CN213988958U - 一种燃料电池堆的分流装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种燃料电池堆的分流装置，适用于燃料电池堆，包括进口缓冲罐、进堆阀门组、进堆管道组、出口缓冲罐、出堆阀门组和出堆管道组；所述进堆管道组的进口端穿过所述进堆阀门组与所述进口缓冲罐的出口端连接，所述进堆管道组的出口端与所述燃料电池堆的电池单体的进口端连接；所述出堆管道组的进口端与所述燃料电池堆的电池单体的出口端连接，所述出堆管道组的出口端穿过所述出堆阀门组与所述出口缓冲罐的进口端连接。本申请可以独立控制燃料电池堆的电池单体的第一反应物通路，当单片电池单体发生故障时，可通过调节相应进堆阀门和相应出堆阀门来关闭发生故障的电池单体，不影响其它电池单体的正常运行，对燃料电池堆的整体性能影响甚微。

Description

一种燃料电池堆的分流装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池堆的分流装置。

背景技术

燃料电池的工作原理是通过通入的燃料与氧气反应，将化学能转化用于产生电能。一般地，燃料电池堆的气源通过燃料进口的公共腔均匀分配进入每节电池单体，经过电池内的流道并参与反应，剩余气体从燃料电池堆的出口的公共腔流出电堆。

目前，由于各种因素的影响，市场上的燃料电池堆在实际运行过程中，经常出现单片电池或者几片电池单体运行异常的现象(譬如电压偏低等)，若上述异常现象持续时间过长，容易导致燃料电池堆的整体性能出现不可逆转的衰减，甚至导致整个电池堆的报废，因此，通常情况下需要对出现异常现象的燃料电池堆整体进行“拆堆-修复/替换-装堆”的检修过程。该检修过程需要对燃料电池堆整体进行二次拆装，操作复杂，成本较高，而且二次拆装过程会对燃料电池堆整体造成一定的损伤，从而影响燃料电池堆的整体性能。

实用新型内容

基于此，本实用新型实施例提供一种燃料电池堆的分流装置，该装置可以避免检修过程中对燃料电池堆进行的二次拆装，简化检修操作，降低相应成本支出，也可以避免二次拆装对燃料电池堆整体造成可能的损伤。

为实现上述目的，本实用新型提出如下技术方案：

一种燃料电池堆的分流装置，适用于燃料电池堆，包括进口缓冲罐、进堆阀门组、进堆管道组、出口缓冲罐、出堆阀门组和出堆管道组；所述进堆管道组的进口端穿过所述进堆阀门组与所述进口缓冲罐的出口端连接，所述进堆管道组的出口端与所述燃料电池堆的电池单体的进口端连接；所述出堆管道组的进口端与所述燃料电池堆的电池单体的出口端连接，所述出堆管道组的出口端穿过所述出堆阀门组与所述出口缓冲罐的进口端连接。

示例性地，所述进堆管道组包括多条与所述电池单体的进口端一一对应连接的进堆管道。

示例性地，所述进堆阀门组包括多个平行设置的进堆阀门，所述进堆阀门与所述进堆管道一一对应，所述进堆管道的进口端穿过所述进堆阀门与所述进口缓冲罐的出口端连接。

示例性地，所述出堆管道组包括多条与所述电池单体的出口端一一对应连接的出堆管道。

示例性地，所述出堆阀门组包括多个平行设置的出堆阀门，所述出堆阀门与所述出堆管道一一对应，所述出堆管道的出口端穿过所述出堆阀门与所述出口缓冲罐的进口端连接。

示例性地，所述进口缓冲罐的出口端上设置有多个相互独立的第一反应物出口；所述第一反应物出口与所述进堆管道的进口端一一对应连接。第一反应物出口用于分流第一反应物，通过独立的所述第一反应物出口与所述进堆管道的进口端一一对应连接，可以有效地将所述进口缓冲罐内的第一反应物分流至所述进堆管道内。

