CN209487619U - 歧管组件、空气供应系统及燃料电池车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种可用于燃料电池车辆的空气供应系统的歧管组件，包括：歧管组件主体，所述歧管组件主体中集成有至少四个流动孔口，其中，所述至少四个流动孔口配置成可与所述空气供应系统流体连通。如上所述，本公开的各个实施例的方案提出了用于加湿器模块的集成的歧管系统，其中集成了所有的流体流动连接、入口和出口，这使得整个系统更加紧凑，同时加湿器模块与所有其他交互部件的组装和拆解也变得更容易了。本公开还涉及一种空气供应系统以及燃料电池车辆。

Description

歧管组件、空气供应系统及燃料电池车辆

技术领域

本公开涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种歧管组件、空气供应系统以及燃料电池车辆。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是非常有发展前途的发电技术。

燃料电池系统中，氢和氧(空气中包含的氧气)进行电化学反应，产生电能。燃料电池系统例如可以应用于燃料电池车辆，并通过驱动电动机来进而驱动车辆。燃料电池系统包括电极、隔膜与集电器等。空气供应装置向燃料电池的阴极侧提供空气，氢供应装置向燃料电池的阳极侧供应氢气。

同时，在质子交换膜燃料电池的情况下，需要适量的润湿，以允许膜电极组件(Membrane Electrode Assembly,MEA)的质子交换膜正常的发挥其功能，并且为此，燃料电池系统的空气供应装置包括加湿器，用于对将要供应给燃料电池的空气进行加湿。空气供应装置的空气压缩机提供干燥的空气，加湿器通过使用由燃料电池的阴极侧排出的热的和湿润的空气中的水分，来加湿干燥的空气，并且将加湿后的空气提供给燃料电池的阴极。

由于燃料电池车辆在封装方面具有一定限制，因此需要相对体积较小的加湿方法和加湿装置。根据薄膜加湿方法的加湿器的优点在于，不需要特定的能量，并且在封装方面具有优势。根据薄膜加湿方法的加湿器通过在从燃料电池的阴极排出的热的和湿的排出气体与空气压缩机及提供的干燥空气之间进行气体-气体的湿气交换，来进行薄膜加湿。

如图1所示，空气供应系统包括空气压缩机、中间冷却器、加湿器、背压阀等，其中，空气压缩机为系统提供压缩空气。加湿器对空气进行加湿，用于供应给燃料电池组，背压阀控制来自加湿器的废气的输送。中间冷却器用于基于燃料电池温度的限制，降低压缩空气的温度。

加湿器具有不同的流动孔口，分别用于从压缩机接收空气、向燃料电池组输送空气、从燃料电池组接收空气以及向排气管排出空气。在现有的加湿系统中，所有的流动孔口位于加湿器的不同侧上，并且每个孔口都需要与相应的部件单独地连接。

在一些现有技术的系统中，所有的流动孔口位于加湿器的不同侧面上，这就需要较长的管路，导致系统成本增加，以及更大的空间占用。

空气供应系统中的背压阀(Back Pressure Valve，BPV)的作用是控制和维持空气供应系统内充分的压力。当供应压力大于系统所要求的压力时，背压阀将允许加湿器把循环的空气释放到排气管。当空气供应压力低于空气供应系统中需要的压力时，背压阀不会允许空气流动到排除路径中。

现有的空气供应系统中，背压阀被安装在远离加湿器的燃料电池系统中，在加湿器和背压阀之间需要单独的管道连接。

现有的空气供应系统中，需要一个安装支架来安装背压阀，因此在加湿器和背压阀之间需要一个管路连接。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

有鉴于现有技术缺陷中的至少一个，本公开提出一种可用于燃料电池车辆的空气供应系统的歧管组件，包括：歧管组件主体，所述歧管组件主体中集成有至少四个流动孔口，其中，所述至少四个流动孔口配置成可与所述空气供应系统流体连通。

根据本公开的一个方面，所述至少四个流动孔口包括：适于接收干燥空气的第一入口，适于向燃料电池输送经过湿润的空气的第一出口，适于从燃料电池接收湿润空气的第二入口，以及适于向排气路径中输送使用过的空气的第二出口。

