CN211629222U

CN211629222U - 一种燃料电池系统和利用电堆废气的排氢吹扫系统

Info

Publication number: CN211629222U
Application number: CN202020019345.2U
Authority: CN
Inventors: 李玉鹏; 赵琨; 张龙海; 蒋尚峰; 余阳阳
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2030-01-06

Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池系统和利用电堆废气的排氢吹扫系统。其燃料电池系统主要包括电堆、去湿‑増湿装置、电堆空气引入气路、电堆废气排放气路、吹扫气引入气路、吹扫通道和吹扫气排放气路，以及串联在气路中的气水分离器和尾排放管等器件。利用电堆废气排放气路中的去湿装置干燥电堆废气，并将干燥后的废气通过吹扫气引入气路以及吹扫通道，吹扫壳体内聚集的氢气，再由吹扫气排放气路将气体排放至外界，从而降低壳体内聚集氢气的浓度，确保系统的安全运行。

Description

一种燃料电池系统和利用电堆废气的排氢吹扫系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池系统和利用电堆废气的排氢吹扫系统。

背景技术

随着经济与人口的快速发展，石油的过度使用导致了环境污染、全球变暖及不可再生能源匮乏等问题，为了摆脱对传统能源的过度依赖，新能源得到了快速发展。燃料电池(PEMFC) 作为一种高效、清洁的能源转换装置，非常适合作为汽车及客车的动力源。由于燃料电池材料的特性，在系统运行时，氢气一般均会外漏，此时要求系统必须能够通风以达到降低堆内氢气浓度的水平，但是目前较多的燃料电池系统以成组风扇的模式对燃料电堆进行吹排气，导致燃料电池系统的防尘防水存在问题，难以适应工程化应用，目前也有部分系统集成商采用空压机分流的方式进行吹排气，会导致较多的空气流量被分流，特别在空压机转速较高时对能耗影响巨大。

授权公告号为CN202585635U的中国实用新型专利文件公开了一种封闭式燃料电池系统的通风装置，其具体结构如图1所示。燃料电池电堆13包裹在燃料电池模块封装4内。燃料电池电堆13的进出气结构为：通过燃料电池电堆空气进气管5接收空气，并通过燃料电池电堆空气出气管6排放废气。燃料电池系统中的加湿器7的作用为：燃料电池电堆空气进气管5中的空气为经过加湿器7加湿后的气体，同时，加湿器7能够留存燃料电池电堆空气出气管6排放的废气中的一部分水份，留存的水份用于增加加湿器的増湿能力。燃料电池电堆的氢气吹扫结构为：通过与燃料电池模块封装连接的支路8吹扫氢气，并通过出气收集管1、2、3吹扫排放吹扫气体。与燃料电池模块封装连接的支路8中的吹扫气体为空压机11送向燃料电池堆空气的一部分。吹扫气体在燃料电池模块封装中，经过防暴风扇加速，吹扫后经过通风出气收集管1、2、 3排出，与被留存一部分水份后的废气一起，经过燃料电池空气尾排管18排向消音器10，最终排向外界。

上述装置虽然能够实现对电堆泄漏氢气的吹扫功能，但是与燃料电池模块封装连接的支路8是从空压机11吹向燃料电池堆13的空气中分流的一部分，当燃料电池电堆13的空气需求增加时，由于空压机11在满足燃料电池电堆13的空气需求的同时，也需要吹扫燃料电池模块封装4中聚集的氢气，因此，空压机11负荷增大，耗能增多。同时，燃料电池模块封装4中的防暴风扇，会提高燃料电池系统的结构复杂度，降低了系统的防尘防水等级。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池系统和利用电堆废气的排氢吹扫系统，用以解决燃料电池使用中，因电堆氢气泄漏而导致的氢气聚集，进而降低系统安全性。

