供气系统通过直接将空压机的出风口与中冷器的入风口机械连接，简化了供气系统的结构，提高了系统的集成度，避免了现有技术中采用软管连接而造成的成本增加和失效风险，并且，由于空压机和电堆共用一中冷器作为冷却系统，空压机出风口的空气可以直接被冷却到电堆要求的入口温度后进入电堆，保证电堆的正常运行。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为现有技术中燃料电池供气系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的燃料电池供气系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的燃料电池供气系统中空压机和中冷器的组合结构示意图。
在图1至3中，
1’、1：空压机；2’、2：中冷器；3’：软管；3：电堆；4：单向止回阀；5：空气滤清器；6：通风管道。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的燃料电池供气系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种燃料电池供气系统，其通过直接将空压机的出风口与中冷器的入风口机械连接，简化了供气系统的结构，提高了系统的集成度，避免了现有技术中采用软管连接而造成的成本增加和失效风险，并且，由于空压机和电堆共用一中冷器作为冷却系统，空压机出风口的空气可以直接被冷却到电堆要求的入口温度后进入电堆，保证电堆的正常运行。
请参考图2和图3，图2为本发明实施例提供的燃料电池供气系统的结构示意图；图3为本发明实施例提供的燃料电池供气系统中空压机和中冷器的组合结构示意图。
如图2和图3所示，本发明实施例提供一种燃料电池供气系统，其包括空压机1和中冷器2，所述空压机1的出风口与所述中冷器2的入风口机械连接，所述中冷器2的出风口与所述燃料电池中电堆3的入口相通。
本发明实施例提供的燃料电池供气系统通过直接将空压机1的出风口与中冷器2的入风口机械连接，简化了供气系统的结构，提高了系统的集成度，避免了现有技术中采用软管连接而造成的成本增加和失效风险，并且，由于空压机1和电堆3共用一中冷器2作为冷却系统，空压机1出风口的空气可以直接被冷却到电堆3要求的入口温度后进入电堆3，保证电堆3的正常运行。
进一步的，所述空压机1的入风口设有单向止回阀4。所述单向止回阀4的作用有二：一是防止在大变载工况下造成短时负压引起的空气侧的倒流，降低了电堆3欠气的风险；二是在空压机1静止状态下，防止外部杂质的进入。
在本实施例中，单向止回阀4通过螺栓与空压机1的入风口连接，其结构简单可靠。由于该连接方式为现有技术，故在此便不再赘述。
可以想到的是本发明提供的单向止回阀4还可通过其他连接方式与空压机1的入风口连接，如过盈配合方式或螺纹方式，其亦能够单向止回阀4与空压机1之间的紧密连接，故本发明也意图包含这些技术方案在内。
进一步的，所述单向止回阀4为可调阀门。
在本实施例中，所述可调阀门可通过改变内部弹簧的弹性系数可以适应不同的开启空气压力需求。由于该可调阀门的结构为现有技术，故在此便不再赘述。
可以想到的是，本发明提供的可调阀门还可为其他不同结构的阀门，只要其能够实现调节阀门开度的作用，则本发明也意图包含这些技术方案在内。
进一步的，还包括空气滤清器5，所述空压机1的入风口与所述空气滤清器5连接，以过滤从空气中吸取的空气，提高电堆3中燃料的反应质量。
进一步的，所述中冷器2的出风口通过通风管道6与所述电堆3的入口相通。在本实施例中，所述通风管道6为软性管道，以降低该燃料电池供气系统的空间需求。
可以想到的是，所述通风管道6还可为刚性管道，以在仅增加有限成本的情况下，提高通风管道6的可靠性。
进一步的，所述空压机1的出风口与所述中冷器2的入风口为一体成型的刚性结构，最大限度地降低了空压机1与中冷器2之间通路的失效风险，提升了整个燃料电池供气系统的安全性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种燃料电池供气系统，其特征在于，包括空压机和中冷器，所述空压机的出风口与所述中冷器的入风口机械连接，所述中冷器的出风口与所述燃料电池中电堆的入口相通。
2.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述空压机的入风口设有单向止回阀。
3.根据权利要求2所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述单向止回阀为可调阀门。
4.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，还包括空气滤清器，所述空压机的入风口与所述空气滤清器连接。
5.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述中冷器的出风口通过通风管道与所述电堆的入口相通。
6.根据权利要求5所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述通风管道为软性管道或刚性管道。
7.根据权利要求1至6任一项所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述空压机的出风口与所述中冷器的入风口为一体成型的刚性结构。
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