CN215600409U - 一种燃料电池的供气系统及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池的供气系统及燃料电池系统。本实用新型包括过滤器、空压机、中冷器、增湿器和电堆，所述过滤器、空压机和中冷器通过供气管道依次连接，所述中冷器和所述增湿器之间设有直通管道，所述增湿器和所述电堆之间设有入管和出管，所述增湿器还设有连通大气的排放管道，所述排放管道设置有背压阀，所述中冷器还设有连通电堆的旁通管道和连通大气的泄压管道，所述旁通管道设置有旁通阀，所述泄压管道设置有泄压阀。本实用新型能够快速调节进入电堆的空气湿度，既能保证增湿器的增湿效果，又可以避免空压机发生喘振。

Description

一种燃料电池的供气系统及燃料电池系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的供气系统及燃料电池系统。

背景技术

现有的燃料电池系统中的空气回路，如图1所示，包括通过供气管道依次连接的过滤器、空压机、中冷器；中冷器的输出通过直通管道2连接增湿器，增湿器通过入管5和出管6分别连通电堆；增湿器与大气间设置有排放管道3，用于排放电堆反应剩余气体，排放管道3上设置有背压阀。

空气流过过滤器后，经过空压机的增压和中冷器的降温，就可以供给电堆。空气通过直通管道2经增湿器增加湿度后进入电堆,在电堆中进行反应后，产生的废气由出管6经增湿器、排放管道3排放到大气中。在直通管道2上设置调节阀21，通过调节调节阀21的开度，来调节进入电堆的湿空气的流量。通过增大调节阀21的开度，来增加进入电堆的空气的流量；通过减小调节阀21的开度，来减少电堆中空气的流量。

这种燃料电池系统中的空气回路存在以下的缺陷：

1)由于增湿器的本身的特性，当系统需要从高湿度切换到低湿度时，增湿器的湿度响应较慢，无法满足快速的瞬态工况的要求。

2)直通管道使用较粗的管道，同时额外使用了一个调节阀，造成系统成本较高。

3)燃料电池系统一般采用膜增湿器，增加进入增湿器的空气流量会降低增湿器的增湿效果，从而降低电堆性能；而减少空气流量则容易造成空压机发生喘振。

发明内容

本实用新型目的是：针对现有技术的不足，提供一种燃料电池的供气系统及燃料电池系统，能够快速调节进入电堆的空气湿度，既能保证增湿器的增湿效果，又可以避免空压机发生喘振。

具体地说，本实用新型是采用以下技术方案实现的：

一方面，本实用新型提供一种燃料电池的供气系统，包括过滤器、空压机、中冷器、增湿器和电堆，所述过滤器、空压机和中冷器通过供气管道依次连接，所述中冷器和所述增湿器之间设有直通管道，所述增湿器和所述电堆之间设有入管和出管，所述增湿器还设有连通大气的排放管道，所述排放管道设置有背压阀，所述中冷器还设有连通电堆的旁通管道和连通大气的泄压管道，所述旁通管道设置有旁通阀，所述泄压管道设置有泄压阀。

进一步的，所述旁通管道通过所述入管连通电堆。

进一步的，所述泄压管道与直通管道相连。

进一步的，所述泄压阀为旁通阀。

进一步的，所述泄压阀为三通阀，所述三通阀位于泄压管道与所述直通管道的连接处，包括供气端、增湿器端和泄压端，所述供气端和增湿器端分别连通所述中冷器和增湿器，所述泄压端连通大气。

进一步的，所述泄压管道通过排放管道连通大气。

另一方面，本实用新型还提供一种燃料电池系统，包括上述燃料电池的供气系统。

本实用新型的燃料电池的供气系统及燃料电池系统的有益效果如下：

通过直通管道和旁通管道共同调节进入电堆的空气的湿度，提升了湿度控制的响应速度；由直通管道进入增湿器的空气流量和由旁通管道进入电堆的空气流量共同构成进入电堆的总的空气流量值，因此可以采用较细的直通管道，即可满足进入电堆的总的空气流量和空气湿度调节范围，从而控制进入增湿器的空气流量不会过大，保证增湿器的增湿效果；

同时，省去了直通管道上的调节阀，降低了成本；

通过设置泄压管道，能够避免空压机发生喘振。

附图说明

图1是现有的燃料电池的供气系统示意图。

图2是本实用新型实施例1的示意图。

图3是本实用新型实施例2的示意图。

图中标识：1-旁通管道，11-旁通阀，2-直通管道，21-调节阀，3-排放管道，31-背压阀，4-泄压管道，41-泄压阀，42-三通阀，5-入管，6-出管。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：