示例性地，所述进堆管道的出口端与所述燃料电池堆的电池单体的进口端连接，将所述进堆管道内的第一反应物传输至所述电池单体。

示例性地，所述出堆管道的进口端与所述电池单体的出口端连接，将所述电池单体内的剩余第一反应物传输至所述出堆管道内。

示例性地，所述出口缓冲罐的进口端上设置有多个相互独立的第一反应物进口；所述第一反应物进口与所述出堆管道的出口端一一对应连接。第一反应物进口用于汇流反应后剩余的第一反应物，通过独立的所述第一反应物进口与所述出堆管道的出口端一一对应连接，可以有效地将所述出堆管道内的剩余第一反应物汇流至所述出口缓冲罐内，并从所述出口缓冲罐的出口端排出。

示例性地，所述燃料电池堆的分流装置还包括设置在所述燃料电池堆第一侧的第二反应物进口和冷却剂进口、设置在所述燃料电池堆第二侧的第二反应物出口和冷却剂出口；所述第二反应物进口设置在所述燃料电池堆第一侧的顶端；所述第二反应物出口设置在所述燃料电池堆第二侧的底端；所述冷却剂进口设置在所述燃料电池堆第一侧的底端；所述冷却剂出口设置在所述燃料电池堆第二侧的顶端；所述燃料电池堆的第一侧与所述燃料电池堆的第二侧相对设置。第二反应物进口和第二反应物出口采用一上一下相对设置的方式，使得第二反应物从所述第二反应物进口进入燃料电池电堆后分流到各个电池单体，可以充分地参与反应后，从所述第二反应物出口流出。类似的，冷却剂进口和冷却剂出口采用一上一下相对设置的方式，使得冷却剂从所述冷却剂进口流入燃料电池堆后分流到各个电池单体，用于充分吸收各个电池单体反应产生的热量，并将热量从所述冷却剂出口带走，实现对燃料电池堆的降温。

示例性地，所述第一反应物为燃料，所述第二反应物为氧化剂。

示例性地，所述第一反应物为氧化剂，所述第二反应物为燃料。

本实用新型提出的一种燃料电池堆的分流装置，适用于燃料电池堆，特别是适用于大功率燃料电池堆。通过将进堆管道与燃料电池堆的电池单体的进口端一一对应设置、电池单体的出口端与出堆管道一一对应设置，即进堆管道、电池单体进口端、电池单体出口端及出堆管道一一对应设置，可以独立控制燃料电池堆的电池单体的第一反应物通路，当单片所述电池单体发生故障时，可以通过调节相应的所述进堆管道上的进堆阀门和相应的所述出堆管道上的出堆阀门来关闭发生故障的电池单体，此时关闭了的故障电池单体仅作为一个导电体来使用，不影响其它电池单体的正常运行，燃料电池堆仍能满足实际使用要求，对燃料电池堆的整体性能影响甚微，避免了对燃料电池堆的二次拆装，造成整体的功能性损伤。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的燃料电池堆的分流装置的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前，由于工艺设计、材料、实际运行工况等各种因素的影响，市场上的燃料电池堆在实际运行过程中，经常出现单片电池或者几片电池单体电压偏低等运行异常的现象，若上述异常现象持续时间过长，容易导致燃料电池堆的整体性能出现不可逆转的衰减，甚至导致整个电池堆的报废，因此，通常情况下需要对出现异常现象的燃料电池堆整体进行检修：例如通过停机吹扫、提升燃料进气压力、湿度等操作改善电池堆的性能；若异常现象仍得不到解决，则需要进行“拆堆-修复/替换-装堆”的操作。该检修过程需要对燃料电池堆整体进行二次拆装，操作复杂，耗时费力，成本较高，而且会对燃料电池堆整体造成损伤，从而影响燃料电池堆的整体性能，甚至导致电池堆报废。为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种燃料电池堆的分流装置。

如图1所示，本实用新型一实施例提出的一种燃料电池堆的分流装置，适用于燃料电池堆，包括进口缓冲罐1、进堆阀门组2、进堆管道组3、出口缓冲罐4、出堆阀门组5和出堆管道组6；所述进堆管道组3的进口端穿过所述进堆阀门组2与所述进口缓冲罐1的出口端连接，所述进堆管道组3的出口端与所述燃料电池堆7的电池单体71的进口端连接；所述出堆管道组6的进口端与所述燃料电池堆7的电池单体71的出口端连接，所述出堆管道组6的出口端穿过所述出堆阀门组5与所述出口缓冲罐4的进口端连接。