本实用新型的燃料电池系统采用如下的技术方案：

一种燃料电池系统，包括：电堆，用于通过化学反应产生电能；吹扫通道，用于吹扫电堆泄漏的氢气；壳体，用于包裹所述电堆和所述吹扫通道；电堆废气排放气路，用于排出所述电堆经化学反应后的废气，其进气端与所述电堆相连；去湿-増湿装置，其包括去湿装置和増湿装置；所述去湿装置用于吸收所述电堆的废气的水份，其串接在所述电堆废气排放气路上；所述増湿装置用于増加进入所述电堆的空气的水份，其用于増湿的全部或部分水份来自于所述去湿装置；尾气排放管，用于将系统废气排放至外界环境；所述电堆废气排放气路包括去湿后气路，去湿后气路位于所述去湿装置的下游；所述燃料电池系统还包括吹扫气引入气路，其进气端与所述去湿后气路相连，其出气端与所述吹扫通道进口相连；所述燃料电池系统还包括吹扫气排放气路，其进气端与所述吹扫通道出口相连，其出气端与所述尾排放管相连，所述尾排放管作为所述吹扫气排放气路末端，将吹扫过的气体排放至外界环境。

有益效果为，本实用新型提供一种燃料电池系统，利用经过电堆废气排放气路中的去湿装置干燥的电堆废气，并将干燥后的废气通过吹扫气引入气路以及吹扫通道，吹扫壳体内聚集的氢气，从而降低壳体内聚集氢气的浓度，确保系统的安全运行。

进一步的，燃料电池系统还包括气水分离器，所述气水分离器具有进气口、排气口和排水口，所述气水分离器进气口连接所述去湿后气路，所述气水分离器排气口作为去湿后气路的末端连接所述吹扫气引入气路，所述气水分离器的排水口用于排放分离出的水份。

有益效果为，通过气水分离器对经过去湿装置的废气进一步干燥，保证由吹扫气引入气路进入吹扫通道的气体充分干燥，不将水份引入壳体。同时，由于没有使用排风扇组等装置，一定程度降低了系统结构复杂程度，提高了系统的防尘防水等级。

进一步的，所述气水分离器的排水口与尾排放管通过水路管道连接，用于将水份排放至外界环境。

进一步的，所述去湿-増湿装置包括一个水容器，用于暂存水；所述气水分离器的排水口与所述去湿-増湿装置的水容器相连，用于增强其増湿能力。

有益效果为，气水分离器分离出的水份可以得到再次利用，进一步增强去湿-増湿装置的増湿能力。

本实用新型的利用电堆废气的排氢吹扫系统采用如下技术方案：

利用电堆废气的排氢吹扫系统包括：电堆废气排放气路，用于排出燃料电池系统中电堆产生的废气，进气端用于与燃料电池系统的电堆相连，且穿过燃料电池系统的去湿-増湿装置；吹扫通道，用于吹扫燃料电池系统种电堆泄漏的氢气，设置于燃料电池系统的壳体内；去湿装置，串联在所述电堆废气排放气路上，去湿装置用于吸收所述电堆废气的水份，并用于向去湿-増湿装置中的増湿装置提供水份；尾排放管，用于将系统废气排放至外界；所述电堆废气排放气路包括去湿后气路，去湿后气路位于所述去湿装置的下游；所述燃料电池系统还包括吹扫气引入气路，其进气端与所述气水分离器排气口相连，其出气端与所述吹扫通道进口相连，用于向所述吹扫通道输送气体；所述燃料电池系统还包括吹扫气排放气路，其进气端与所述吹扫通道出口相连，其出气端与所述尾排放管相连，所述尾排放管作为所述吹扫气排放气路末端，将吹扫过的气体排放至外界环境。

有益效果为，本实用新型提供一种利用电堆废气的排氢吹扫系统，使电堆废气经过电堆废气排放气路中的去湿装置的干燥，从而通过吹扫气引入气路以及吹扫通道，吹扫壳体内聚集的氢气，降低壳体内聚集氢气的浓度水平，从而确保系统的安全运行。

进一步的，利用电堆废气的排氢吹扫系统还包括气水分离器，所述气水分离器具有进气口、排气口和排水口，所述气水分离器进气口连接所述去湿后气路，所述气水分离器排气口作为去湿后气路的末端连接所述吹扫气引入气路，所述气水分离器的排水口用于排放分离出的水份。

