CN209496957U - 一种燃料电池空气供给系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池空气供给系统，该系统包括依次连通的空气过滤器、第一单向止回阀、空压机和中冷器，依次连通的第二单向止回阀、背压限流装置和消音器，以及增湿器；所述中冷器远离所述空压机的一端与所述增湿器的第一入口连通，所述第二单向止回阀远离所述背压限流装置的一端与所述增湿器的第二出口连通；所述增湿器的第一出口用于与燃料电池的电堆的空气入口连通，所述增湿器的第二入口用于与所述电堆的空气出口连通。本实用新型提供的技术方案可以降低成本，而且保证燃料电池安全、高效、正常、平稳地工作。

Description

一种燃料电池空气供给系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池空气供给系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将燃料(氢气)和氧化剂(空气)的化学能转换为电能的装置。由于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，并且附加产物只有水，因此燃料电池具有能量转换效率高以及环境友好等特点。

在燃料电池系统中，由空气供给系统提供空气作为氧化剂以完成电化学反应，该空气供给系统对燃料电池电堆的电化学反应产生直接的影响。由于质子交换膜燃料电池电堆运行条件较为苛刻，其空气供给系统需要提供严格的可控的压强、温度、湿度和流量的空气进入电堆，以保证电堆高效运行工作。

但是，在空气供给系统中，对管路空气难以进行有效控制，例如，由于燃料电池工作工程中电堆内的空气压力比空压机入口压力高，在运行过程中或降载过程中，有可能会形成负压，易给电堆造成欠压，影响电堆正常工作。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种燃料电池空气供给系统。

本实用新型提供的一种燃料电池空气供给系统包括依次连通的空气过滤器、第一单向止回阀、空压机和中冷器，依次连通的第二单向止回阀、背压限流装置和消音器，以及增湿器；所述中冷器远离所述空压机的一端与所述增湿器的第一入口连通，所述第二单向止回阀远离所述背压限流装置的一端与所述增湿器的第二出口连通；所述增湿器的第一出口用于与燃料电池的电堆的空气入口连通，所述增湿器的第二入口用于与所述电堆的空气出口连通。

本实用新型提供的燃料电池空气供给系统的有益效果是，空气经空气过滤器过滤后，流向只能正向导通而无法反向导通的第一单向止回阀，可在因大变载的情况造成电堆内负压时，防止空气输入管路内的空气倒流现象，从而降低电堆欠气的风险。空压机用于提供压缩空气给电堆，由于空气被空压机压缩时，会因做功而使空气温度显著上升，为了保证合适温度和湿度的空气进入电堆，在空压机和电堆之间设置中冷器和增湿器，分别对待进入电堆的压缩空气进行冷却和加湿。从电堆空气出口流出的空气再次经过增湿器，随后流经只能正向导通而无法反向导通的第二单向止回阀，可在燃料电池停止工作时，防止外界污染气体进入电堆将其污染。位于第二单向止回阀下游的背压限流装置可通过限流的方式在空气输出管路内提供合适的背压，保证电堆可以平稳运行。消音器可减少因空压机产生的噪音。本系统结构简单，不仅可以降低设备成本，还可保证燃料电池的安全、高效、正常、平稳工作。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述第一单向止回阀用于使管路空气只能沿所述空气过滤器至所述空压机的方向流动。

采用上述进一步方案的有益效果是，在空气供给系统的输入管路内，空气只能沿从空气过滤器至空压机的方向流动，可在因大变载的情况造成电堆内负压时，防止空气输入管路内的空气倒流现象，从而降低电堆欠气的风险。

进一步，所述第二单向止回阀用于使管路空气只能沿所述增湿器至所述背压限流装置的方向流动。

采用上述进一步方案的有益效果是，在空气供给系统的输出管路内，空气只能沿从增湿器至背压限流装置的方向流动，可在燃料电池停止工作时，防止外界污染气体进入电堆将其污染，从而避免电堆“中毒”。

