CN215933652U - 一种燃料电池水电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池水电联供系统，包括：燃料电池电堆；为燃料电池电堆供应氢气的氢气供给子系统；为燃料电池电堆供应空气的空气供给子系统；用于控制燃料电池电堆温度和进气相对湿度的水热管理子系统；用于收集存储燃料电池电堆反应产生的温水纯净水的温水纯净水储存与供应子系统；用于控制系统运行的控制器；将燃料电池电堆分别与氢气供给子系统、空气供给子系统、水热管理子系统、温水纯净水储存与供应子系统以及控制器连接的管路子系统；用于对系统进行安全保护的安全系统。本实用新型使燃料电池系统发电，在满足需求功率的同时，也满足某些特定的应用场景下对温水纯净水的需求，实现了污染物的零排放。

Description

一种燃料电池水电联供系统

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别是燃料电池技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池作为一种新能源设备，以其效率高、噪音低和无污染等优点在交通运输、航空航天和分布式发电等领域逐渐得到了应用。燃料电池在使用时，除了产生所需的电能，还有温水纯净水产生。在一些特殊应用场景(如房车长途旅行、分布式电站供给、船舶远洋等)，所产生的温水纯净水可以满足其对水的需求，使其设备集成化更高，便于安装和使用。专利(CN207572464U)给出了燃料电池反应纯净水的排放方法，但是没有与实际系统形成整体方案，对产物回收利用的设计还不充分，实际应用型还需进一步提升。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池水电联供系统，用于解决现有技术中燃料电池水电联供系统集成化和通用性差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种燃料电池水电联供系统，包括：燃料电池电堆；与所述燃料电池电堆相连并为所述燃料电池电堆供应氢气的氢气供给子系统；与所述燃料电池电堆相连并为所述燃料电池电堆供应空气的空气供给子系统；与所述燃料电池电堆相连用于控制所述燃料电池电堆温度和进气相对湿度的水热管理子系统；与所述燃料电池电堆相连用于收集存储所述燃料电池电堆反应产生的温水纯净水的温水纯净水储存与供应子系统；用于控制所述燃料电池电堆、所述氢气供给子系统、所述空气供给子系统、所述水热管理子系统、所述温水纯净水储存与供应子系统运行的控制器；将所述燃料电池电堆分别与所述氢气供给子系统、所述空气供给子系统、所述水热管理子系统、所述温水纯净水储存与供应子系统以及所述控制器连接的管路子系统；用于对所述燃料电池电堆、所述氢气供给子系统、所述空气供给子系统、所述水热管理子系统、所述温水纯净水储存与供应子系统进行安全保护的安全系统。

于本实用新型的一实施例中，所述氢气供应子系统包括氢气源组件、手动阀、减压阀、供气控制阀、流量计、加湿器以及氢气循环装置；所述氢气源组件、所述手动阀、所述减压阀、所述供气控制阀、所述流量计以及所述加湿器通过管路子系统依次相连后接入所述燃料电池电堆的阳极流道。

于本实用新型的一实施例中，所述空气供应子系统包括空气源组件、手动阀、空气滤清器、减压阀、供气控制阀、流量计以及加湿器；所述空气源组件、所述手动阀、所述空气滤清器、所述减压阀、所述供气控制阀、所述流量计以及所述加湿器通过管路子系统依次相连后接入所述燃料电池电堆的阴极流道。

于本实用新型的一实施例中，所述水热管理子系统包括依次相连的加湿器、散热器及冷却液循环装置；冷却液由所述散热器流经燃料电池电堆返回所述散热器形成冷却循环回路。

于本实用新型的一实施例中，所述水热管理子系统还包括水箱、水泵、散热器；所述散热器、所述水箱和所述水泵通过冷却管路与所述燃料电池电堆相连；所述加湿器分别与空气供应子系统和氢气供应子系统连接。

于本实用新型的一实施例中，所述所述温水纯净水储存与供应子系统包括相连的温水纯净水收集装置和温水纯净水供应装置。

于本实用新型的一实施例中，所述温水纯净水储存与供应子系统与所述燃料电池电堆阳极和阴极出口管路连接。

于本实用新型的一实施例中，所述燃料电池电堆阴极出堆管路经过水气分离器与温水纯净水收集装置连接，燃料电池电堆阳极出堆管路依次经过水气分离器、氢气循环装置与温水纯净水收集装置连接。