进一步的，燃料电池系统的去湿-増湿装置包括一个水容器，用于暂存水；所述气水分离器的排水口与燃料电池系统的去湿-増湿装置的水容器相连，用于增强其増湿能力。

附图说明

图1为现有技术中封闭式燃料电池系统的通风装置示意图；

图2为本实用新型燃料电池系统实施例1示意图；

图3为本实用新型燃料电池系统实施例2示意图；

图4为本实用新型燃料电池系统实施例3示意图；

图5为本实用新型燃料电池系统实施例4示意图。

图中：

1、通风出气收集管一，2、通风出气收集管二，3、通风出气收集管三，4、燃料电池模块封装，5、燃料电池电堆空气进气管，6、燃料电池电堆空气出气管，7、加湿器，8、与燃料电池模块封装连接的支路，9、燃料电池模块封装内通风气体流动方向，10、消音器，11、空压机，12、空气滤清器，13、燃料电池电堆；

21、空滤机，22、空压机，23、电堆空气引入气路，231、増湿后气路，24、去湿-増湿装置，241、増湿装置，242、去湿装置，243、水容器，25、壳体，,26、电堆，27、电堆废气排放气路，271、去湿后气路，28、气水分离器，29、吹扫气引入气路，30、吹扫通道，31、吹扫气排放气路，32、尾排放管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

燃料电池系统实施例1：

如说明书附图中图2所示，燃料电池系统的主要组成部分有：电堆单元、去湿-増湿装置 24、电堆空气引入气路23、电堆废气排放气路27、吹扫气引入气路29、吹扫通道30和吹扫气排放气路31。上述组成部分中的一些器件和相应管路连接形成了利用电堆废气的排氢吹扫系统。排氢吹扫系统的具体结构将在后面介绍。

电堆单元，包括电堆26、吹扫通道30和壳体25，电堆26和吹扫通道30位于壳体25内。

去湿-増湿装置24，其包括増湿部分和去湿部分，増湿部分为増湿装置241，去湿部分为去湿装置242，以及存在一个储水用的水容器243。増湿装置241用于增加进入电堆空气的湿度，其串联在电堆空气引入气路23上。去湿装置242用于干燥电堆废气，其串联在电堆废气排放气路27上。

电堆空气引入气路23，包括空滤机21、空压机22、去湿-増湿装置24的増湿装置241和増湿后气路231。空滤机21的出口连接在空压机22的进口，空滤机21将过滤后的空气送到空压机22中。空压机22送入的空气穿过去湿-増湿装置24中的増湿装置241，増湿装置241增加空气湿度，然后，增湿装置241的出口与増湿后气路231相连，増湿后气路231的出口与位于壳体25内的电堆26相连，向电堆26送湿润空气。

电堆废气排放气路27，包括去湿-増湿装置24的去湿装置242，去湿后气路271和气水分离器28。电堆废气排放气路27与位于壳体25内的电堆26相连，用于排出电堆26中的废气。电堆废气排放气路27穿过去湿-増湿装置24中的去湿装置242，去湿装置242分离出废气中的水份，并将水份存储在水容器243中。然后，去湿装置242的出口与去湿后气路271的进口相连，去湿后气路271的出口与气水分离器28的进气口相连。气水分离器28对废气进一步气水分离，气水分离器28的出气口作为去湿后气路271的末端，与吹扫气引入气路29相连。

吹扫气引入气路29，其进口与去湿后气路271的末端相连，出口与吹扫通道30相连。吹扫气引入气路29向吹扫通道30引入干燥的废气，用于排氢吹扫。

吹扫通道30，其利用干燥的废气吹扫壳体25内因电堆26氢气泄漏导致的聚集的氢气，并将吹扫后的气体通过其出口排向吹扫气排放气路31。

吹扫气排放气路31，其与吹扫通道30相连，并且包括尾排放管32，尾排放管32作为吹扫气排放气路31的末端，将吹扫过的气体排放至外界。

其中，顺序连接的电堆废气排放气路27(去湿装置242串接在电堆废气排放气路27上，气水分离器28作为电堆废气排放气路27的末端)、吹扫气引入气路29、吹扫通道30和吹扫气排放气路31(尾排放管32作为吹扫气排放气路31的末端)构成利用电堆废气的排氢吹扫系统。

