CN210349982U - 一种用于氢燃料电池的气体混配装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于氢燃料电池的气体混配装置，包括由上端盖、罐体和下端盖形成的圆柱形混配罐，上端盖内侧设置有用于混配气体过滤的过滤器，上端盖外侧依次设置有压力传感器、氧气浓度传感器和超压排空阀，所述的罐体一边侧壁沿切线方向设置有空气进气道和氧气进气道，一边侧壁沿切线方向设置有燃料电池电堆尾气进气道，所述的下端盖上设置有集液器，所述的集液器上设置有液位开关和电磁阀。本实用新型采用多功能一体化设计和气体旋转混配技术，有效实现对混配气体压力和浓度监测、气体增湿、气液分离和气体过滤，且具有结构简单、技术难度低、安装运输方便、制造和维护成本低，适于规模化生产等优点。

Description

一种用于氢燃料电池的气体混配装置

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种用于氢燃料电池的气体混配装置。

背景技术

氢燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有高能量转换效率、高能量密度、低振动噪声、零排放等优点。因此，氢燃料电池被视为21世纪清洁、高效的理想动力装置，是解决资源匮乏和污染恶化这两大问题重要的途径，在新能源汽车、绿色船舶领域具有广阔发展和应用前景。

燃料电池电堆作为燃料电池发电装置的核心部件，其高发电效率的指标一直是人们所追求的。目前，国内外专家学者采取的主要技术途径是改进燃料电池电堆本体，如双极板结构优化、膜电极材料优化等，但是这对设计人员的专业素质、工艺设备精度、材料的先进性要求较高，且技术难度较大。基于此，本实用新型提出采用气体混配供气技术，即通过氧气与空气混配，增加供给燃料电池电堆阴极气体中氧气浓度，从而实现燃料电池电堆的发电效率的提升。

公告号为CN109316987A、名称为“气体混配方法及气体混配系统”的中国实用新型专利公开了一种气体混配方法及气体混配系统，其混气装置包括混配罐和真空泵，且混配灌上设置有压力控制器，实现气体接收、混合和压力实时监测。公告号为CN202921183U、名称为“一种氧气和氩气自动混气设备”的中国实用新型专利公开了一种气体自动混配设备，其混气装置为气体混配器，且其出气管道设置氧气分析仪，实现对氧气浓度的监测。

上述气体混配装置可实现对混配气体压力和浓度的监测，满足一般用户的使用需求，但对于对混配气体性能要求严格的燃料电池电堆来说，还不能满足使用需求：燃料电池电堆不仅需要对阴极气体的压力和浓度监测，还需要对阴极气体湿度、水分和质量有严格要求。

实用新型内容

基于此，本实用新型设计了一种用于氢燃料电池的气体混配装置，该系统能够实现对空气/氧气混配气体压力和浓度监测、气体增湿、气液分离和气体过滤，有效提升燃料电池电堆的发电效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于氢燃料电池的气体混配装置，包括由上端盖、罐体和下端盖通过螺栓依次连接形成的圆柱形混配罐，所述的上端盖内侧设置有用于混配气体过滤的过滤器，上端盖外侧依次设置有压力传感器、氧气浓度传感器和超压排空阀，所述的罐体一边侧壁沿切线方向设置有空气进气道和氧气进气道，一边侧壁沿切线方向设置有燃料电池电堆尾气进气道，所述的下端盖上设置有集液器，所述的集液器上设置有液位开关和电磁阀。

所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其混配罐材质为316不锈钢。

所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其过滤器材质为316不锈钢，过滤层微孔直径为2um，通过螺栓与混配灌上端盖连接。

所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其压力传感器和氧气浓度传感器通过螺纹与上端盖连接，且设置在过滤器通径内，用于混配气体压力和浓度监测；所述的超压排空阀类型为机械阀，通过螺纹与上端盖连接，用于混配气体超压自动排空。

所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其集液器材质为316不锈钢，通过螺栓与下端盖连接。

所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其液位开关和电磁阀通过螺纹与集液器连接，液位开关在集液器沉积的液态水过多时导通，电磁阀打开将液态水排出。

本实用新型的有益效果在于：

1，本实用新型采用多功能一体化设计，有效地将混配气体压力和浓度监控、气体增湿、气体过滤和气液分离功能集成在一个可移动的混配罐；

2，本实用新型采用气体旋转混配技术，使空气、氧气和燃料电池电堆尾气均沿混配灌体切线方向进气，实现罐内气体的增湿、气液分离和均匀混配；

3，本实用新型系统结构简单、技术难度低、安装运输方便、制造和维护成本低，适于规模化生产。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的原理示意图。

