CN111403777A - 电堆壳体的通风换气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电堆壳体的通风换气系统，燃料电池的空气依次经由空滤器、第一管路、空压机、第二管路、中冷器以及第三管路后进入电堆，通风换气系统包括第四管路、三通阀、第五管路、稀释气进口以及稀释风扇。第四管路的一端连通于第一管路；三通阀的一个进气口连通于第四管路的另一端；第五管路的一端连通于三通阀的出气口；稀释气进口设置在电堆的壳体上，且连通于第五管路的另一端；稀释风扇设置在壳体的远离稀释气进口的一端，稀释风扇用以将壳体内的稀释气体排除壳体外；本发明的通风换气系统可将空气经由空滤器、第四管路、三通阀、第五管路、稀释气进口进入壳体内部对壳体内部的气体进行稀释后由稀释风扇排出壳体外。

Description

电堆壳体的通风换气系统
技术领域
本发明是有关于车用燃料电池系统中氢气安全管理技术领域，特别是有关于车用燃料电池系统电堆密闭式壳体的通风换气系统。
背景技术
燃料电池系统发动机是用于一种新能源汽车用的动力系统。燃料电池系统发动机利用燃料氢气和氧化剂空气的电化学反应对外输出电能。
在正常的车用环境中，大量的扬尘和水分会附着堆积在燃料电池系统表面，这对燃料电池系统的正常运行造成了巨大的威胁，特别是电堆模块，因此需要给电堆模块制作一个密闭式的外壳，隔绝环境中的灰尘和水，提高整个系统的防护等级，但在电堆正常运行过程中，往往会有一定量的氢气以及水汽从电堆内部逸出，并在密闭的壳体空间内累积，一方面随着累积的氢气浓度不断上升，极易引发爆炸；另一方面不断聚集的水汽附着在电堆的带电部件上，会拉低整体的绝缘电阻，甚至会引发短路故障，因此需要对密闭的电堆壳体采取必要的通风吹扫措施，保证电堆壳体内部环境安全稳定。
现有技术目前普遍采用下列几种通风换气系统：
如图1所示，专利CN201220186823.4提出了一种封闭式燃料电池系统的通风装置，该方案直接引用空压机压后的空气对电堆壳体进行吹扫，但压后空气之间吹入壳体内，存在气体温度过高，影响电堆散热；且无独立风扇取风，压后流量存在一定损耗，且不易控制。
如图2所示，专利CN200510026005.2提出了一种燃料电池发动机的封装装置，该稀释方案选用了鼓风机向壳体内吹气，管路中设置过滤网，并用外挂式稀释风扇从电堆壳体上方将壳体内气体抽出，改方案存在无法过滤有害物质，外挂开放型进出口设计不利于防水防尘的问题。
如图3所示，专利201480079200.9，其电堆壳体通风方案为空气从空滤器10进入经过阀18和管路8后进入电堆壳体内部，后经管路9和阀19流出电堆壳体后进入空压机前端的管路，其原理是利用空压机前端管路的真空，吸入电堆壳体内部的空气，以达到稀释电堆壳体内部泄漏的氢气的目的。
上述现有技术的通风换气系统都存在如下问题：无法避免环境中有害物质在壳体换气过程中被带入壳体。无法在保证密闭的电堆壳体内部的气体流通，稀释氢气浓度，避免危险的同时，又能保证使电堆组件隔绝环境扬尘与水，使整个系统能满足IP67要求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电堆壳体的通风换气系统，其能够将空气经由空滤器、第四管路、三通阀、第五管路、稀释气进口引入电堆的壳体内部对壳体内部的气体进行稀释后由稀释风扇排出壳体外。