根据本公开的一个方面，所述第一出口和第二入口具有非圆形的横截面。

根据本公开的一个方面，所述第一出口和所述第二入口具有矩形的横截面，所述第一出口和所述第二入口设置在所述歧管组件的同一侧上。

根据本公开的一个方面，所述歧管组件的一部分配置成可用作背压阀的阀座。

根据本公开的一个方面，所述歧管组件还包括：配置成可连通到加湿器的第一加湿器接口、第二加湿器接口、第三加湿器接口和第四加湿器接口，其中所述第一入口与所述第二加湿器接口连通，将所述干燥空气导入加湿器中；所述第三加湿器接口与所述第一出口连通，从所述加湿器接收经过湿润的空气并引导到所述第一出口；所述第一加湿器接口与所述第二入口连通，并将从燃料电池接收的湿润空气引导到所述加湿器中；所述第四加湿器接口与所述第二出口连通，从所述加湿器接收使用过的空气并引导到所述第二出口。

根据本公开的一个方面，所述第一加湿器接口、第二加湿器接口、第三加湿器接口和第四加湿器接口设置在所述歧管组件的同一侧面上，从而可方便地连接到加湿器。

本公开还涉及一种可用于燃料电池车辆的空气供应系统，包括如上所述的歧管组件。

根据本公开的一个方面，所述空气供应系统还包括加湿器，所述加湿器与所述歧管组件连接，并适于接收干燥空气，并在对干燥空气润湿之后返回给所述歧管组件。

本公开还涉及一种燃料电池车辆，包括如上所述的歧管组件。

本公开还涉及一种用于燃料电池车辆的空气供应方法，其中所述方法使用如上所述的空气供应系统实施。

本公开还涉及一种可用于燃料电池系统的加湿器模块，包括：加湿器；和歧管组件，所述歧管组件与所述加湿器连接在一起，并配置成可接收干燥空气，经过所述加湿器加湿后，送入所述燃料电池系统中，其中所述歧管组件上设置有适于接纳背压阀的阀座。

根据本公开的一个方面，所述歧管组件包括歧管组件主体，所述歧管组件主体中集成有至少四个流动孔口，其中所述至少四个流动孔口配置成可与燃料电池系统的空气供应系统流体连通。

根据本公开的一个方面，所述至少四个流动孔口包括：适于接收干燥空气的第一入口，适于向燃料电池系统输送经过湿润的空气的第一出口，适于从燃料电池系统接收湿润空气的第二入口，以及适于向排气路径中输送使用过的空气的第二出口。

根据本公开的一个方面，所述第一出口和第二入口具有非圆形的横截面。

根据本公开的一个方面，所述第一出口和所述第二入口具有矩形的横截面，所述第一出口和所述第二入口设置在所述歧管组件的同一侧上。

根据本公开的一个方面，所述歧管组件还包括：配置成可连通到加湿器的第一加湿器接口、第二加湿器接口、第三加湿器接口和第四加湿器接口，其中所述第一入口与所述第二加湿器接口连通，将所述干燥空气导入加湿器中；所述第三加湿器接口与所述第一出口连通，从所述加湿器接收经过湿润的空气并引导到所述第一出口；所述第一加湿器接口与所述第二入口连通，并将从燃料电池接收的湿润空气引导到所述加湿器中；所述第四加湿器接口与所述第二出口连通，从所述加湿器接收使用过的空气并引导到所述第二出口，所述第一加湿器接口、第二加湿器接口、第三加湿器接口和第四加湿器接口设置在所述歧管组件的同一侧面上。

本公开还涉及一种可用于燃料电池车辆的空气供应系统，包括如上所述的加湿器模块。

根据本公开的一个方面，所述空气供应系统还包括背压阀，所述背压阀设置在所述加湿器模块的歧管组件的阀座上。

本公开还涉及一种燃料电池车辆，包括如上所述的加湿器模块。

本公开还涉及一种用于燃料电池车辆的空气供应方法，其中所述空气供应方法使用如上所述的空气供应系统实施。

如上所述，本公开的各个实施例的方案提出了用于加湿器模块的集成的歧管系统，其中集成了所有的流体流动连接、入口和出口，这使得整个系统更加紧凑，同时加湿器模块与所有其他交互部件的组装和拆解也变得更容易了。本公开还提出了将背压阀的阀座集成在加湿器模块上，加湿器模块包括加湿器和集成的歧管组件。背压阀的阀座可以接纳背压阀组件(BPV)。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了一种现有的空气供应系统的示意图；