各附图标记为：3-1—混配罐，1-1－上端盖，1-2－罐体，1-2-1－空气进气道，1-2-2－氧气进气道，1-2-3－尾气进气道，1-3－下端盖，3-2—过滤器，3-3—压力传感器，3-4－氧气浓度传感器，3-5－超压排空阀，3-6－集液器，3-7－液位开关，3-8—电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明，实施例如下。

如图1所示，本实用新型公开了一种用于氢燃料电池的气体混配装置，包括混配罐3-1、过滤器3-2、压力传感器3-3、氧气浓度传感器3-4、超压排空阀3-5、集液器3-6、液位开关3-7、电磁阀3-8。所述的混配罐3-1材质为316不锈钢，包括通过螺栓依次连接的上端盖1-1、罐体1-2和下端盖1-3，用于气体增湿、气液分离和均匀混配。所述的罐体1-2一边侧壁沿切线方向设置有空气进气道1-2-1和氧气进气道1-2-2，一边侧壁沿切线方向设置有燃料电池电堆尾气进气道1-2-3，所述的过滤器3-2材质为316不锈钢，过滤层微孔直径为2um，通过螺栓与上端盖1-1连接，用于混配气体的过滤。所述的压力传感器3-3和氧气浓度传感器3-4通过螺纹与混配灌上端盖1-1连接，且设置在过滤器3-2通径内，用于混配气体压力和浓度监测。所述的超压排空阀3-5类型为机械阀，通过螺纹与混配灌上端盖1-1连接，用于混配气体超压自动排空。所述的集液器3-6材质为316不锈钢，通过螺栓与与混配灌下端盖1-3连接。所述的液位开关3-7和电磁阀3-8通过螺纹与集液器3-6连接，液位开关3-7将收集的信号反馈给电磁阀8，进行集液器3-6内液态水排放。

如图2所示，结合本实用新型的结构，对本实用新型的技术原理作如下说明：

工作状态下，电堆阴极电化学反应的尾气与空气、氧气从混配罐3-1切线方向的进气道进入，在罐体1-2内壁的导向下，形成气旋，一方面使尾气、空气和氧气混配均匀，另一方面使混合气中的液态水产生离心运动，降落在罐体1-2内壁上，在重力的作用下流向混配罐3-1底部，实现气水分离。

沉积在混配罐3-1底部集液器3-6的液态水蒸发汽化后，对混配气体增湿，当集液器3-6沉积的液态水过多时，液位开关3-7导通，电磁阀3-8打开，将液态水排出集液器3-6。

安装在混配灌上端盖1-1上的氧气浓度传感器3-4用于混配气体浓度监测，可将收集信号反馈给空气和氧气供给管路上的电动阀组，在氧气浓度高时增加空气的进气量，并减小氧气的进气量，氧浓度低时反之。

安装在混配灌上端盖1-1上的压力传感器3-3用于混配气体压力的监测，超压排空阀3-5用于混配气体超压自动排空，过滤器3-2一方面将混配气体中的杂质过滤掉，另一方面对混配气体中的液态水进行二次分水。

最后，实现为燃料电池电堆阴极供应一定压力、湿度、水分和氧气浓度的高质量混配气体。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其特征在于：包括由上端盖（1-1）、罐体（1-2）和下端盖（1-3）通过螺栓依次连接形成的圆柱形混配罐（3-1），所述的上端盖（1-1）内侧设置有用于混配气体过滤的过滤器（3-2），上端盖（1-1）外侧依次设置有压力传感器（3-3）、氧气浓度传感器（3-4）和超压排空阀（3-5），所述的罐体（1-2）一边侧壁沿切线方向设置有空气进气道（1-2-1）和氧气进气道（1-2-2），一边侧壁沿切线方向设置有尾气进气道（1-2-3），所述的下端盖（1-3）上设置有集液器（3-6），所述的集液器（3-6）上设置有液位开关（3-7）和电磁阀（3-8）。

2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其特征在于，所述的混配罐（3-1）材质为316不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其特征在于，所述的过滤器（3-2）材质为316不锈钢，过滤层微孔直径为2um，通过螺栓与混配灌上端盖（1-1）连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其特征在于，所述的压力传感器（3-3）和氧气浓度传感器（3-4）通过螺纹与上端盖（1-1）连接，且设置在过滤器（3-2）通径内，用于混配气体压力和浓度监测；所述的超压排空阀（3-5）类型为机械阀，通过螺纹与上端盖（1-1）连接，用于混配气体超压自动排空。

5.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其特征在于，所述的集液器（3-6）材质为316不锈钢，通过螺栓与下端盖（1-3）连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的气体混配装置，其特征在于，所述的液位开关（3-7）和电磁阀（3-8）通过螺纹与集液器（3-6）连接，液位开关（3-7）在集液器（3-6）沉积的液态水过多时导通，电磁阀（3-8）打开将液态水排出。

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