CN216389457U - 一种燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池系统，属于发电技术领域。该燃料电池系统包括空压机、増湿器、燃料电池电堆、干燥结构、第一进气管、第二进气管和第三进气管，第一进气管的一端与空压机连通，另一端与増湿器连通，第二进气管的一端与増湿器连通，另一端连接于燃料电池电堆的阴极处，第三进气管与増湿器并联设置，第三进气管的一端与第一进气管连通，另一端连接在燃料电池电堆的壳体处，干燥结构设置在第三进气管上。该燃料电池系统通过设置干燥结构，利用干燥结构干燥后的空气作为吹扫燃料电池电堆壳体内的气体，从而使燃料电池电堆处于一个干燥的工作环境内，保证了燃料电池系统具有较高的绝缘阻值，提高了燃料电池系统的安全性和使用性能。

Description

一种燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统。

背景技术

随着传统资源的日益紧缺以及环境形势的日益严重，节能环保成为各行各业的发展趋势。燃料电池作为继水力发电、热能发电和原子能发电后的第四种发电技术，由于其采用氢气和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命较长，且其兼具能量转换效率高、清洁、低噪音等优点，因此是最环保、最有发展前景的发电技术，也是汽车动力系统的终极解决方案。

燃料电池包括阳极、阴极及介于阳极和阴极之间的电解质的电化学装置，阳极用于接收氢气，阴极用于接收氧气或者空气。湿度是燃料电池的重要指标，其直接影响燃料电池的性能和寿命，燃料电池正常发电过程中，需要对空气侧和氢气侧的气体増湿。目前常见的燃料电池的湿度控制方法分为阳极増湿和阴极増湿，而阴极増湿又因为阴极侧气路的气体流量较大，排水能力比阳极强，因此被更为广泛地应用。阴极増湿具体指的是在空压机和燃料电池电堆之间的空气流路上设置加湿器，利用加湿器加湿从空压机流出的空气，并使加湿后的空气流向燃料电池的阴极处。

燃料电池还包括吹扫系统，该吹扫系统是用来吹扫燃料电池电堆壳体内部少量存在的氢气，从而保证燃料电池处于一个相对安全的环境中。但是现有的吹扫系统一般直接采用外部空气或者从加湿器流出的空气对燃料电池电堆的壳体进行吹扫，由于该部分空气未被干燥，因此具有一定的湿度，直接引入燃料电池电堆的壳体内作为吹扫气体，容易使燃料电池电堆壳体内部处于一个潮湿的工作环境内，造成燃料电池的绝缘阻值降低，安全性降低，影响了燃料电池的使用性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统在运行时能够有效地降低电堆壳体内气体的湿度，使电堆处于干燥的工作环境内，从而保证了燃料电池系统具有较高的绝缘阻值，提高了燃料电池系统的安全性和使用性能。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池系统，包括：空压机，所述空压机具有排出空气的第一气体供气口；増湿器和第一进气管，所述増湿器具有第一气体出气口和第二气体供气口，所述第一进气管的一端通过所述第一气体供气口与所述空压机连通，所述第一进气管的另一端通过所述第一气体出气口与所述増湿器连通；燃料电池电堆和第二进气管，所述燃料电池电堆包括壳体和设置在所述壳体内的阴极，所述第二进气管的一端通过所述第二气体供气口与所述増湿器连通，所述第二进气管的另一端通过所述燃料电池电堆的进气口连接于所述阴极处；干燥结构和第三进气管，所述第三进气管与所述増湿器并联设置，且所述第三进气管的一端与所述第一进气管连通，所述第三进气管的另一端连接在所述壳体处，所述干燥结构设置在所述第三进气管上。

作为优选，所述燃料电池系统还包括第一排气管和背压阀，所述第一排气管的一端连接在所述燃料电池电堆的排气口处，所述背压阀设置在所述第一排气管上，用于调节进入所述阴极的空气的压力。

