CN211829044U - 负压通风系统及燃料电池箱体负压通风系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池的通风设计领域，具体涉及一种负压通风系统及燃料电池箱体负压通风系统，出气部设置引射器，引射器的射流入口引入高压气流；引射器的引流入口与通风出口连通，使得燃料电池箱体内的压力低于环境大气压力。本实用新型实施例能够有效的降低通风系统内气流的压力及温度，尤其是在燃料电池箱体的通风设计领域，能够利用空气供给系统中的能量驱动燃料电池箱体通风系统的循环流动，不需要引入另外的能量驱动，实现通风系统出气部内负压驱动气流循环，显著降低燃料电池箱体通风的压力及温度水平，并杜绝箱体内气体外泄的可能性。

Description

负压通风系统及燃料电池箱体负压通风系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池的通风设计领域，具体涉及负压通风系统及燃料电池箱体负压通风系统。

背景技术

燃料电池电堆由若干单片单元堆叠而成，其正常工作需要干燥、清洁、绝缘的环境条件。为保证燃料电池电堆的工作环境，设计中均将燃料电池电堆放置于封闭的箱体内(简称为燃料电池箱体)，并通过设计保证箱体的防水、防尘、绝缘等要求。燃料电池系统工作过程中，燃料电池电堆的堆叠单元密封界面不可避免会有微量的反应气体泄漏，如若泄漏的反应气不能及时排出燃料电池箱体外，会在燃料电池箱体内积聚，累积到一定浓度会有爆炸的风险。燃料电池箱体需要可靠的通风系统设计，及时将泄漏的反应气体稀释、排出燃料电池箱体。

现有的燃料电池电箱通风技术主要包括两类：

一、采用电动风扇或风机作为动力源，驱动环境空气流经燃料电池箱体，稀释箱体内的反应气，并经由通风出气口排出箱体。此种方法简单、易于控制，适用于固定式燃料电池系统；但该方法不仅需要增设动力源，还需要增设独立的通风进口、出口结构；而对于车用燃料电池系统，所有进口、出口结构均需要考虑防水、防尘等要求，设计布置受限因素较多、实施难度大。

二、借助燃料电池空气供给系统。燃料电池空气供给系统由空压机驱动空气循环，在空压机吸入空气后，通过节流阀调节进入燃料电池箱体的气流；从而实现箱体内的通风。在实际操作中，基于燃料电池系统质量、材料及结构强度等因素的考虑，通常燃料电池箱体的结构耐压压力一般较低(常小于15kPag)，而燃料电池空气供给系统的压力需要根据电堆工况点进行较大调整幅度(比如低电密工况点低至30kPag，高电密工况点可高达150kPag)，故燃料电池箱体通风不仅需要满足燃料电池系统在低电密点箱体通风流量的要求、还需要控制高电密点电堆箱体压力不高于燃料电池箱体的耐压压力。而同时满足以上两项要求的节流阀的尺寸范围非常窄，匹配难度较大。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本实用新型实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的负压通风系统及燃料电池箱体的负压通风系统。

作为本实用新型实施例的一个方面，提供了一种负压通风系统，所述负压通风系统包括进气部及出气部，所述出气部设置有引射器，所述引射器的射流入口引入高压气流；所述引射器的引流入口与通风出口连通，所述引射器的引流出口排出所述射流入口与所述引流入口流入的混合气体，所述进气部包括通风进口及与所述通风进口连通的进风管路。

进一步地，所述引射器的射流入口与空压机的下游通过射流管路相连通，所述引射器的引流出口与尾排管路通过引流出口管路相连通。

进一步地，所述空压机的下游设置有中冷器，所述射流管路与中冷器的下游相连通。

进一步地，所述空压机的上游设置空气过滤器，所述进风管路与所述空气过滤器的下游相连通。

进一步地，所述射流入口与射流喉口相连通，所述射流喉口与引流入口的连通处设置引流腔，所述引流腔的一侧设置有引流出口。

进一步地，所述引流腔包括第一空腔及与所述第一空腔连通的第二空腔，所述射流喉口设置在第一空腔一侧，所述引流出口设置在所述第二空腔远离所述第一空腔一侧，所述第二空腔的直径大于所述第一空腔的直径。

作为本实用新型实施例的再一方面，提供了一种燃料电池箱体的负压通风系统，包括与燃料电池箱体内电堆连通的空气供给系统，所述空气供给系统中设置有空压机，所述燃料电池箱体上设置有通风进口及通风出口，包括如上任意所述的负压通风系统。

