CN214542299U - 用于燃料电池系统的水箱、空气供给系统和质子交换膜燃料电池系统 - Google Patents
用于燃料电池系统的水箱、空气供给系统和质子交换膜燃料电池系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种用于燃料电池系统的水箱、空气供给系统和质子交换膜燃料电池系统，其中，所述水箱包括：储水空间(11)；将冷凝水导入所述储水空间(11)的集水口(12)；以及向加湿装置供水的吸液口(13)；所述储水空间(11)至少划分为第一子空间(111)和第二子空间(112)，所述吸液口(13)连接所述第一子空间(111)，所述第一子空间(111)内具有加热单元(14)，所述第一子空间(111)与所述第二子空间(112)流体连通。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及用于质子交换膜燃料电池系统的水箱、空气供给系统和该质子交换膜燃料电池系统。
背景技术
对于质子交换膜燃料电池系统而言，水热管理非常重要。加湿系统对反应气体进行加湿，从而保持质子交换膜具有合适的湿润度。一方面，膜中含水量过低会降低质子的传导率，增大欧姆电压损失；另一方面，电池内部液态水过多又可能造成水淹，严重降低输出性能。而热管理除了影响电池系统的输出性能外，对于系统的耐久性和寿命也格外重要。不合适的运行温度有可能对质子交换膜造成不可逆转的破坏，电堆中单电池之间的温度差异则会造成热应力的产生，导致电堆寿命衰减。
因此，保证电堆及系统各零部件维持在适宜的温湿度，增强燃料电池系统的冷启动能力，是水热管理中的重要问题。特别是当环境温度较低时，如何快速地将反应气体调节至合适的温湿度并提供给电堆是亟待解决的问题。
实用新型内容
本申请提供了一种用于燃料电池系统的水箱、空气供给系统和质子交换膜燃料电池系统，其能够解决背景技术中提到的问题。
为此，根据本申请的一个方面，公开了一种用于燃料电池系统的水箱，其包括：储水空间；将冷凝水导入所述储水空间的集水口；以及向加湿装置供水的吸液口；其中，所述储水空间至少划分为第一子空间和第二子空间，所述吸液口连接所述第一子空间，所述第一子空间内具有加热单元，所述第一子空间与所述第二子空间流体连通。
根据本申请的一示例性实施例，所述第一子空间的容积小于所述第二子空间的容积。
根据本申请的一示例性实施例，还包括测量水位高度的液位传感器，所述液位传感器设置在所述第一子空间的内部。
根据本申请的一示例性实施例，还包括测量水温的温度传感器，所述温度传感器设置在所述第一子空间的内部。
根据本申请的一示例性实施例，所述吸液口设置在所述第一子空间的下部。
根据本申请的一示例性实施例，所述集水口设置在所述第二子空间的上部。
根据本申请的一示例性实施例，还包括溢流口，所述溢流口设置在所述第二子空间的上部且高度低于所述集水口的高度。
根据本申请的一示例性实施例，所述加热单元被配置为可在加温模式和除菌模式之间切换，所述加热单元的加热时长和加热温度是可调节的。
根据本申请的另一个方面，公开了一种用于燃料电池的空气供给系统，该系统包括如前所述的水箱；进气路径，其布置有空压机，所述空压机将空气增压后提供至电堆的阴极；排气路径，其布置有气水分离器，阴极尾气从所述电堆排出后经过所述气水分离器分离出冷凝水，所述冷凝水被导入所述储水空间；以及加湿装置，将所述储水空间中的水雾化后与空气混合，并提供给所述进气路径的空压机。
根据本申请的又一个方面，公开了一种质子交换膜燃料电池系统，其包括：电堆、氢气供给系统、热管理系统和如前文所述的空气供给系统。
为了能更进一步了解本申请的特征以及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本申请加以限制。
附图说明
本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，在附图中：
图1为本申请的质子交换膜燃料电池系统中空气供给系统的一种实施方式的示意图。
图2为本申请水箱的一种具体实施方式示意图。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员确切地理解本申请要求保护的主题，下面结合附图详细描述本申请的具体实施方式。
图1为质子交换膜燃料电池系统中空气供给系统的一种实施方式的示意图。如图所示，该空气供给系统主要包括：水箱10；布置有空压机22的进气路径20，空气供给模块21提供的空气经过所述空压机22增压后被提供至电堆30的阴极；排气路径40，其布置有气水分离器41，阴极尾气从所述电堆30排出后，经过所述气水分离器41被分离为废气和冷凝水，其中，废气经排气口42排出，冷凝水被导入所述储水空间11继续参与循环反应；加湿装置23，将所述储水空间11中的水雾化后与空气混合，并提供至所述进气路径20的空压机22进行增压。图1中还包括数个制热器51、中冷器52、阀门、温度、压力传感器等部件，是为了调控空气供给系统中不同环节所需要的温度而设置。本领域技术人员可以理解，在不同的实施方式中，这些部件的数量和位置可能会根据实际需求和设计进行优化调整，此处不再赘述。