示例性地，所述进堆管道组3包括多条与所述电池单体71的进口端一一对应连接的进堆管道31。

示例性地，所述进堆阀门组2包括多个平行设置的进堆阀门21，所述进堆阀门21与所述进堆管道31一一对应，所述进堆管道31的进口端穿过所述进堆阀门21与所述进口缓冲罐1的出口端连接。

示例性地，所述出堆管道组6包括多条与所述电池单体71的出口端一一对应连接的出堆管道61。

示例性地，所述出堆阀门组5包括多个平行设置的出堆阀门51，所述出堆阀门51与所述出堆管道61一一对应，所述出堆管道61的出口端穿过所述出堆阀门51与所述出口缓冲罐4的进口端连接。

示例性地，所述进口缓冲罐1的出口端上设置有多个相互独立的第一反应物出口(未标明)；所述第一反应物出口与所述进堆管道31的进口端一一对应连接。第一反应物出口用于分流第一反应物；通过独立的所述第一反应物出口与所述进堆管道31的进口端一一对应连接，可以有效地将所述进口缓冲罐内1的第一反应物分流至所述进堆管道31内。

示例性地，所述进堆管道31的出口端与所述燃料电池堆7的电池单体71的进口端连接，将所述进堆管道31内的第一反应物传输至所述电池单体71。

示例性地，所述出堆管道61的进口端与所述电池单体71的出口端连接，将所述电池单体71内的剩余第一反应物传输至所述出堆管道61内。

示例性地，所述出口缓冲罐4的进口端上设置有多个相互独立的第一反应物进口(未标明)；所述第一反应物进口与所述出堆管道61的出口端一一对应连接。第一反应物进口用于汇流反应后剩余的第一反应物；通过独立的所述第一反应物进口与所述出堆管道61的出口端一一对应连接，可以有效地将所述出堆管道61内的剩余第一反应物汇流至所述出口缓冲罐4内，并从所述出口缓冲罐4的出口端排出。

示例性地，所述燃料电池堆的分流装置还包括设置在所述燃料电池堆7第一侧的第二反应物进口81和冷却剂进口82、设置在所述燃料电池堆7第二侧的第二反应物出口83和冷却剂出口84；所述第二反应物进口81设置在所述燃料电池堆7第一侧的顶端，所述第二反应物出口84设置在所述燃料电池堆7第二侧的底端；所述冷却剂进口82设置在所述燃料电池堆7第一侧的底端；所述冷却剂出口84设置在所述燃料电池堆7第二侧的顶端；所述燃料电池堆的第一侧与所述燃料电池堆的第二侧相对设置。第二反应物进口81和第二反应物出口83采用一上一下相对设置的方式，使得第二反应物从所述第二反应物进口81进入燃料电池电堆后分流到各个电池单体71，可以充分地参与反应后，从所述第二反应物出口83流出。类似的，冷却剂进口82和冷却剂出口84采用一上一下相对设置的方式，使得冷却剂从所述冷却剂进口82流入燃料电池堆后分流到各个电池单体71，用于充分吸收各个电池单体71反应产生的热量，并将热量从所述冷却剂出口84带走，实现对燃料电池堆7的降温。

本申请的燃料电池堆的分流装置，适用于燃料电池堆，在工作过程中，第一反应物首先进入进口缓冲罐1，然后从所述进口缓冲罐1的出口端流入各进堆管道31，通过所述进堆管道31的分流作用进入燃料电池堆7中相对应的各片电池单体71，发生化学反应后，剩余的第一反应物由各片电池单体堆71内流经对应的各出堆管道61后进入出口缓冲罐4，最终从出口缓冲罐4的出口端排出。

当燃料电池堆正常运行时，设置在所述进堆管道31上的进口阀门21和设置在所述出堆管道61上的出口阀门51均处于常开状态。

当燃料电池堆运行产生异常时，比如电池单体电压偏低时，使用常规方法(停机吹扫、提升进气压力、提高温度)无法解决异常时，为了不影响燃料电池堆正在进行的正常工作，避免燃料电池堆停机，可以通过关闭电压偏低的电池单体对应的进口阀门21和出口阀门51来关闭该电池单体，此时，由于第一反应物不能进入该电池单体，不产生化学反应，因此该电池单体只是作为一个导体，但不影响其他电池单体的正常运作，对于燃料电池堆特别是大功率的燃料电池堆的整体性能影响甚微，不会影响燃料电池堆的实际使用。