图2a和2b示出了根据本公开第一实施例的歧管组件的立体图；

图3示出了根据本公开第一实施例的歧管组件的另一个侧面的立体图；

图4示出了根据本公开第一实施例歧管组件的剖视图，其中显示了歧管组件内部的连通方式；

图5示意性地示出了加湿器；

图6示出了根据本公开第二实施例的歧管组件的装配图；和

图7示出了根据本公开第二实施例的歧管组件的爆炸分解图。

附图标记列表：

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、" 长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、 "水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、" 第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语" 安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上" 或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方 "和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

根据本公开的示意性实施方式的歧管组件、空气供应系统，可以用于为燃料电池、燃料电池车辆等提供空气以及对空气进行湿润化处理。

第一实施例

图2a、2b、图3和图4示出了根据本公开第一实施例的歧管组件1。歧管组件1可以用于燃料电池车辆的空气供应系统。当然本公开的保护范围不限于燃料电池车辆，本领域技术人员也可以构思出将本公开的歧管组件应用于其他燃料电池系统。

图2a和2b示出了歧管组件1的立体图，图3示出了歧管组件1的另一个侧面的立体图，图4示出了歧管组件1的剖视图，并示出了内部的连通关系。下面详细说明歧管组件1的具体结构。

如图2a和2b所示，歧管组件1包括歧管组件主体10，所述歧管组件主体10中集成有至少四个流动孔口，这至少四个流动孔口可以与所述空气供应系统的多个其他部件流体连通。图2中示出了歧管组件主体10中包括四个流动孔口，分别为：第一入口11，适于接收干燥空气；第一出口12，适于向燃料电池输送经过湿润的空气；第二入口13，适于从燃料电池接收湿润空气；以及第二出口14，适于向排气路径中输送使用过的空气。本公开中的“流体连通”是指二者之间存在连通通路，可供流体流动通过或交换。

其中具体而言，第一入口11例如可以与空气供应系统的中间冷却器或者空气压缩机连接，以接收送入的干燥的空气。第一出口12与燃料电池(组) 相通，并可将经过湿润的空气提供给燃料电池，供燃料电池组中进行电化学反应，生成电能。第二入口13适于与燃料电池(组)的空气出口相连接，从燃料电池中接收湿润的空气。第二出口14例如通过背压阀连接到排气路径，以排出使用过的空气。本公开的保护范围不限于如何对干燥空气进行加湿，本领域技术人员可以构思出各种加湿的方式、加湿器的具体结构来实现加湿功能。

如图2a和2b所示，除了上述四个流动孔口11、12、13、14以外，歧管组件1还可优选地包括四个加湿器接口用于与加湿器连接，分别为第一加湿器接口C、第二加湿器接口A、第三加湿器接口B和第四加湿器接口D，用于与图5所示的加湿器2相连接并共同工作，加湿器2优选包括四个歧管组件接口用于与歧管组件连接，分别为第一歧管接口C、第二歧管接口A、第三歧管接口B和第四歧管接口D。下面详细描述歧管组件1的工作过程和原理。

歧管组件1从第一入口11接收干燥空气，沿着图4中的粗箭头所示的路径，干燥空气在歧管组件1内部被引导至第二加湿器接口A，并从第二加湿器接口A送入到图5所示的加湿器2中(例如图5所示的加湿器2的左上角的开口A’)。干燥空气在加湿器中进行加湿处理，提高其中的水分含量，然后被重新导入到歧管组件1中(通过图5所示的加湿器的右下角的开口B’以及第三加湿器接口B)，第三加湿器接口B与第一出口12连通，因此加湿处理后的空气进而通过第一出口12被输送给燃料电池(组)，供燃料电池组中进行电化学反应，生成电能。

歧管组件1的第二入口13与燃料电池(组)的空气出口相连接，从燃料电池中接收湿润的空气，在歧管组件内部被引导到第一加湿器接口C，进而被送入加湿器中(例如图5所示的加湿器的右上角的开口C’)，用于对之前提到的干燥空气进行加湿处理，然后被重新导入到歧管组件1中(例如通过图5所示的加湿器的左下角的开口D’以及第四加湿器接口D)，第四加湿器接口D与第二出口14连通，因而使用过的空气通过第二出口14，通过背压阀组件，被输送给排气路径。