为实现上述目的，本发明提供了一种电堆壳体的通风换气系统，燃料电池的空气依次经由空滤器、第一管路、空压机、第二管路、中冷器以及第三管路后进入电堆，通风换气系统包括第四管路、三通阀、第五管路、稀释气进口以及稀释风扇。第四管路的一端连通于第一管路；三通阀的一个进气口连通于第四管路的另一端；第五管路的一端连通于三通阀的出气口；稀释气进口设置在电堆的壳体上，且连通于第五管路的另一端；稀释风扇设置在壳体的远离稀释气进口的一端，稀释风扇用以将壳体内的稀释气体排除壳体外；其中空气经由空滤器、第四管路、三通阀、第五管路、稀释气进口进入壳体内部对壳体内部的气体进行稀释后由稀释风扇排出壳体外。
在一优选的实施方式中，电堆壳体的通风换气系统还包括第六管路，其连通于三通阀的另一个进气口和第二管路之间，第六管路用以从空压机的后端及中冷器的前端抽取经空滤器过滤后的空气至稀释气进口。
在一优选的实施方式中，电堆壳体的通风换气系统还包括第七管路、第八管路以及单向阀。第七管路连通于稀释风扇的出气端；第八管路连通于第七管路，用以将稀释风扇排出的气体排入大气；单向阀设置在第七管路和第八管路之间，单向阀用以防止被排出的气体回流至壳体内。
在一优选的实施方式中，三通阀的两个出气口的不同开度，能够控制从空压机前以及空压机后取气的比例。
在一优选的实施方式中，稀释气进口位于壳体内的形状为冬菇头状。
在一优选的实施方式中，空滤器采用化学空气过滤。
与现有技术相比，本发明的电堆壳体的通风换气系统具有以下有益效果：稀释空气从化学空滤后端取气，有效的过滤了有害物质，保证进入电堆壳体稀释的空气清洁。稀释所用的空气可单独取自空滤后端、空压机前端；也可以单独取自空压机后端、中冷器前端；并能够通过控制三通阀开度来调节两处气源取气比例。稀释风扇安装于电堆壳体内部，所有接口均由密闭的管路进行连接，并用单向阀将壳体与尾排大气隔绝，保证了良好的防水防尘性能。进气口的形状采用了高性能赛车进气常用的冬菇头设计，具有高流量、低压损、气流扩散面广的特点，有效杜绝了吹扫死角。采用独立的高流量低功耗的轴流风扇，工作时产生负压抽吸壳体内气体排出壳体通向大气，不影响空气主路上的背压调压效果，且可满足全速域下的换气稀释需求。
附图说明
图1是根据现有技术一实施方式的通风系统的结构原理图；
图2是根据现有技术另一实施方式的通风系统的结构原理图；
图3是根据现有技术又一实施方式的通风系统的结构原理图；
图4是根据本发明一实施方式的电堆壳体的通风换气系统的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-空滤器，2-空压机，3-三通阀，4-中冷器，5-稀释气进口，6-壳体，7-电堆，8-稀释风扇，9-单向阀，10-第一管路，11-第二管路，12-第三管路，13-第四管路，14-第五管路，15-第六管路，16-第七管路，17-第八管路。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图4所示，根据本发明优选实施方式的一种电堆壳体的通风换气系统，燃料电池的空气依次经由空滤器1、第一管路10、空压机2、第二管路11、中冷器4以及第三管路12后进入电堆7，通风换气系统包括第四管路13、三通阀3、第五管路14、稀释气进口5以及稀释风扇8。
在本实施方式中，第四管路13的一端连通于第一管路10，三通阀3的一个进气口连通于第四管路13的另一端，第五管路14的一端连通于三通阀3的出气口，稀释气进口5设置在电堆7的壳体6上，且连通于第五管路14的另一端，稀释风扇8设置在壳体6的远离稀释气进口5的一端，稀释风扇8用以将壳体6内的稀释气体排除壳体6外。这样空气经由空滤器1、第四管路13、三通阀3、第五管路14、稀释气进口5进入壳体6内部对壳体6内部的气体进行稀释后由稀释风扇8排出壳体6外。在一些实施方式中，稀释气进口5位于壳体6内的形状为冬菇头状，这样的设计具有高流量、低压损、气流扩散面广的特点，有效杜绝了吹扫死角的问题。在一些实施方式中，空滤器1采用化学空气过滤，有效的过滤了有害物质，保证进入电堆7壳体6稀释的空气清洁。