本实用新型的一个实施例，介绍了一种燃料电池的供气系统，如图2所示，包括通过供气管道依次连接的过滤器、空压机、中冷器；中冷器的输出通过直通管道2连接增湿器，增湿器通过入管5和出管6分别连通电堆；增湿器与大气间设置有排放管道3，用于排放电堆反应剩余气体，排放管道3上设置有背压阀31。中冷器的输出还连接有旁通管道1和泄压管道4，旁通管道1上设置有旁通阀11，泄压管道4上设置有旁通阀，作为有泄压阀41；中冷器输出的空气，通过旁通管道1进入入管5；经过旁通管道1分流后通过直通管道2进入增湿器；通过泄压管道4进入大气。

空气流过过滤器后，经过空压机的增压和中冷器的降温，就可以供给电堆。其中一部分空气通过直通管道2经增湿器增加湿度后进入电堆，另一部分空气通过旁通管道1进入电堆，在电堆中进行反应后，产生的废气由出管6经增湿器、排放管道3排放到大气中。

直通管道2的管径根据燃料电池的供气系统中增湿器达到设定增湿效果所需的空气流量要求进行设置，可以使用较细的直通管道，让进入增湿器的空气流量不过大，从而保证增湿器的增湿效果，使得进入增湿器的空气满足电堆需要的流量和湿度调节范围。具体而言，由直通管道进入增湿器的空气流量(以A表示)和由旁通管道进入电堆的空气流量(以BX表示，其中B表示旁通管道最大流量，X表示旁通阀的开度)共同构成进入电堆的总的空气流量值(即A+BX)，因此可以根据所需进入电堆的总的空气流量范围(最低流量为A，最大流量为A+B)和空气湿度调节范围，来设置合理的直通管道和旁通管道的管径。

如图2所示，本实施例的燃料电池的供气系统中，当燃料电池系统停止工作时，关闭旁通阀11、泄压阀41和背压阀31。

当燃料电池系统正常工作时，通过调节旁通管道1上旁通阀11的开度，可以快速调节进入电堆的空气的湿度。具体而言，当电堆的运行需要高湿度的空气时，减小旁通管道1上旁通阀11的开度，使得大部分空气通过直通管道2进入增湿器进行增湿后再进入电堆，从而降低进入电堆的空气中干空气的比例，提高湿空气的比例，来提供电堆所需要的高湿度的空气。当电堆运行需要低湿度的空气时，增大旁通管道1上旁通阀11的开度，使得更多的干空气通过旁通阀11直接进入电堆，从而提高进入电堆的空气中干空气的比例，降低湿空气的比例，来提供电堆所需要的低湿度的空气。本实施例通过在中冷器后增加直接连接入管5的旁通管道1，并在旁通管道1上设置旁通阀11来调节进入电堆的干湿空气的比例，来调解进入电堆的空气湿度。通过这种方式可以快速地对空气在高湿度与低湿度间进行调整，提升了湿度控制的响应速度。

通过设定背压阀31，来设定电堆的工作压力。

当空压机即将处于喘振状态时，泄压管道4上的泄压阀41处于开启状态，中冷器输出的空气通过泄压管道4排放到大气中，对空气回路进行泄压，避免经过空压机的空气流量过低，从而避免空压机发生喘振，能够有效地保护空压机。本实施例既能保证增湿器的增湿效果，又可以避免空压机发生喘振。可以理解，泄压管道4也可以与排放管道3连接，通过泄压阀的气体与通过背压阀的反应剩余气体一起排放到大气中。

本实施例的燃料电池的供气系统，能够通过直通管道和旁通管道调节进入电堆的空气的湿度，同时，可以使用较细的直通管道限制进入增湿器的空气流量，从而保证增湿器的增湿效果；通过调节旁通管道上旁通阀的开度，可以快速调节进入电堆的空气的湿度；通过设置泄压管道，开启泄压管道上的泄压阀对空气回路进行泄压，避免经过空压机的空气流量过低，从而避免空压机发生喘振。