于本实用新型的一实施例中，所述安全系统包括依次相连的氮气瓶、手动阀、减压阀、供气控制阀以及流量计。

于本实用新型的一实施例中，所述氢气供应子系统和空气供应子系统形成并联结构。

如上所述，本实用新型的燃料电池水电联供系统具有以下有益效果：

本实用新型使燃料电池系统发电，在满足需求功率的同时，也满足某些特定的应用场景下对温水纯净水的需求，实现了污染物的零排放。

附图说明

图1显示为本实用新型中燃料电池水电联供系统的结构原理示意图。

图2显示为本实用新型中燃料电池水电联供系统的整体结构示意图。

图3显示为本实用新型中燃料电池水电联供系统中燃料电池发电的输出功率和温水纯净水产出实验统计图。

元件标号说明

100 燃料电池水电联供系统

110 燃料电池电堆

120 氢气供给子系统

130 空气供给子系统

140 水热管理子系统

150 控制器

160 温水纯净水储存与供应子系统

170 管路子系统

180 安全系统

1 空气源组件

2 氢气源组件

3 氢气源组件

4 流经手动阀

5 压力传感器

6 减压阀

7 节流阀

8 流量计

9 不加湿通路阀

10 加湿通路阀

11 加湿器

12 回氢泵

13 温度传感器

14 压力传感器

15 燃料电池电堆

16 背压阀

17 水气分离器

18 电磁阀

19 温水纯净水收集装置

20 温水纯净水供应装置

21 液压泵

22 加热器

23 制冷器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例的目的在于提供一种燃料电池水电联供系统，用于解决现有技术中燃料电池水电联供系统集成化和通用性差的问题。

以下将详细阐述本实施例的一种燃料电池水电联供系统原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的一种燃料电池水电联供系统。

图1显示为本实施例中燃料电池水电联供系统100的整体结构原理示意图。如图1所示，本实施例提供本实用新型提供一种燃料电池水电联供系统100，该燃料电池水电联供系统100包括：燃料电池电堆110，氢气供给子系统120，空气供给子系统130，水热管理子系统140，温水纯净水储存与供应子系统160，控制器150，管路子系统170以及安全系统180。

图2显示为本实施例中燃料电池水电联供系统100的整体结构示意图。以下结合图2对本实施例中的燃料电池水电联供系统100进行详细说明。

本实用新型的燃料电池水电联供系统100其氢气供应子系统，空气供给子系统130，水热管理子系统140，管路子系统170，温水纯净水储存与供应子系统160以及控制器150集成于燃料电池电堆110，不必根据燃料电池电堆110设置独立的、已有技术的氢气供应模块、空气供应模块、水热管理模块和温水纯净水储存与供应模块，无需针对该系统设计开发尚未问世的相应系统部件。于本实施例中，所述氢气供给子系统120与所述燃料电池电堆110相连并为所述燃料电池电堆110供应氢气。

具体地，于本实施例中，所述氢气供应子系统包括氢气源组件、手动阀、减压阀、供气控制阀、流量计、加湿器以及氢气循环装置；所述氢气源组件、所述手动阀、所述减压阀、所述供气控制阀、所述流量计以及所述加湿器通过管路子系统170依次相连后接入所述燃料电池电堆110的阳极流道。

于本实施例中，所述空气供给子系统130与所述燃料电池电堆110相连并为所述燃料电池电堆110供应空气。其中，所述氢气供应子系统和空气供应子系统形成并联结构。

具体地，于本实施例中，所述空气供应子系统包括空气源组件1、手动阀、空气滤清器、减压阀、供气控制阀、流量计以及加湿器；所述空气源组件1、所述手动阀、所述空气滤清器、所述减压阀、所述供气控制阀、所述流量计以及所述加湿器通过管路子系统170依次相连后接入所述燃料电池电堆110的阴极流道。

于本实施例中，所述水热管理子系统140与所述燃料电池电堆110相连用于控制所述燃料电池电堆110温度和进气相对湿度。

具体地，于本实施例中，所述水热管理子系统140包括依次相连的加湿器、散热器及冷却液循环装置；冷却液由所述散热器流经燃料电池电堆110返回所述散热器形成冷却循环回路。