进一步，所述空气过滤器包括物理过滤器和/或化学过滤器。

采用上述进一步方案的有益效果是，物理过滤器主要过滤空气中的灰尘，化学过滤器主要过滤空气中的化学污染物，经过滤后的空气更为纯净和“安全”，可以保证燃料电池的长期稳定运行。

进一步，所述背压限流装置包括柱状结构，所述柱状结构上设置有喇叭形通孔，所述喇叭形通孔的第一开口用于与所述第二单向止回阀连接，所述喇叭形通孔的第二开口用于与所述消音器连接，所述第一开口的面积大于所述第二开口的面积。

采用上述进一步方案的有益效果是，背压限流装置的喇叭形通孔的较大开口与第二单向止回阀连接，较小开口与消音器连接，也就是，从电堆空气出口流出的空气在流经背压限流装置时，流通管路的口径在不断缩小。根据伯努利原理，口径大的部分流体流速慢其压力大，口径小的部分流体流速快其压力小，从而可在空气输出管路上实现背压效果，保证电堆在每个功率等级上实现背压，稳定运行。并且，管状结构的背压限流装置具有结构简单、安装方便及成本低廉等特点。

进一步，所述柱状结构的截面形状为圆形或矩形。

采用上述进一步方案的有益效果是，背压限流装置主体可为圆柱体、矩形体或其他根据实际情况而定的形状，可保证对不同环境、不同需求下的燃料电池空气供给系统的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的燃料电池空气供给系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的背压限流装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供的燃料电池空气供给系统包括依次连通的空气过滤器1、第一单向止回阀2、空压机3和中冷器4，依次连通的第二单向止回阀7、背压限流装置8和消音器9，以及增湿器5；中冷器4远离空压机3的一端与增湿器5的第一入口连通，第二单向止回阀7远离背压限流装置8的一端与增湿器5的第二出口连通；增湿器5的第一出口用于与燃料电池的电堆6的空气入口连通，增湿器5的第二入口用于与电堆6的空气出口连通。

在本实施例中，空气经空气过滤器1过滤后，流向只能正向导通而无法反向导通的第一单向止回阀2，可在因大变载的情况造成电堆6内负压时，防止空气输入管路内的空气倒流现象，从而降低电堆6欠气的风险。空压机3用于提供压缩空气给电堆6，由于空气被空压机3压缩时，会因做功而使空气温度显著上升，为了保证合适温度和湿度的空气进入电堆6，在空压机3和电堆6之间设置中冷器4和增湿器5，分别对待进入电堆6的压缩空气进行冷却和加湿。从电堆6空气出口流出的空气再次经过增湿器5，随后流经只能正向导通而无法反向导通的第二单向止回阀7，可在燃料电池停止工作时，防止外界污染气体进入电堆6将其污染。位于第二单向止回阀7下游的背压限流装置8可通过限流的方式在空气输出管路内提供合适的背压，保证电堆6可以平稳运行。消音器9可减少因空压机产生的噪音。本系统结构简单，不仅可以降低设备成本，还可保证燃料电池的安全、高效、正常、平稳工作。

需要注意的是，图中箭头为燃料电池正常运行时，空气供给系统中的空气流向示意。另外，增湿器5的第一入口及其对应的第一出口可视为位于空气输入管路上，第一入口可理解为干燥气体入口，第一出口可理解为加湿气体出口。增湿器5的第二入口及其对应的第二出口可视为位于空气输出管路上，第二入口可理解为电堆排气入口，第二出口可理解为电堆排气出口。

优选地，第一单向止回阀2用于使管路空气只能沿空气过滤器1至空压机3的方向流动。

在空气供给系统的输入管路内，空气只能沿从空气过滤器1至空压机3的方向流动，可在因大变载的情况造成电堆6内负压时，防止空气输入管路内的空气倒流现象，从而降低电堆6欠气的风险。