参见图1及图2所示，在本具体实施方式中，水箱10至少包括：划分为第一子空间111和第二子空间112的储水空间11；将冷凝水导入所述储水空间11的集水口12；以及向加湿装置23供水的吸液口13；所述吸液口13连接所述第一子空间111，所述第一子空间111内具有加热单元14，所述第一子空间111与所述第二子空间112流体连通。由于储水空间被划分成至少两个子空间，使得每个子空间的储水量相对变少，由此，设置在第一子空间111内的加热单元14对第一子空间111的加热效率相应地提高。
为了使得加热单元14具有更高的加热效率，在一些实施方式中，所述第一子空间111的容积小于所述第二子空间112的容积。测量液位高度的液位传感器61和测量水温的温度传感器(未图示)均设置在第一子空间111的内部，以便于实时监控第一子空间111的工作情况。
如图所示，第一子空间111与第二子空间112的底部流体连通，形成类似于连通器的设计。当第一子空间111内液体减少时，第二子空间内的液体会通过底部的连通通道自动对第一子空间的液体进行及时补充；另一方面，虽然第一子空间111与第二子空间112为流体连通，但设置在第一子空间111内的加热单元会使得第一子空间111内的水温相对于第二子空间112内的水温升高更快，更早地达到系统所需的用水温度。
为了尽可能让储水空间11中的水流动起来不至于滋生细菌，在本具体实施方式中，所述吸液口13设置在所述第一子空间111的下部；所述集水口12设置在所述第二子空间111的上部。同时，为了防止收集到的冷凝水流入过快，超过了储水空间11的承载范围，在一些实施方式中，还包括溢流口15，所述溢流口15设置在所述第二子空间111的上部且高度低于所述集水口12的高度。
考虑到质子交换膜的脆弱性，定期对系统进行清洁保养会有利于延长质子交换膜的寿命。在一些实施方式中，所述加热单元14还被配置为可在加温模式和除菌模式之间切换，所述加热单元14的加热时长和加热温度是可调节的。当调节至除菌模式时，加热单元14可以至少将第二子空间111的温度升高至杀灭细菌病毒的温度，并在高温环境下保持预设时长，以达到除菌保养的效果。
本申请同时公开了一种质子交换膜燃料电池系统，其包括：电堆、氢气供给系统、热管理系统和如前所述的空气供给系统。可以理解，具备前述结构的空气共给系统的质子交换膜燃料电池系统可以实现本申请的目的。
虽然基于特定的实施方式显示和描述了本申请，但本申请并不限制于所示出的细节。相反地，在权利要求及其等同替换的范围内，本申请的各种细节可以被改造。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池系统的水箱，其特征在于，包括：
储水空间(11)；
将冷凝水导入所述储水空间(11)的集水口(12)；以及
向加湿装置供水的吸液口(13)；
其中，所述储水空间(11)至少划分为第一子空间(111)和第二子空间(112)，所述吸液口(13)连接所述第一子空间(111)，所述第一子空间(111)内具有加热单元(14)，所述第一子空间(111)与所述第二子空间(112)流体连通。
2.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述第一子空间(111)的容积小于所述第二子空间(112)的容积。
3.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，还包括测量水位高度的液位传感器，所述液位传感器设置在所述第一子空间(111)的内部。
4.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，还包括测量水温的温度传感器，所述温度传感器设置在所述第一子空间(111)的内部。
5.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述吸液口(13)设置在所述第一子空间(111)的下部。
6.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述集水口(12)设置在所述第二子空间(112)的上部。
7.如权利要求6所述的水箱，其特征在于，还包括溢流口(15)，所述溢流口(15)设置在所述第二子空间(112)的上部且高度低于所述集水口(12)的高度。
8.如权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述加热单元(14)被配置为可在加温模式和除菌模式之间切换，所述加热单元(14)的加热时长和加热温度是可调节的。
9.一种用于燃料电池的空气供给系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的水箱(10)，所述系统还包括：
进气路径(20)，其布置有空压机(22)，所述空压机(22)将空气增压后提供至电堆(30)的阴极；
排气路径(40)，其布置有气水分离器(41)，尾气从所述电堆(30)排出后经过所述气水分离器(41)分离出的冷凝水被导入所述储水空间(11)；以及
加湿装置(23)，将所述储水空间(11)中的水雾化后与空气混合，并提供给所述进气路径的空压机(22)。
10.一种质子交换膜燃料电池系统，其特征在于，包括：电堆、氢气供给系统、热管理系统和如权利要求9所述的空气供给系统。
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