在上述燃料电池系统实施例1的工作过程中，空压机22将经过空滤机21过滤后的空气，由电堆空气引入气路23，送入去湿-増湿装置24中的増湿装置241，被増湿的空气经过増湿后气路231由位于壳体25内的电堆26接收并参加化学反应产生电能。电堆26在发生化学反应的时候，产生的废气通过废气出口排向电堆废气排放气路27。

电堆废气排放时，废气经过串联在电堆废气排放气路27上的去湿-増湿装置24中的去湿装置242时被留存一部分水份，留存的水份可被存储在水容器243中，用来增加去湿-増湿装置24的増湿能力。去湿后的废气由电堆废气排放气路27下游的去湿后气路271流向气水分离器28。气水分离器28作为去湿后气路271的末端，将废气进一步气水分离，分离出的废气充分干燥，由排气口排出，分离出的水份由排水口排出。分离出的水份通过水路管道，流向尾排放管32，由尾排放管32排放至外界。或者，分离出的水份通过水路管道，流向去湿- 増湿装置24中的水容器243，用于增强其増湿能力。

电堆废气经过去湿后气路271末端的气水分离器28排出时，由于其气体压强约为200Kpa (近两个标准大气压)左右，因此，干燥后的废气可以不需要风扇等其他结构的助力，就能达到排氢吹扫的条件。充分干燥的电堆废气通过去湿后气路271末端吹扫气引入气路29吹向位于壳体25内的吹扫通道30，吹扫通道30通过干燥的电堆废气将因为电堆氢气泄漏而聚集的氢气吹出，通过与吹扫通道30的出口相连的吹扫气排放气路31排出壳体25。

吹扫后的气体，通过与吹扫气排放气路31相连的尾排放管32，最终排放至外界。

燃料电池系统实施例2：

如说明书附图中图3所示，燃料电池系统实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

去湿-増湿装置24是由増湿装置241和去湿装置242两个独立装置组成的，去湿装置242 中存在一个水容器243，并且増湿装置241和去湿装置242间通过水路通道相连接。

具体的连接关系与燃料电池系统实施例1中相同，在此不再赘述。

相应的，实施例2中的利用电堆废气的排氢吹扫系统，是由顺序连接的电堆废气排放气路27(去湿装置242串接在电堆废气排放气路27上，气水分离器28作为电堆废气排放气路 27的末端)、吹扫气引入气路29、吹扫通道30和吹扫气排放气路31(尾排放管32作为吹扫气排放气路31的末端)构成。

在燃料电池系统工作过程中，各器件与管路的工作方式与燃料电池系统实施例1中相同，在此不再赘述。

燃料电池系统实施例3：

如说明书附图中图4所示，燃料电池系统实施例3与实施例1基本相同，其不同之处在于：

当去湿-増湿装置24的去湿能力足够强，也就是说，去湿-増湿装置24的去湿装置242能够完全留存电堆废气中的水份，则，去湿后气路271中不再需要使用气水分离器28。电堆废气从去湿装置242中排除后，经去湿后气路271进入吹扫气引入气路29，之后由吹扫通道30 进入壳体25内吹扫氢气，并将氢气由吹扫气排放气路31排放至尾排放管32。

相应的，实施例3中的利用电堆废气的排氢吹扫系统，是由顺序连接的电堆废气排放气路27(去湿装置242串接在电堆废气排放气路27上)、吹扫气引入气路29、吹扫通道30和吹扫气排放气路31(尾排放管32作为吹扫气排放气路31的末端)构成。