作为优选，所述燃料电池系统还包括第二排气管和电磁阀，所述第二排气管并联在所述背压阀的两侧，所述电磁阀设置在所述第二排气管上。

作为优选，所述燃料电池系统还包括中冷器，所述中冷器设置在所述第一进气管上。

作为优选，所述第一进气管包括第一支管和第二支管，所述第一支管连接在所述空压机和所述中冷器之间，所述第二支管连通在所述中冷器和所述増湿器之间。

作为优选，所述第三进气管与所述第二支管连通。

作为优选，所述第三进气管与所述第二支管为呈T字型的一体成型管。

作为优选，所述第一支管上设置有温度检测机构。

作为优选，所述干燥结构为干燥罐，所述干燥罐包括罐体和设置在所述罐体内的干燥剂。

作为优选，所述第二进气管上设置有压力检测机构。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括空压机、増湿器、燃料电池电堆、干燥结构、第一进气管、第二进气管和第三进气管，空压机具有排出空气的第一气体供气口，増湿器具有第一气体出气口和第二气体供气口，第一进气管的一端通过第一气体供气口与空压机连通，第一进气管的另一端通过第一气体出气口与増湿器连通，燃料电池电堆包括壳体和设置在壳体内的阴极，第二进气管的一端通过第二气体供气口与増湿器连通，第二进气管的另一端通过燃料电池电堆的进气口连接于阴极处，第三进气管与増湿器并联设置，且第三进气管的一端与第一进气管连通，第三进气管的另一端连接在壳体处，干燥结构设置在第三进气管上。该燃料电池系统通过设置干燥结构，利用干燥结构干燥后的空气作为吹扫燃料电池电堆壳体内的气体，从而使燃料电池电堆能够处于一个干燥的工作环境内，保证了燃料电池系统具有较高的绝缘阻值，提高了燃料电池系统的安全性和使用性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的燃料电池系统的结构示意图。

图中：

1、空压机；2、増湿器；3、第一进气管；301、第一支管；302、第二支管；4、燃料电池电堆；5、第二进气管；6、干燥结构；7、第三进气管；8、第一排气管；9、背压阀；10、电磁阀；11、第二排气管；12、中冷器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统是一种以氢气和空气作为燃料，并把燃料所具有的化学能直接转化为电能的电化学装置。如图1所示，该燃料电池系统包括空压机1、増湿器2、燃料电池电堆4、干燥结构6、第一进气管3、第二进气管5和第三进气管7。

其中，空压机1为燃料电池电堆4反应产生电能提供所需要的空气。空压机1又称空气压缩机，其是一种用于压缩空气的设备，在本实施例中，根据需求可以选择不同种类的压缩机，例如往容积式压缩机、离心式压缩机或者喷射式压缩机等，在此不做具体限制。具体地，空压机1上设置有空气吸入口和第一气体供气口，空气从空气吸入口被空压机1吸入后，经过压缩后从第一气体供气口流出，并通过第一进气管3流入増湿器2中。

増湿器2是一种利用超声波、加热等方式使水分变成小分子以增加空气湿度的装置。在本实施例中，根据需求可以选择任意种类的増湿器2，例如超声波型加湿器、直接蒸发型加湿器或者热蒸发型加湿器。具体地，増湿器2设置在空压机1的下游，其用于对从空压机1流出的空气进行加湿，从而使进入燃料电池电堆4的阴极处的空气具有适当的湿度。具体地，増湿器2上设置有第一气体出气口和第二气体供气口。第一进气管3设置在空压机1和増湿器2之间，第一进气管3的一端通过第一气体供气口与空压机1连通，第一进气管3的另一端通过第一气体出气口与増湿器2连通。可选地，第一进气管3可以为橡胶管，橡胶管具有一定的柔软度，便于布局。