进一步地，所述空气供给系统还包括空气过滤器及中冷器，所述空气过滤器设置在所述空压机的上游，所述中冷器设置在所述空压机的下游。

本实用新型实施例至少实现了如下技术效果：

本实用新型实施例在负压通风系统中采用引射器结构，有效的降低通风系统的压力及气流温度，尤其是在燃料电池箱体的通风设计领域，能够利用燃料电池空气供给系统中的能量驱动燃料电池箱体通风系统的循环流动，不需要引入另外的能量驱动，即可显著降低燃料电池箱体通风的压力水平、降低通风系统中通风气流的温度，施工操作易于实施，且成本低；另外通过引射器的引流入口与通风出口连通的管路布局实现了燃料电池箱体通风系统的出气部处于负压状态，利用引流入口的负压驱动气流的循环流动，使得燃料电池箱体内的压力低于环境大气压力,杜绝燃料电池箱体内气体外泄的可能性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有技术方案中通风系统的示意图；

图2为本实用新型一实施例负压通风系统的示意图；

图3为本实用新型一实施例负压通风系统中引射器的结构示意图。

附图说明：1、空气过滤器；2、空压机；3、中冷器；4、电堆；4a、电堆空气入口；4b、电堆空气出口；5、燃料电池箱体；5a、通风进口；5b、通风出口；6、空气压力调节阀；7、引风管路；8、节流阀；9、进风管路；10、出风管路；11、引射器；11a、射流入口；11b、引流入口；11c、引流出口； 11d、射流喉口；11e、第一空腔；11f、第二空腔；12、引流出风管路；13、射流管路；14、尾排管路。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

附图和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

参见图1，现有技术中燃料电池箱体5的空气供给系统主要工作过程包括：环境空气经空气过滤器1由空压机2的入口吸入，经空压机2加压、中冷器3冷却、增湿器增湿等环节经电堆空气入口4a进入电堆4，电堆电化学反应消耗部分氧气，剩余气体经电堆空气出口4b连同水蒸气排出电堆4，流经空气压力调节阀6等部件，最终经尾排管路14排出。其中的燃料电池可以是质子交换膜燃料电池。

对比例

现有技术中利用燃料电池空气供给系统实现燃料电池箱体5通风的系统结构主要包括：引风管路7从空压机2的出口处引入通风气流，经节流阀8降压，流入进风管路9，进入燃料电池箱体5，通风气流在燃料电池箱体5内与电堆4泄漏的反应气混和稀释，汇聚于箱体通风出口5b，并流经出风管路10 汇入尾排管路14，在尾排管路14内出堆通风气流与燃料电池空气侧反应废气混合流出燃料电池系统。

在上述对比例中，通过节流阀8控制控制通风管路的压力及流量，但由于燃料电池箱体5的耐压力一般较低，而空气供给系统的压力变化较大，节流阀 8很难同时满足在低电密点箱体通风流量的要求及高电密点电堆箱体压力不高于燃料电池箱体5的耐压压力的要求。

在上述对比例中，燃料电池箱体5通风气流在空压机2出口位置引入，而空气经空压机2压缩后的出口温度较高(苛刻情况下可达近200度)，高温气流引起燃料电池箱体5内温度较高，严重影响箱体内的塑料、橡胶件的性能及寿命。

在上述对比例中，箱体通风出风管路10连通尾排管路14，在尾排管路14 内出堆通风气流与燃料电池空气侧反应废气混合流出燃料电池系统。燃料电池空气尾排气体中含有较大比例水蒸气(包含部分液态水)；在燃料电池系统运行过程中，出风管路10、燃料电池箱体5、尾排管路14等内气体压力瞬态变化，而燃料电池箱体5的通风腔体积较大，系统压力变化迟缓。在某些苛刻情况下，瞬态燃料电池箱体5通风腔的压力会低于尾排管路14压力，引起尾排气体反流，即空气侧反应废气及水蒸气经由通风管路10流入燃料电池箱体5，箱体温度低时，尾排气态水冷凝，积聚于燃料电池箱体5。

实施例一

本实施例提供一种负压通风系统，参见图2及图3，所述负压通风系统包括进气部及出气部，所述出气部设置有引射器11，所述引射器11的射流入口 11a引入高压气流；所述引射器11的引流入口11b与通风出口5b相连通，所述引射器11的引流出口11c排出所述射流入口11a与所述引流入口11b流入的混合气体，所述进气部包括通风进口5a及与所述通风进口5a连通的进风管路9。