优选地，第二单向止回阀7用于使管路空气只能沿增湿器5至背压限流装置8的方向流动。

在空气供给系统的输出管路内，空气只能沿从增湿器5至背压限流装置8的方向流动，可在燃料电池停止工作时，防止外界污染气体进入电堆6将其污染，从而避免电堆“中毒”。

优选地，空气过滤器1包括物理过滤器和/或化学过滤器。

物理过滤器主要过滤空气中的灰尘，化学过滤器主要过滤空气中的化学污染物，经过滤后的空气更为纯净和“安全”，可以保证燃料电池的长期稳定运行。

优选地，如图2所示，背压限流装置8包括柱状结构，所述柱状结构上设置有喇叭形通孔，所述喇叭形通孔的第一开口81用于与第二单向止回阀7连接，所述喇叭形通孔的第二开口82用于与消音器9连接，第一开口81的面积大于第二开口82的面积。

背压限流装置8的喇叭形通孔的较大开口，即第一开口81与第二单向止回阀7连接，较小开口，即第二开口82与消音器9连接，也就是，从电堆空气出口流出的空气在流经背压限流装置8时，流通管路的口径在不断缩小。根据伯努利原理，口径大的部分流体流速慢其压力大，口径小的部分流体流速快其压力小，从而可在空气输出管路上实现背压效果，保证电堆6在每个功率等级上实现背压，稳定运行。并且，管状结构的背压限流装置8具有结构简单、安装方便及成本低廉等特点。

另外，相较于传统的成本高昂、体积较大的背压阀，本申请中的背压限流装置8成本较低、体积可控、容易安装且能提高燃料电池的功率密度。

需要注意的是，喇叭形通孔可以为从第一开口81到第二开口82口径逐渐缩小的锥形结构或类锥形结构。其也可以为从第一开口81逐渐缩小至截面为第三开口83，然后保持第三开口83延伸至与口径相同的第二开口82处的结构，即，包括一个口径逐渐缩小的锥形结构或类锥形，以及一个继续沿较小口径面延伸的圆柱形结构。

优选地，所述柱状结构的截面形状为圆形或矩形。

背压限流装置8主体可为圆柱体、矩形体或其他根据实际情况而定的形状，可保证对不同环境、不同需求下的燃料电池空气供给系统的适用性。

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

Claims (6)

1.一种燃料电池空气供给系统，其特征在于，包括依次连通的空气过滤器(1)、第一单向止回阀(2)、空压机(3)和中冷器(4)，依次连通的第二单向止回阀(7)、背压限流装置(8)和消音器(9)，以及增湿器(5)；所述中冷器(4)远离所述空压机(3)的一端与所述增湿器(5)的第一入口连通，所述第二单向止回阀(7)远离所述背压限流装置(8)的一端与所述增湿器(5)的第二出口连通；所述增湿器(5)的第一出口用于与燃料电池的电堆(6)的空气入口连通，所述增湿器(5)的第二入口用于与所述电堆(6)的空气出口连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池空气供给系统，其特征在于，所述第一单向止回阀(2)用于使管路空气只能沿所述空气过滤器(1)至所述空压机(3)的方向流动。

3.根据权利要求1所述的燃料电池空气供给系统，其特征在于，所述第二单向止回阀(7)用于使管路空气只能沿所述增湿器(5)至所述背压限流装置(8)的方向流动。

4.根据权利要求1所述的燃料电池空气供给系统，其特征在于，所述空气过滤器(1)包括物理过滤器和/或化学过滤器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池空气供给系统，其特征在于，所述背压限流装置(8)包括柱状结构，所述柱状结构上设置有喇叭形通孔，所述喇叭形通孔的第一开口(81)用于与所述第二单向止回阀(7)连接，所述喇叭形通孔的第二开口(82)用于与所述消音器(9)连接，所述第一开口(81)的面积大于所述第二开口(82)的面积。

6.根据权利要求5所述的燃料电池空气供给系统，其特征在于，所述柱状结构的截面形状为圆形或矩形。