实施例2：

本实用新型的另一个实施例，介绍了另一种燃料电池的供气系统，如图3所示，包括通过供气管道依次连接的过滤器、空压机、中冷器；中冷器的输出通过直通管道2连接增湿器，增湿器通过入管5和出管6分别连通电堆；增湿器与大气间设置有排放管道3，用于排放电堆反应剩余气体，排放管道3上设置有背压阀31。中冷器的输出还连接有旁通管道1和泄压管道4，旁通管道1上设置有旁通阀11，直通管道2和泄压管道4交汇处设置有三通阀42。三通阀42包括供气端、增湿器端和泄压端，供气端连接中冷器的输出，增湿器端连接直通管道2，泄压端连接泄压管道4，泄压管道4与大气连通。中冷器输出的空气，通过旁通管道1进入入管5；经过旁通管道1分流后通过直通管道2进入增湿器；通过泄压管道4进入大气。

空气流过过滤器后，经过空压机的增压和中冷器的降温，就可以供给电堆。其中一部分空气通过直通管道2经增湿器增加湿度后进入电堆，另一部分空气通过旁通管道1进入电堆，在电堆中进行反应后，产生的废气由出管6经增湿器、排放管道3排放到大气中。

直通管道2的管径根据燃料电池系统的供气需求，进行管径的设置，使用较细的直通管道，限制进入增湿器的空气流量，满足电堆需求。

当燃料电池系统正常工作时，三通阀42的供气-增湿器端导通，中冷器输出的空气进入增湿器；通过调节旁通管道1上旁通阀11的开度，可以快速调节进入电堆的空气的湿度。具体而言，当电堆的运行需要高湿度的空气时，减小旁通管道1上旁通阀11的开度，使得大部分空气通过直通管道2进入增湿器进行增湿后再进入电堆，从而降低进入电堆的空气中干空气的比例，提高湿空气的比例，来提供电堆所需要的高湿度的空气。当电堆运行需要低湿度的空气时，增大旁通管道1上旁通阀11的开度，使得更多的干空气通过旁通阀11直接进入电堆，从而提高进入电堆的空气中干空气的比例，降低湿空气的比例，来提供电堆所需要的低湿度的空气。本实施例通过在中冷器后增加直接连接入管5的旁通管道1，并在旁通管道1上设置旁通阀11来调节进入电堆的干湿空气的比例，来调解进入电堆的空气湿度。通过这种方式可以快速地对空气在高湿度与低湿度间进行调整，提升了湿度控制的响应速度。

通过设定背压阀31，来设定电堆的工作压力。

当空压机即将处于喘振状态时，三通阀42的供给-泄压端导通，中冷器输出的空气通过泄压管道4排放到大气中，通过泄压管道4直接对空气回路进行泄压，避免经过空压机的空气流量过低，从而避免空压机发生喘振，能够有效地保护空压机。因此，本实施例可以避免空压机发生喘振。

本实施例的燃料电池的供气系统，能够通过直通管道和旁通管道调节进入电堆的空气的湿度，因此可以使用较细的直通管道限制进入增湿器的空气流量，满足电堆的空气需求；通过调节旁通管道上旁通阀的开度，可以快速调节进入电堆的空气的湿度；通过将三通阀42的输入-泄压端导通，泄压管道4对空气回路进行泄压，避免经过空压机的空气流量过低，从而避免空压机发生喘振。

Claims (7)

1.一种燃料电池的供气系统，包括过滤器、空压机、中冷器和增湿器，所述燃料电池包括电堆，所述过滤器、空压机和中冷器通过供气管道依次连接，所述中冷器和所述增湿器之间设有直通管道(2)，所述增湿器和所述电堆之间设有入管(5)和出管(6)，所述增湿器还设有连通大气的排放管道(3)，所述排放管道(3)设置有背压阀(31)，其特征在于，所述中冷器还设有连通电堆的旁通管道(1)和连通大气的泄压管道(4)，所述旁通管道(1)设置有旁通阀(11)，所述泄压管道(4)设置有泄压阀。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的供气系统，其特征在于，所述旁通管道(1)通过所述入管(5)连通电堆。

3.根据权利要求1所述的燃料电池的供气系统，其特征在于，所述泄压管道(4)与直通管道(2)相连。

4.根据权利要求3所述的燃料电池的供气系统，其特征在于，所述泄压阀为旁通阀(41)。

5.根据权利要求3所述的燃料电池的供气系统，其特征在于，所述泄压阀为三通阀(42)，所述三通阀(42)位于泄压管道(4)与所述直通管道(2)的连接处，包括供气端、增湿器端和泄压端，所述供气端和增湿器端分别连通所述中冷器和增湿器，所述泄压端连通大气。

6.根据权利要求1-5任一所述的燃料电池的供气系统，其特征在于，所述泄压管道(4)通过排放管道(3)连通大气。

7.一种燃料电池系统，其特征在于，包括根据权利要求1-6任一所述的燃料电池的供气系统。

Images