此外，于本实施例中，所述水热管理子系统140还包括水箱、水泵、散热器；所述散热器、所述水箱和所述水泵通过冷却管路与所述燃料电池电堆110相连；所述加湿器分别与空气供应子系统和氢气供应子系统连接。

于本实施例中，所述温水纯净水储存与供应子系统160与所述燃料电池电堆110相连用于收集存储所述燃料电池电堆110反应产生的温水纯净水。

具体地，于本实施例中，所述温水纯净水储存与供应子系统160包括相连的温水纯净水收集装置和温水纯净水供应装置。

其中，于本实施例中，所述温水纯净水储存与供应子系统160与所述燃料电池电堆110阳极和阴极出口管路连接。

此外，于本实施例中，所述燃料电池电堆110阴极出堆管路经过水气分离器与温水纯净水收集装置连接，燃料电池电堆110阳极出堆管路依次经过水气分离器、氢气循环装置与温水纯净水收集装置连接。其中，所述燃料电池水电联供系统100中温水纯净水收集存储速率根据所述燃料电池电堆110实际输出功率确定。

于本实施例中，所述控制器150用于控制所述燃料电池电堆110、所述氢气供给子系统120、所述空气供给子系统130、所述水热管理子系统140、所述温水纯净水储存与供应子系统160运行。

于本实施例中，所述管路子系统170将所述燃料电池电堆110分别与所述氢气供给子系统120、所述空气供给子系统130、所述水热管理子系统140、所述温水纯净水储存与供应子系统160以及所述控制器150连接。

于本实施例中，所述安全系统180用于对所述燃料电池电堆110、所述氢气供给子系统120、所述空气供给子系统130、所述水热管理子系统140、所述温水纯净水储存与供应子系统160进行安全保护。

具体地，于本实施例中，所述安全系统180包括依次相连的氮气瓶、手动阀、减压阀、供气控制阀以及流量计。

为使本领域技术人员进一步理解本实施例的燃料电池水电联供系统100，以下对本实施例的燃料电池水电联供系统100的运行原理进行详细说明。

本实施例的燃料电池水电联供系统100中空气源组件1、氢气源组件2、温水纯净水收集装置19和温水纯净水供应装置20具有外壳，空气源组件1外壳顶部设置有空气入口，氢气源组件2外壳侧设置有气体加注口，纯净水收集装置19外壳侧设置有温水纯净水入口管路，温水纯净水供应装置20设置有出水口。

根据图2所示，空气由空气源组件1提供，流经压力传感器5、减压阀6、节流阀7、流量计8，经过不加湿通路阀9(气体不需要加湿时)或加湿通路阀10(气体需要加湿时)，进入燃料电池电堆15。氢气由氢气源组件3提供，流经手动阀4(工作时常开)、减压阀6、节流阀7、流量计8，经过不加湿通路阀9(气体不需要加湿时)或加湿通路阀10(气体需要加湿时)及温度传感器13和压力传感器14，进入燃料电池电堆15。进入燃料电池电堆15的空气和氢气发生电化学反应，未发生反应的空气从燃料电池电堆15阴极出口排出，经由管路系统依次通过背压阀16、水气分离器17，干燥空气通过电磁阀18排出，温水纯净水通过管路系统流入温水纯净水收集装置19；未发生反应的氢气从燃料电池电堆15阳极出口排出，经由管路系统依次通过背压阀16、水气分离器17，干燥氢气通过回氢泵12返回到氢气供给通路实现氢气循环，温水纯净水通过管路系统流入温水纯净水收集装置19，收集的温水纯净水通过温水纯净水供给装置20对外供应。该系统根据实际所需功率进行工作，各个单元均在控制器150控制下执行。此外，该系统设有氮气源组件2安全保护装置，在监测到系统处于非安全工作状态时进行警报，并且控制器150会开启氮气源组件2，关闭空气源组件1和氢气源组件3，氮气经由管路系统对燃料电池电堆15阳极和阴极进行吹扫，以消除或减缓非安全状态。