燃料电池电堆4是整个燃料电池系统的核心部件，其是氢气和空气中的氧气进行电化学反应的具体场所。具体地，燃料电池电堆4包括壳体以及设置在壳体内的阳极和阴极，其中，阳极用于接收氢气，阴极用于接收空气中的氧气。第二进气管5的一端通过第二气体供气口与増湿器2连通，第二进气管5的另一端通过燃料电池电堆4的进气口连接于阴极处。经过増湿器2増湿后的空气到达燃料电池电堆4的阴极处发生反应，有利于提高燃料电池电堆4的性能和使用寿命。另外，需要注意的是，燃料电池电堆4的具体结构为现有技术，在此不对其内的其他结构进行详述。可选地，第二进气管5可以为橡胶管，橡胶管具有一定的柔软度，便于布局。

可选地，为了保证进入燃料电池电堆4的空气具有最适合的湿度，在第二进气管5上设置有湿度检测机构，利用湿度检测机构获取从増湿器2内流出的空气的具体湿度值，该燃料电池系统的控制器根据该湿度值对増湿器2的増湿力度进行调整。可选地，湿度检测机构为湿度传感器。控制器可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制器可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制空压机1、増湿器2等实现其功能。

在燃料电池电堆4反应过程中，存在少量未进行反应的氢气留存在燃料电池电堆4壳体内的现象，由于氢气是可燃气体，未及时反应的氢气在燃料电池电堆4内留存会使燃料电池电堆4工作在一个相对危险的环境中，为了将该部分氢气排出燃料电池电堆4，在本实施例中，从第一进气管3内分流一部分空气作为吹扫空气，并对燃料电池电堆4的壳体进行吹扫，从而达到将氢气吹走的目的。干燥结构6用于对进入燃料电池电堆4壳体吹扫的吹扫空气进行除湿，以避免燃料电池电堆4处于潮湿的环境中。具体地，第三进气管7与増湿器2并联设置，且第三进气管7的一端与第一进气管3连通，第三进气管7的另一端连接在壳体处，干燥结构6设置在第三进气管7上。干燥结构6能够吸收空气中的水汽，经干燥结构6干燥的吹扫空气经过第三进气管7到达燃料电池电堆4的壳体处，并对壳体进行吹扫，从而将壳体内的氢气吹走。可选地，第三进气管7可以为橡胶管，橡胶管具有一定的柔软度，便于布局。

可选地，干燥结构6为干燥罐，干燥罐内包括罐体和设置在罐体内的干燥剂。干燥剂根据需求选择化学干燥剂或者物理干燥剂，优选物理干燥剂，例如硅胶与氧化活性氯，通过物理吸附水进行干燥，以避免空气在被干燥过程中吸附其他化学物质从而影响后续的电化学反应。

继续参照图1所示，该燃料电池系统还包括第一排气管8和背压阀9。其中，第一排气管8的一端连接在燃料电池电堆4的排气口处，另一端与外界环境连通。背压阀9设置在第一排气管8上，背压阀9与控制器通讯连接，并能够按照需求调整进入燃料电池电堆4阴极处的空气的压力。可选地，第一排气管8为采用橡胶材料制成的橡胶管，进一步可选为圆管。

进一步地，在第二进气管5上设置有压力检测机构，可选地，压力检测机构为压力传感器，压力传感器与控制器通讯连接，利用压力传感器能够获取第二进气管5内空气的具体压力值，控制器根据该压力传感器获得的具体压力值能够及时调整背压阀9，从而使进入燃料电池电堆4阴极处的空气的压力处于最合适的范围。

继续参照图1所示，燃料电池系统还包括第二排气管11和电磁阀10。第二排气管11并联在背压阀9的两侧，电磁阀10设置在第二排气管11上。电磁阀10用于控制燃料电池电堆4内部与外界环境的连通或者断开。具体地，在燃料电池系统运行时，开启电磁阀10，吹扫空气经过干燥罐除湿后，对燃料电池电堆4的壳体进行吹扫，保证燃料电池电堆4工作在干燥的环境中；并在燃料电池系统停止运行时，闭合电磁阀10，封闭燃料电池电堆4与外界环境连通的第二排气管11，使燃料电池电堆4与外界环境隔离，减少其受外界环境因素的影响。可选地，第二排气管11为采用橡胶材料制成的橡胶管，进一步可选为圆管。