在本实施方式中，电堆壳体的通风换气系统还包括第六管路15，其连通于三通阀3的另一个进气口和第二管路11之间，第六管路15用以从空压机2的后端及中冷器4的前端抽取经空滤器1过滤后的空气至稀释气进口5。在一些实施方式中，三通阀3的两个出气口的不同开度，能够控制从空压机2前以及空压机2后取气的比例。
在本实施方式中，电堆壳体的通风换气系统还包括第七管路16、第八管路17以及单向阀9。第七管路16连通于稀释风扇8的出气端。第八管路17连通于第七管路16，用以将稀释风扇8排出的气体排入大气。单向阀9设置在第七管路16和第八管路17之间，单向阀9用以防止被排出的气体回流至壳体6内。
在一些实施方式中，本电堆7壳体6的通风换气系统的所有接口均由密闭的管路进行连接，并用单向阀9将壳体6与尾排大气隔绝，保证了良好的防水防尘性能。
综上所述，本发明的电堆壳体的通风换气系统具有以下优点：稀释空气从化学空滤后端取气，有效的过滤了有害物质，保证进入电堆壳体稀释的空气清洁。稀释所用的空气可单独取自空滤后端、空压机前端；也可以单独取自空压机后端、中冷器前端。并能够通过控制三通阀开度来调节两处气源取气比例。稀释风扇安装于电堆壳体内部，所有接口均由密闭的管路进行连接，并用单向阀将壳体与尾排大气隔绝，保证了良好的防水防尘性能。进气口的形状采用了高性能赛车进气常用的冬菇头设计，具有高流量、低压损、气流扩散面广的特点，有效杜绝了吹扫死角。采用独立的高流量低功耗的轴流风扇，工作时产生负压抽吸壳体内气体排出壳体通向大气，不影响空气主路上的背压调压效果，且可满足全速域下的换气稀释需求。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种电堆壳体的通风换气系统，燃料电池的空气依次经由空滤器、第一管路、空压机、第二管路、中冷器以及第三管路后进入电堆，其特征在于，所述通风换气系统包括：
第四管路，其一端连通于所述第一管路；
三通阀，其一个进气口连通于所述第四管路的另一端；
第五管路，其一端连通于所述三通阀的出气口；
稀释气进口，其设置在所述电堆的壳体上，且连通于所述第五管路的另一端；以及
稀释风扇，其设置在所述壳体的远离所述稀释气进口的一端，所述稀释风扇用以将所述壳体内的稀释气体排除所述壳体外；
其中空气经由所述空滤器、所述第四管路、所述三通阀、所述第五管路、所述稀释气进口进入所述壳体内部对所述壳体内部的气体进行稀释后由所述稀释风扇排出所述壳体外。
2.如权利要求1所述的电堆壳体的通风换气系统，其特征在于，还包括第六管路，其连通于所述三通阀的另一个进气口和所述第二管路之间，所述第六管路用以从所述空压机的后端及所述中冷器的前端抽取经所述空滤器过滤后的空气至所述稀释气进口。
3.如权利要求1所述的电堆壳体的通风换气系统，其特征在于，还包括：
第七管路，其连通于所述稀释风扇的出气端；
第八管路，其连通于所述第七管路，用以将所述稀释风扇排出的气体排入大气；以及
单向阀，其设置在所述第七管路和所述第八管路之间，所述单向阀用以防止被排出的气体回流至所述壳体内。
4.如权利要求2所述的电堆壳体的通风换气系统，其特征在于，所述三通阀的两个出气口的不同开度，能够控制从所述空压机前以及所述空压机后取气的比例。
5.如权利要求2所述的电堆壳体的通风换气系统，其特征在于，所述稀释气进口位于壳体内的形状为冬菇头状。
6.如权利要求1所述的电堆壳体的通风换气系统，其特征在于，所述空滤器采用化学空气过滤。
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