本实施例的燃料电池水电联供系统100以所描述的50kW燃料电池车辆为例，对CWTVC工况下燃料电池发电的输出功率和温水纯净水产出进行了统计，如图3所示，在整个1800秒的工况条件下，可以累积产生温水纯净水3千克，易知在大功率燃料电池设备使用时，会产生非常可观的温水纯净水，本实施例的燃料电池水电联供系统100通过温水纯净水收集装置19回收温水纯净水具有很大的现实意义。本实用新型系统的燃料电池可以工作在需要温水纯净水的工作场景上，比如旅行房车、远洋船舶和分布式发电站等，变功率和恒定功率均可以使用。同时，燃料电池生成的电能还可供其它电器设备使用，比如用于空调制冷、动力输出、车载照明等。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所设计的权利要求。

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经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本实用新型不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本实用新型揭示的内容，在本实用新型基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如空气源组件和氢气源组件的选择设置、安全保护装置的使用、加湿器的选择等，都应该在本实用新型的保护范围之内。

综上所述，本实用新型使燃料电池系统发电，在满足需求功率的同时，也满足某些特定的应用场景下对温水纯净水的需求，实现了污染物的零排放。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具有度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种燃料电池水电联供系统，其特征在于：包括：

燃料电池电堆；

与所述燃料电池电堆相连并为所述燃料电池电堆供应氢气的氢气供给子系统；

与所述燃料电池电堆相连并为所述燃料电池电堆供应空气的空气供给子系统；

与所述燃料电池电堆相连用于控制所述燃料电池电堆温度和进气相对湿度的水热管理子系统；

与所述燃料电池电堆相连用于收集存储所述燃料电池电堆反应产生的温水纯净水的温水纯净水储存与供应子系统；

用于控制所述燃料电池电堆、所述氢气供给子系统、所述空气供给子系统、所述水热管理子系统、所述温水纯净水储存与供应子系统运行的控制器；

将所述燃料电池电堆分别与所述氢气供给子系统、所述空气供给子系统、所述水热管理子系统、所述温水纯净水储存与供应子系统以及所述控制器连接的管路子系统；

用于对所述燃料电池电堆、所述氢气供给子系统、所述空气供给子系统、所述水热管理子系统、所述温水纯净水储存与供应子系统进行安全保护的安全系统。

2.根据权利要求1所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述氢气供应子系统包括氢气源组件、手动阀、减压阀、供气控制阀、流量计、加湿器以及氢气循环装置；所述氢气源组件、所述手动阀、所述减压阀、所述供气控制阀、所述流量计以及所述加湿器通过管路子系统依次相连后接入所述燃料电池电堆的阳极流道。

3.根据权利要求1所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述空气供应子系统包括空气源组件、手动阀、空气滤清器、减压阀、供气控制阀、流量计以及加湿器；所述空气源组件、所述手动阀、所述空气滤清器、所述减压阀、所述供气控制阀、所述流量计以及所述加湿器通过管路子系统依次相连后接入所述燃料电池电堆的阴极流道。

4.根据权利要求1所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述水热管理子系统包括依次相连的加湿器、散热器及冷却液循环装置；冷却液由所述散热器流经燃料电池电堆返回所述散热器形成冷却循环回路。

5.根据权利要求4所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述水热管理子系统还包括水箱、水泵、散热器；所述散热器、所述水箱和所述水泵通过冷却管路与所述燃料电池电堆相连；所述加湿器分别与空气供应子系统和氢气供应子系统连接。

6.根据权利要求1所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述温水纯净水储存与供应子系统包括相连的温水纯净水收集装置和温水纯净水供应装置。

7.根据权利要求6所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述温水纯净水储存与供应子系统与所述燃料电池电堆阳极和阴极出口管路连接。

8.根据权利要求7所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述燃料电池电堆阴极出堆管路经过水气分离器与温水纯净水收集装置连接，燃料电池电堆阳极出堆管路依次经过水气分离器、氢气循环装置与温水纯净水收集装置连接。

9.根据权利要求1所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述安全系统包括依次相连的氮气瓶、手动阀、减压阀、供气控制阀以及流量计。

10.根据权利要求1所述的燃料电池水电联供系统，其特征在于：所述氢气供应子系统和空气供应子系统形成并联结构。

Images