本实施例出气部通过引射器11的引流入口11b与通风进口5a连通，射流入口11a引入高压气流，使引流入口11b处形成负压，在负压的作用下，通风气流经引射器引流入口11b引入，射流气流与引流气流混合，并随引射器引流腔内流通面积增加，在引流出口11c压力恢复。

在本实施例中进风部与出风部的气流循环的驱动为出风部引射器11的引流入口11b的负压，克服了现有技术中通风系统中循环气流的压力过高、不稳定等问题，流入通风进口的气流为常压常温气流，有效的避免了较高的压力及温度带来的风险；其中，引入的高压气流可以是需要通风的系统自带的能量驱动设备，例如燃料电池的空气供给系统的空压机2；也可以是其他的能量驱动设备。

优选地，所述引射器11的射流入口11a与空压机2的下游通过射流管路 13相连通，所述引射器11的引流出口11c通过引流出风管路12与尾排管路14相连通。其中的空压机2也可以是其他能量驱动设备，空压机下游的高压高温气流仅用于在引射器内形成负压，与引流气流混合后直接排除通风系统；无需另外布置其他管路，施工方便，节约成本，稳定性好。

优选地，所述空压机2的下游设置有中冷器3，所述射流管路13与中冷器 3的下游相连通。射流入口11a从中冷器3下游取气，气流温度较空压机2出口显著降低；可以从源头上降低进入引射器11气流的温度，进一步降低引流出口11c流出气体的温度，增加零部件的使用寿命。

优选地，所述空压机2的上游设置空气过滤器1，所述进风管路9与所述空气过滤器1的下游相连通。通过将进风管路9连接在空气过滤器1与空压机 2之间，保证了流通气流的气体质量，且不设置能量驱动，依靠出气部的负压带动进风管路9内的气流流动。

优选地，所述射流入口11a与射流喉口11d相连通，所述射流喉口11d与引流入口11b的连通处设置有引流腔，所述引流腔的一侧设置有引流出口 11c。射流喉口11d的直径小于射流入口11a，当高压气流通过射流入口11a流经射流喉口11d后，气体流速增加，在射流喉口11d的下游形成负压，通风气流受负压的驱动，经引流入口11b吸入引射器11，射流气流与引流气流混合，并随引流腔内流通面积增加，在引流出口11c压力恢复。引流入口11b与引流出口11c间的压差驱动通风气流的循环流通。

优选地，所述引流腔包括第一空腔11e及与所述第一空腔11e连通的第二空腔11f，所述射流喉口11d设置在第一空腔11e一侧，所述引流出口11c设置在所述第二空腔11f远离所述第一空腔11e一侧，所述第二空腔11f的直径大于所述第一空腔11e的直径；更有助于引流气流及射流气流的充分混合，保证压力及温度的稳定性。

本实施例的负压通风系统可以适用于燃料电池箱体，也可以适用于其他设备的通风。

实施例二

本实施例以实施例一为基础，相同部分不再赘述，参见图2及图3，本实施例提供一种燃料电池箱体负压通风系统，本实施例在燃料电池箱体负压通风系统中采用引射器结构，利用燃料电池空气供给系统中的能量驱动燃料电池箱体通风系统的循环流动。其中，燃料电池箱体5内电堆4与空气供给系统连通，所述空气供给系统中设置有空压机2，所述燃料电池箱体5上设置有通风进口5a及通风出口5b，负压通风系统包括进气部及出气部，所述出气部设置有引射器11，所述引射器11的射流入口11a引入高压气流；所述引射器11的引流入口11b与燃料电池箱体5上设置的通风出口5b相连通，所述引射器11 的引流出口11c排出所述射流入口11a与所述引流入口11b流入的混合气体，所述进气部包括燃料电池箱体5上设置的通风进口5a及与所述通风进口5a连通的进风管路9。

在本实施例中，负压通风系统出气部利用空气供给系统中的能量驱动，使燃料电池箱体内的压力低于环境大气压力,杜绝箱体内气体外泄的可能性，通过引射器引入高压气流，带动电池燃料箱体内的气流流出，显著降低燃料电池箱体通风的压力水平；同时保证总体流量水平；并且，由通风进口进入的气流为常温气流，不会造成燃料电池箱体通风温度的升高，提高了燃料电池箱体的使用寿命。

优选地，所述空气供给系统还包括空气过滤器1及中冷器3，所述空气过滤器1设置在所述空压机2的上游，所述中冷器3设置在所述空压机2的下游。所述引射器11的射流入口11a与空压机2的下游通过射流管路13相连通，所述引射器11的引流入口11b与通风出口5b通过出风管路10相连通，所述引射器11的引流出口11c与尾排管路9通过引流出风管路12相连通。

