CN216213598U - 一种集成装置及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成装置及燃料电池系统，集成装置包括汽水分离部和增湿部；汽水分离部内分别设置有空气腔和汽水分离腔，且汽水分离部上分别开设有空气进口和空气出口，空气进口与空气腔连通，空气出口与汽水分离腔连通；增湿部与空气腔共壁面，且增湿部的干空气侧与空气腔连通，增湿部的湿空气侧与汽水分离腔连通，增湿部上分别开设有用于与电堆的空气入口连通的空气进电堆口及用于与电堆的空气出口连通的空气出电堆口，空气进电堆口与干空气侧连通，空气出电堆口与湿空气侧连通。由于增湿部与空气腔共壁面，相较于现有技术中增湿器和汽水分离器单独设置，本实用新型减小了占用空间。

Description

一种集成装置及燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种集成装置及燃料电池系统。

背景技术

随着能源枯竭、环境恶化等社会问题日益突出，具有清洁高效的氢氧燃料电池受到广泛关注。

燃料电池阴极反应物常常选用空气或纯氧气，因为空气中含氧量仅仅21％，所以，燃料电池阴极侧会通入过剩的阴极反极物，在燃料电池阴极侧发生的电极反应是氧气发生还原反应与阳极反应产物氢质子结合生成水。

当未反应的空气从电堆排出时会夹带着反应产物水，随之进入增湿器湿侧，对进入增湿器干侧的空气进行加湿，之后排入到大气中，从增湿器出来的空气还带有一部分能量，直接排放到大气中会造成能量的浪费，降低燃料电池的净输出功率，增加使用成本；或者从增湿器湿侧出来的空气经过汽水分离后再次进入空压机驱动空压机叶轮转动。

目前，增湿器和汽水分离器为单独的两个零件，使得电堆箱体的空间狭窄，且不利于维修。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的第一个目的是提供一种集成装置，旨在提高燃料电池的零部件集成度，减小增湿器和汽水分离器所占用空间。

本实用新型的第二个目的是提供一种燃料电池系统。

为了实现上述第一个目的，本实用新型提供了如下方案：

一种集成装置，包括汽水分离部和增湿部；

所述汽水分离部内分别设置有空气腔和汽水分离腔，且所述汽水分离部上分别开设有空气进口和空气出口，所述空气进口与所述空气腔连通，所述空气出口与所述汽水分离腔连通；

所述增湿部与所述空气腔共壁面，且所述增湿部的干空气侧与所述空气腔连通，所述增湿部的湿空气侧与所述汽水分离腔连通，所述增湿部上分别开设有用于与电堆的空气入口连通的空气进电堆口及用于与所述电堆的空气出口连通的空气出电堆口，所述空气进电堆口与所述干空气侧连通，所述空气出电堆口与所述湿空气侧连通。

在一个具体的实施方案中，所述汽水分离部上设置有第一法兰盘，所述增湿部上设置有与所述第一法兰盘连接的第二法兰盘。

在另一个具体的实施方案中，所述集成装置还包括密封圈；

所述密封圈密封设置在所述第一法兰盘与所述第二法兰盘之间，用于密封所述第一法兰盘和所述第二法兰盘。

在另一个具体的实施方案中，所述集成装置还包括排水阀；

所述排水阀设置在所述汽水分离部上，且所述排水阀的入口与所述汽水分离腔连通，用于排放所述汽水分离部内的液体。

在另一个具体的实施方案中，所述排水阀设置在所述汽水分离部的底端。

在另一个具体的实施方案中，所述集成装置还包括液位传感器；

所述液位传感器设置在所述汽水分离腔内，且用于检测所述汽水分离腔内的液位。

在另一个具体的实施方案中，所述液位传感器与所述排水阀信号连接；

当所述液位传感器检测到所述汽水分离腔内的液位超过预设的高度时，所述排水阀打开；

当燃料电池系统停机时，所述排水阀打开。

在另一个具体的实施方案中，所述空气腔与所述汽水分离腔通过隔板隔开；

所述隔板沿着所述汽水分离部的顶端到底端的方向，向靠近所述增湿部的那侧倾斜。

在另一个具体的实施方案中，所述空气出口与空压机连通，用于驱动所述空压机的叶轮转动；

所述集成装置还包括集成在所述汽水分离部上的尾排管和/或中冷器。

根据本实用新型的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本实用新型范围内，是本实用新型具体实施方式的一部分。

本实用新型提供的集成装置，使用时，空气通过空气进口进入空气腔，接着，进入增湿部的干空气侧，最后，进入电堆进行反应。电堆排出的湿空气经过湿空气侧进入汽水分离腔，经过汽水分离后的气体排入空气内。由此可见，本实用新型提供的集成装置，实现了增湿和气液分离的功能。且由于增湿部与空气腔共壁面，相较于现有技术中增湿器和汽水分离器单独设置，本实用新型减小了占用空间。