燃料电池系统实施例4：

如说明书附图中图5所示，燃料电池系统实施例4与实施例3基本相同，其不同之处在于：

具体的连接关系与燃料电池系统实施例3中相同，在此不再赘述。

相应的，实施例4中的利用电堆废气的排氢吹扫系统，是由顺序连接的电堆废气排放气路27(去湿装置242串接在电堆废气排放气路27上)、吹扫气引入气路29、吹扫通道30和吹扫气排放气路31(尾排放管32作为吹扫气排放气路31的末端)构成。在燃料电池系统工作过程中，各器件与管路的工作方式与燃料电池系统实施例3中相同，在此不再赘述。

本实用新型中，利用电堆废气的排氢吹扫系统的实施例，主要由电堆废气排放气路27、吹扫气引入气路29、吹扫通道30和吹扫气排放气路31构成。这些气路或管道的构成、连接关系和工作方式，与上述燃料电池系统各实施例中描述的的利用电堆废气的排氢吹扫系统相同，在此不再赘述。

Claims

1.一种燃料电池系统，包括：

电堆，用于通过化学反应产生电能；

吹扫通道，用于吹扫电堆泄漏的氢气；

壳体，用于包裹所述电堆和所述吹扫通道；

电堆废气排放气路，用于排出所述电堆经化学反应后的废气，其进气端与所述电堆相连；

去湿-増湿装置，其包括去湿装置和増湿装置；所述去湿装置用于吸收所述电堆的废气的水份，其串接在所述电堆废气排放气路上；所述増湿装置用于増加进入所述电堆的空气的水份，其用于増湿的全部或部分水份来自于所述去湿装置；

尾排放管，用于将系统废气排放至外界环境；

其特征在于，

所述电堆废气排放气路包括去湿后气路，去湿后气路位于所述去湿装置的下游；

所述燃料电池系统还包括吹扫气引入气路，其进气端与所述去湿后气路相连，其出气端与所述吹扫通道进口相连；

所述燃料电池系统还包括吹扫气排放气路，其进气端与所述吹扫通道出口相连，其出气端与所述尾排放管相连，所述尾排放管作为所述吹扫气排放气路末端，将吹扫过的气体排放至外界环境。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括气水分离器，所述气水分离器具有进气口、排气口和排水口，所述气水分离器进气口连接所述去湿后气路，所述气水分离器排气口作为去湿后气路的末端连接所述吹扫气引入气路，所述气水分离器的排水口用于排放分离出的水份。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述气水分离器的排水口与尾排放管通过水路管道连接，用于将水份排放至外界环境。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述去湿-増湿装置包括一个水容器，用于暂存水；所述气水分离器的排水口与所述去湿-増湿装置的水容器相连，用于增强其増湿能力。

5.一种利用电堆废气的排氢吹扫系统，包括：

电堆废气排放气路，用于排出燃料电池系统中电堆产生的废气，进气端用于与燃料电池系统的电堆相连，且穿过燃料电池系统的去湿-増湿装置；

吹扫通道，用于吹扫燃料电池系统种电堆泄漏的氢气，设置于燃料电池系统的壳体内；

去湿装置，串联在所述电堆废气排放气路上，去湿装置用于吸收所述电堆废气的水份，并用于向去湿-増湿装置中的増湿装置提供水份；

尾排放管，用于将系统废气排放至外界；

其特征在于：

6.根据权利要求5所述的利用电堆废气的排氢吹扫系统，其特征在于，还包括气水分离器，所述气水分离器具有进气口、排气口和排水口，所述气水分离器进气口连接所述去湿后气路，所述气水分离器排气口作为去湿后气路的末端连接所述吹扫气引入气路，所述气水分离器的排水口用于排放分离出的水份。

7.根据权利要求6所述的利用电堆废气的排氢吹扫系统，其特征在于，所述气水分离器的排水口与尾排放管通过水路管道连接，用于将水份排放至外界环境。

8.根据权利要求6所述的利用电堆废气的排氢吹扫系统，其特征在于，燃料电池系统的去湿-増湿装置包括一个水容器，用于暂存水；所述气水分离器的排水口与燃料电池系统的去湿-増湿装置的水容器相连，用于增强其増湿能力。