来自压缩器一侧(来自于空气压缩机相连的中间冷却器的)的干燥空气进入歧管入口侧孔口11后可以流动穿过歧管组件中的流动通道，到达歧管组件上设置的第二加湿器接口A。第二加湿器接口A与第二歧管组件接口A’(干燥空气入口孔口)通过管道连通(图中未示出)。干燥空气流动经过加湿器，并且在其中进行加湿。加湿后的空气将回到加湿器的第三歧管组件接口B’ (湿润空气出口孔)，第三歧管组件接口B’与第三加湿器接口B通过管道连接。进入第三加湿器接口B的加湿后的空气将流动到歧管孔口12，而歧管孔口12与第三加湿器接口B流动连通。在一个实施例中，歧管孔口12具有非圆形的横截面(例如是矩形)，并且与电池组连接，将加湿后的空气供应给燃料电池组的阴极用于进行氧化反应。

从燃料电池组的阳极排出的湿润空气通过孔口13进入歧管组件。在本公开的一个实施例中，孔口13具有非圆形的横截面(例如矩形的)，从燃料电池组接收湿润的空气。孔口13与第一加湿器接口C流动连通，第一加湿器接口C与第一歧管组件接口C’通过管道连接。进入第一歧管组件接口C’的湿润空气将穿过加湿器，并且与第二歧管组件接口A’和第三加湿器接口B之间的干燥空气路径进行热交换连通，并且用作加湿的湿润源。在加湿过程中，通过第一歧管组件接口C’进入加湿器的湿润空气一旦到达了第四歧管组件接口D’，将变得干燥或者部分干燥，第四歧管组件接口D’与歧管组件的第四加湿器接口D通过管道连接。

根据一个优选的实施例，所述第一加湿器接口C、第二加湿器接口A、第三加湿器接口B和第四加湿器接口D设置在所述歧管组件的同一侧面上，从而可以方便地连接到加湿器。

经过上述的处理，从空气供应系统的上游(诸如空气压缩机或中间冷却器)引入的干燥空气被湿润处理，并被送入燃料电池中；而燃料电池排出的空气，在被用来进行湿润处理之后，被排出到排气路径中。同时，由于至少四个流动孔口被集成在歧管组件1中，整个组件更为紧凑，安装和拆卸都更为方便。

另外，根据本公开的一个优选的实施例，第一出口12和第二入口13具有非圆形的横截面，例如图2所示的矩形的横截面，当然也包括正方形的横截面。

另外，根据本公开的一个优选的实施例，所述第一出口12和所述第二入口13设置在所述歧管组件1的同一侧上。第一入口11和第二出口14也可以设置在歧管组件1的同一侧上。

本公开中，歧管组件1和加湿器可以构成用于燃料电池系统的加湿器模块，以一种紧凑的结构提供加湿功能。

第二实施例

图6和图7示出了根据本公开的第二实施例的加湿器模块，其中包括歧管组件1’和加湿器2。其中图6示出了的是立体图，图7示出的是爆炸分解图。所述歧管组件1’与所述加湿器2连接在一起，并配置成可接收干燥空气，经过所述加湿器加湿后，送入所述燃料电池系统中。

如前所述，现有的空气供应系统中，需要一个安装支架来安装背压阀，因此在加湿器和背压阀之间需要一个管路连接。整个系统的结构较为复杂，不够紧凑。本公开的另一个方面是将背压阀的阀座集成在加湿器模块上，加湿器模块包括加湿器和集成的歧管组件。背压阀的阀座可以接纳背压阀组件(BPV)。背压阀是燃料电池系统中空气供应系统的一部分。空气供应系统中的背压阀(BPV)的作用是控制和维持空气供应系统内充分的压力。当供应压力大于系统所要求的压力时，背压阀将允许加湿器把循环的空气释放到排气管。当空气供应压力低于空气供应系统中需要的压力时，背压阀不会允许空气流动到排除路径中。