为了实现上述第二个目的，本实用新型提供了如下方案：

一种燃料电池系统，包括如上述任意一项所述的集成装置。

由于本实用新型提供的燃料电池包含上述任意一项中的集成装置，因此，集成装置所具有的有益效果均是本实用新型提供的燃料电池系统所包含的。

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，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的集成装置待装配的结构示意图；

图2为本实用新型提供的集成装置的剖视结构示意图；

图3为本实用新型提供的集成装置的主视结构示意图；

图4为本实用新型提供的集成装置的仰视结构示意图；

图5为本实用新型提供的集成装置的左视结构示意图。

其中，图1-图5中：

汽水分离部1、增湿部2、空气腔101、汽水分离腔102、第一法兰盘103、空气进口管接头104、空气出口管接头105、湿空气内部流道106、湿空气进口107、第二法兰盘201、密封圈3、排水阀4、隔板5、空气进电堆口管接头202、空气出电堆口管接头203、湿空气出口管204。

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做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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图5所示，本实用新型提供了一种集成装置，集成了汽水分离器和增湿器的功能，且减小增湿器和汽水分离器所占用空间。

具体地，集成装置包括汽水分离部1和增湿部2，汽水分离部1内分别设置有空气腔101和汽水分离腔102，且汽水分离部1上分别开设有空气进口和空气出口，空气进口与空气腔101连通，空气出口与汽水分离腔102连通。空气进口和空气出口处分别安装有空气进口管接头104及空气出口管接头105，便于分别连接空气进口管及空气出口管等。

增湿部2与空气腔101共壁面，即空气腔101的腔壁为增湿部2的端板，空气腔101直接与增湿部2连接。增湿部2和汽水分离部1的壳体的外形一致。

增湿部2的干空气侧与空气腔101连通，且增湿部2的湿空气侧与汽水分离腔102连通，具体地，增湿部2的湿空气侧的湿空气出口管204延伸至汽水分离部1的湿空气内部流道106内，具体地，汽水分离部1上开设有湿空气进口107，湿空气进口107与湿空气内部流道106连通，湿空气出口管204通过湿空气进口107延伸至湿空气内部流道106内，通过湿空气内部流道106与汽水分离腔102连通。

增湿部2上分别开设有空气进电堆口及空气出电堆口，空气进电堆口用于与电堆的空气入口连通，空气出电堆口用于与电堆的空气出口连通。具体地，空气进电堆口处安装有空气进电堆口管接头202，空气出电堆口处安装有空气出电堆口管接头203。

空气进电堆口与干空气侧连通，空气出电堆口与湿空气侧连通。

本实用新型提供的集成装置，使用时，空气通过空气进口进入空气腔101，接着，进入增湿部2的干空气侧，由增湿部2的湿空气侧进行增湿，最后，进入电堆进行反应。电堆排出的湿空气经过湿空气侧进入汽水分离腔102，经过汽水分离后的气体排入空气内。由此可见，本实用新型提供的集成装置，实现了增湿和气液分离的功能。且由于增湿部2与空气腔101共壁面，相较于现有技术中增湿器和汽水分离器单独设置，本实用新型减小了占用空间。

在一些实施例中，汽水分离部1上设置有第一法兰盘103，增湿部2上设置有与第一法兰盘103连接的第二法兰盘201。

汽水分离部1与增湿部2之间通过第一法兰盘103和第二法兰盘201可拆卸连接，便于更换汽水分离部1和增湿部2。

可以理解地是，也可以设置汽水分离部1及增湿部2焊接，或者一体成型连接等。

为了增强增湿部2及汽水分离部1的连接密封性，本实用新型公开了集成装置还包括密封圈3，密封圈3密封设置在第一法兰盘103与第二法兰盘201之间，用于密封第一法兰盘103和第二法兰盘201。

具体地，第一法兰盘103的法兰面和/或第二法兰盘201的法兰面上开设有容纳密封圈3的密封槽。

需要说明的是，密封圈3的个数不限于为1个，可以设置2个或者2个以上，以增强第一法兰盘103和第二法兰盘201的密封性能。

在一些实施例中，集成装置还包括排水阀4，排水阀4设置在汽水分离部1上，且排水阀4的入口与汽水分离腔102连通，用于排放汽水分离部1内的液体。

排水阀4的设置使得汽水分离腔102内的液体达到一定量后再进行排放。

为了便于排水阀4排水，本实用新型公开了排水阀4设置在汽水分离部1的底端。

汽水分离腔102的底端可以沿着一侧到另一侧的方向向下倾斜，或者汽水分离腔102的底端四周向中间方向向下倾斜，而排水阀4的入口设置在汽水分离腔102的最低点。

进一步地，本实用新型公开了集成装置还包括液位传感器，液位传感器设置在汽水分离腔102内，且用于检测汽水分离腔102内的液位。

需要说明的是，液位传感器的类型不限，只要满足能够检测汽水分离腔102内的液位的液位传感器均属于本实用新型的保护范围。

更进一步地，本实用新型公开了液位传感器与排水阀4信号连接，当液位传感器检测到汽水分离腔102内的液位超过预设的高度时，排水阀4打开，避免汽水分离腔102内的液位过高。