在本实施例中，引射器11的射流入口11a利用空气供给系统中的空压机 2引入高压气流，引射器11的能量来源于射流气流，不需要额外的能量驱动，没有运动元件，方案实施简单、可靠。

优选地，所述射流管路13与中冷器3的下游相连通，在本实施例中，由于中冷器3降低了经过空压机2气流的温度，故直接降低了射流管路13内的气流温度。

优选地，所述进风管路9与所述空气过滤器1的下游相连通。通过与空气过滤器1连通引入常温常压气流流入燃料电池箱体5，避免了影响箱体内的塑料、橡胶件的性能及寿命。在本实施例中，燃料电池箱体通风进口5a及通风出口5b均与低压源相连通，显著降低燃料电池箱体通风的压力水平，燃料电池箱体超压风险小。

实施例三

本实施例提供一种燃料电池箱体负压通风方法，本实施例为在燃料电池系统基础上建立的通风实施方案；其中的燃料电池系统包括燃料电池箱体5、设置在燃料电池箱体内的电堆4及与电堆4连通的空气供给系统，空气供给系统包括空压机2及与空压机2上游相连的空气过滤器1等，在燃料电池箱体5上设置通风进口5a及通风出口5b，所述负压通风方法包括：

连通通风进口5a与空气过滤器1的下游；

引射器11的射流入口11a引入空压机流出的高压气流，引射器的引流入口11b与通风出口5b连通带动燃料电池箱体5的通风气流循环流动。

优选地，空气供给系统中，空压机2的下游设置中冷器3，通过射流管路13将引射器11的射流入口11a与中冷器3的下游连通，通过引流出口11c管路连通所述引射器11的引流出口11b与空气供给系统的尾排管路14。

通过出风管路10将所述引射器11的引流入口11b与通风出口5b连通。经空压机2压缩的高压空气，经中冷器3冷却后，进入引射器11射流入口11a，经引射喉口11d节流口后气体流速增加，在引射喉口11d的下游形成负压，通风气流受负压的驱动，将燃料电池箱体5的通风气流经通风出口5b、出风管路 10、引入引射器11的引流入口11b，射流气流与引流气流混合，并随引射器11 引流腔内流通面积增加，在引流出口11c压力恢复，通过引流出口管路、尾排管路14排出引流入口11b与引流出口11c间的压差驱动通风气流在燃料电池箱体 5通风系统的循环流通。燃料电池箱体内的压力低于环境大气压力,杜绝箱体内气体外泄的可能性。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种负压通风系统，其特征在于，所述负压通风系统包括进气部及出气部，所述出气部设置有引射器，所述引射器的射流入口引入高压气流；所述引射器的引流入口与通风出口连通，所述引射器的引流出口排出所述射流入口与所述引流入口流入的混合气体，所述进气部包括通风进口及与所述通风进口连通的进风管路。

2.如权利要求1所述的负压通风系统，其特征在于，所述引射器的射流入口与空压机的下游通过射流管路相连通，所述引射器的引流出口与尾排管路通过引流出口管路相连通。

3.如权利要求2所述的负压通风系统，其特征在于，所述空压机的下游设置有中冷器，所述射流管路与中冷器的下游相连通。

4.如权利要求2所述的负压通风系统，其特征在于，所述空压机的上游设置空气过滤器，所述进风管路与所述空气过滤器的下游相连通。

5.如权利要求2所述的负压通风系统，其特征在于，所述射流入口与射流喉口相连通，所述射流喉口与引流入口的连通处设置有引流腔，所述引流腔的一侧设置引流出口。

6.如权利要求5所述的负压通风系统，其特征在于，所述引流腔包括第一空腔及与所述第一空腔连通的第二空腔，所述射流喉口设置在第一空腔一侧，所述引流出口设置在所述第二空腔远离所述第一空腔一侧，所述第二空腔的直径大于所述第一空腔的直径。

7.一种燃料电池箱体负压通风系统，包括与燃料电池箱体内电堆连通的空气供给系统，所述空气供给系统中设置有空压机，所述燃料电池箱体上设置有通风进口及通风出口，其特征在于，包括如权利要求1-6任意所述的负压通风系统。

8.如权利要求7所述的燃料电池箱体负压通风系统，其特征在于，所述空气供给系统还包括空气过滤器及中冷器，所述空气过滤器设置在所述空压机的上游，所述中冷器设置在所述空压机的下游。

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