针对于此，本实施例中将歧管组件1’的一部分配置成用作背压阀3的阀座15，例如如图7所示，背压阀3可通过螺栓固定安装到阀座15上。

上述第一实施例中，关于歧管组件1的其他特征同样可以结合到第二实施例的歧管组件1’中，例如流动孔口、加湿器接口等特征。例如，可以将歧管组件的第二出口14(参考图4)的周边边缘作为背压阀3的安装阀座15。

第三实施例

如图6所示，本公开的第三实施例涉及一种空气供应系统，可用于燃料电池或者燃料电池车辆，其中包括如上所述的歧管组件1或1’。

所述空气供应系统还可包括加湿器2，加湿器与所述歧管组件1连接，并适于接收干燥空气，并在对干燥空气润湿之后返回给所述歧管组件1。所述空气供应系统还包括背压阀3，所述背压阀3设置在所述加湿器模块的歧管组件的阀座上。

第四实施例

本公开还涉及一种燃料电池车辆，包括如上所述的歧管组件1。

另外，本公开还涉及一种用于燃料电池车辆的空气供应方法，例如可以使用如上所述的空气供应系统来为燃料电池提供湿润的空气供应。

如上所述，本公开提出了一种用于加湿器模块的集成的歧管系统，其中集成了所有的流体流动连接、入口和出口，这使得整个系统更加紧凑，同时加湿器模块与所有其他交互部件的组装和拆解也变得更容易了。

本公开还提出了将背压阀的阀座集成在加湿器模块上，加湿器模块包括加湿器和集成的歧管组件。背压阀的阀座可以接纳背压阀组件(BPV)。

本公开提供一种用于加湿系统的集成的歧管组件，这个集成的歧管组件集成了所有的需要与加湿器连接的流动孔口。

在本公开的一个实施例中，湿润空气入口和干燥空气出口设置在歧管的一侧上。在可替换的实施例中，这两个孔口的横截面为矩形的。

在本公开的一个实施例中，湿润空气出口和干燥空气入口设置在加湿器模块的一侧上。在一个替换实施例中，湿润空气出口和干燥空气入口的横截面为圆形的。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于燃料电池车辆的空气供应系统的歧管组件，包括：

歧管组件主体，所述歧管组件主体中集成有至少四个流动孔口，

其中，所述至少四个流动孔口配置成可与所述空气供应系统流体连通。

2.根据权利要求1所述的歧管组件，其中所述至少四个流动孔口包括：适于接收干燥空气的第一入口，适于向燃料电池输送经过湿润的空气的第一出口，适于从燃料电池接收湿润空气的第二入口，以及适于向排气路径中输送使用过的空气的第二出口。

3.根据权利要求2所述的歧管组件，其中，所述第一出口和第二入口具有非圆形的横截面。

4.根据权利要求2所述的歧管组件，其中，所述第一出口和所述第二入口具有矩形的横截面，所述第一出口和所述第二入口设置在所述歧管组件的同一侧上。

5.根据权利要求2所述的歧管组件，其中，所述歧管组件的一部分配置成可用作背压阀的阀座。

6.根据权利要求2所述的歧管组件，其中，所述歧管组件还包括：配置成可连通到加湿器的第一加湿器接口、第二加湿器接口、第三加湿器接口和第四加湿器接口，其中所述第一入口与所述第二加湿器接口连通，将所述干燥空气导入加湿器中；所述第三加湿器接口与所述第一出口连通，从所述加湿器接收经过湿润的空气并引导到所述第一出口；所述第一加湿器接口与所述第二入口连通，并将从燃料电池接收的湿润空气引导到所述加湿器中；所述第四加湿器接口与所述第二出口连通，从所述加湿器接收使用过的空气并引导到所述第二出口。

7.根据权利要求6所述的歧管组件，其中，所述第一加湿器接口、第二加湿器接口、第三加湿器接口和第四加湿器接口设置在所述歧管组件的同一侧面上。

8.一种可用于燃料电池车辆的空气供应系统，包括如权利要求1-7中任一项所述的歧管组件。

9.根据权利要求8所述的空气供应系统，其中，所述空气供应系统还包括加湿器，所述加湿器与所述歧管组件连接，并适于接收干燥空气，并在对干燥空气润湿之后返回给所述歧管组件。

10.一种燃料电池车辆，包括如权利要求1-7中任一项所述的歧管组件。