预设的高度为根据需要设定的高度，可以根据具体需要进行设定。

当燃料电池系统停机时，排水阀4打开，把汽水分离腔102体内的液态水排放干净，防止冷冻，当燃料电池系统开机时，排水阀4自动关闭。

具体地，排水阀4为电磁开关阀，通过单独设置的控制器或者燃料电池系统内的控制器来控制排水阀4的开闭。

在一些实施例中，空气腔101与汽水分离腔102通过隔板5隔开，且隔板5沿着汽水分离部1的顶端到底端的方向，向靠近增湿部2的那侧倾斜，使得汽水分离腔102的底端横截面面积大于顶端横截面面积，在同等液位下，增大了所容纳液体量。

在一些实施例中，空气出口用于与空压机连通，用于驱动空压机的叶轮转动，实现了能量的回收利用，提高了燃料电池净输出功率。

进一步地，集成装置还包括集成在汽水分离部1上的尾排管和/或中冷器，以进一步节省燃料电池系统中各个零部件所占用空间。

本实用新型具有如下优点：

(1)汽水分离部1内设置有空气腔101和汽水分离腔102，空气腔101一侧作为增湿部2的端盖，从增湿部2湿侧到汽水分离腔102的流道设计在内部，减少了管路使用，减少了管接头和胶管数量，减小了空气泄露点；

(2)本实用新型集增湿和汽水分离功能于一体，提高了燃料电池系统的零部件集成度，实现了燃料电池模块化；

(3)汽水分离腔102内安装液位传感器，可根据液位的高度实现自动排水；

(4)经过集成装置后的湿空气，经过汽水分离后，气体可再次进入空压机，驱动空压机叶轮转动，实现空气能量再利用，提高燃料电池净输出功率。

本实用新型另一方面提供了一种燃料电池系统，包括如上述任意一项实施例中的集成装置。

由于本实用新型提供的燃料电池包含上述任意一项实施例中的集成装置，因此，集成装置所具有的有益效果均是本实用新型提供的燃料电池系统所包含的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成装置，其特征在于，包括汽水分离部和增湿部；

所述汽水分离部内分别设置有空气腔和汽水分离腔，且所述汽水分离部上分别开设有空气进口和空气出口，所述空气进口与所述空气腔连通，所述空气出口与所述汽水分离腔连通；

所述增湿部与所述空气腔共壁面，且所述增湿部的干空气侧与所述空气腔连通，所述增湿部的湿空气侧与所述汽水分离腔连通，所述增湿部上分别开设有用于与电堆的空气入口连通的空气进电堆口及用于与所述电堆的空气出口连通的空气出电堆口，所述空气进电堆口与所述干空气侧连通，所述空气出电堆口与所述湿空气侧连通。

2.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述汽水分离部上设置有第一法兰盘，所述增湿部上设置有与所述第一法兰盘连接的第二法兰盘。

3.根据权利要求2所述的集成装置，其特征在于，还包括密封圈；

所述密封圈密封设置在所述第一法兰盘与所述第二法兰盘之间，用于密封所述第一法兰盘和所述第二法兰盘。

4.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，还包括排水阀；

所述排水阀设置在所述汽水分离部上，且所述排水阀的入口与所述汽水分离腔连通，用于排放所述汽水分离部内的液体。

5.根据权利要求4所述的集成装置，其特征在于，所述排水阀设置在所述汽水分离部的底端。

6.根据权利要求4所述的集成装置，其特征在于，还包括液位传感器；

所述液位传感器设置在所述汽水分离腔内，且用于检测所述汽水分离腔内的液位。

7.根据权利要求6所述的集成装置，其特征在于，所述液位传感器与所述排水阀信号连接；

当所述液位传感器检测到所述汽水分离腔内的液位超过预设的高度时，所述排水阀打开；

当燃料电池系统停机时，所述排水阀打开。

8.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述空气腔与所述汽水分离腔通过隔板隔开；

所述隔板沿着所述汽水分离部的顶端到底端的方向，向靠近所述增湿部的那侧倾斜。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的集成装置，其特征在于，所述空气出口与空压机连通，用于驱动所述空压机的叶轮转动；

所述集成装置还包括集成在所述汽水分离部上的尾排管和/或中冷器。

10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的集成装置。

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