示例性地，所述第一反应物为燃料时，所述第二反应物为氧化剂。

示例性地，所述第一反应物为氧化剂时，所述第二反应物为燃料。

本实用新型提出的一种燃料电池堆的分流装置，适用于燃料电池堆，特别是适用于大功率燃料电池堆。通过将进堆管道31与燃料电池堆7的电池单体71的进口端一一对应连接设置、将出堆管道61与所述电池单体71的出口端一一对应连接设置，即进堆管道、电池单体进口端、电池单体出口端及出堆管道一一对应设置，可以独立控制燃料电池堆的电池单体的第一反应物通路，当单片所述电池单体71发生故障时，可以通过调节相应的所述进堆管道31上的进堆阀门21和相应的所述出堆管道61上的出堆阀门51来关闭发生故障的电池单体，此时关闭了的故障电池单体仅作为一个导电体来使用，不影响其它电池单体的正常运行，燃料电池堆仍能满足实际使用要求，对燃料电池堆的整体性能影响甚微，避免了对燃料电池堆的二次拆装，造成整体的功能性损伤。

可以理解的是，在其他实施例中，也可以把第二反应物的进出堆结构改成本申请提出的第一反应物的进出堆结构，即第一反应物和第二反应物同时采用本申请提出的第一反应物的进出燃料电池堆的结构(即本申请的分流装置)，这种结构能够有效的保护关闭的电池单体的膜电极，防止该膜电极因单侧气压过高而造成破裂。在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池堆的分流装置，适用于燃料电池堆，其特征在于，包括进口缓冲罐、进堆阀门组、进堆管道组、出口缓冲罐、出堆阀门组和出堆管道组；所述进堆管道组的进口端穿过所述进堆阀门组与所述进口缓冲罐的出口端连接，所述进堆管道组的出口端与所述燃料电池堆的电池单体的进口端连接；所述出堆管道组的进口端与所述燃料电池堆的电池单体的出口端连接，所述出堆管道组的出口端穿过所述出堆阀门组与所述出口缓冲罐的进口端连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述进堆管道组包括多条与所述电池单体的进口端一一对应连接的进堆管道。

3.根据权利要求2所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述进堆阀门组包括多个平行设置的进堆阀门，所述进堆阀门与所述进堆管道一一对应，所述进堆管道的进口端穿过所述进堆阀门与所述进口缓冲罐的出口端连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述出堆管道组包括多条与所述电池单体的出口端连接的出堆管道。

5.根据权利要求4所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述出堆阀门组包括多个平行设置的出堆阀门，所述出堆阀门与所述出堆管道一一对应，所述出堆管道的出口端穿过所述出堆阀门与所述出口缓冲罐的进口端连接。

6.根据权利要求3所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述进口缓冲罐的出口端上设置有多个相互独立的第一反应物出口；所述第一反应物出口与所述进堆管道的进口端一一对应连接。

7.根据权利要求3所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述进堆管道的出口端与所述燃料电池堆的电池单体的进口端一一对应连接。

8.根据权利要求5所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述出堆管道的进口端与所述电池单体的出口端一一对应连接。

9.根据权利要求8所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述出口缓冲罐的进口端上设置有多个相互独立的第一反应物进口；所述第一反应物进口与所述出堆管道的出口端一一对应连接。

10.根据权利要求9所述的燃料电池堆的分流装置，其特征在于，所述燃料电池堆的分流装置还包括设置在所述燃料电池堆第一侧的第二反应物进口和冷却剂进口、设置在所述燃料电池堆第二侧的第二反应物出口和冷却剂出口；所述第二反应物进口设置在所述燃料电池堆第一侧的顶端；所述第二反应物出口设置在所述燃料电池堆第二侧的底端；所述冷却剂进口设置在所述燃料电池堆第一侧的底端；所述冷却剂出口设置在所述燃料电池堆第二侧的顶端；所述燃料电池堆的第一侧与所述燃料电池堆的第二侧相对设置。

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