继续参照图1所示，燃料电池系统还包括中冷器12，中冷器12设置在第一进气管3上。具体地，第一进气管3包括第一支管301和第二支管302，第一支管301连接在空压机1和中冷器12之间，第二支管302连通在中冷器12和増湿器2之间。进一步地，第三进气管7与第二支管302连通，更进一步地，第三进气管7与第二支管302为呈T字型的一体成型管，以减少管路接头的使用。

中冷器12对空压机1排出的空气进行降温，以保证进入燃料电池电堆4的气体温度在允许的范围内。可选地，在第一支管301上设置有温度检测机构，可选地，温度检测机构为温度传感器，温度传感器与控制器通讯连接，利用温度传感器能够获取从中冷器12内流出的空气的具体温度值，控制器根据该温度值可以及时调控中冷器12对空气的降温幅度。当然温度传感器也可以设置在其他位置，例如第二支管302或者第二进气管5上。

本实施例所提供的燃料电池系统具有以下优点：

1、相较于现有技术中的燃料电池系统在运行时，使用空压机输出的气体直接对燃料电池电堆进行吹扫所造成的使燃料电池电堆工作在一个潮湿的环境中，本实施例所提供的燃料电池系统在运行时可以有效降低进入燃料电池电堆4壳体内气体的湿度，使燃料电池电堆4工作在一个干燥的环境中，可提高燃料电池系统的绝缘阻值。

2、相较于现有技术中的燃料电池系统在停止时，燃料电池电堆壳体吹扫管路直接与外界相连从而容易被外界环境影响，本实施例所提供的燃料电池系统可以在停止反应时有效防止外部气体进入燃料电池电堆4壳体内，使燃料电池电堆4保存在一个相对稳定的环境中。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：

空压机(1)，所述空压机(1)具有排出空气的第一气体供气口；

増湿器(2)和第一进气管(3)，所述増湿器(2)具有第一气体出气口和第二气体供气口，所述第一进气管(3)的一端通过所述第一气体供气口与所述空压机(1)连通，所述第一进气管(3)的另一端通过所述第一气体出气口与所述増湿器(2)连通；

燃料电池电堆(4)和第二进气管(5)，所述燃料电池电堆(4)包括壳体和设置在所述壳体内的阴极，所述第二进气管(5)的一端通过所述第二气体供气口与所述増湿器(2)连通，所述第二进气管(5)的另一端通过所述燃料电池电堆(4)的进气口连接于所述阴极处；

干燥结构(6)和第三进气管(7)，所述第三进气管(7)与所述増湿器(2)并联设置，且所述第三进气管(7)的一端与所述第一进气管(3)连通，所述第三进气管(7)的另一端连接在所述壳体处，所述干燥结构(6)设置在所述第三进气管(7)上。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述燃料电池系统还包括第一排气管(8)和背压阀(9)，所述第一排气管(8)的一端连接在所述燃料电池电堆(4)的排气口处，所述背压阀(9)设置在所述第一排气管(8)上，且用于调节进入所述阴极的空气的压力。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述燃料电池系统还包括第二排气管(11)和电磁阀(10)，所述第二排气管(11)并联在所述背压阀(9)的两侧，所述电磁阀(10)设置在所述第二排气管(11)上。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述燃料电池系统还包括中冷器(12)，所述中冷器(12)设置在所述第一进气管(3)上。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述第一进气管(3)包括第一支管(301)和第二支管(302)，所述第一支管(301)连接在所述空压机(1)和所述中冷器(12)之间，所述第二支管(302)连通在所述中冷器(12)和所述増湿器(2)之间。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述第三进气管(7)与所述第二支管(302)连通。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述第三进气管(7)与所述第二支管(302)为呈T字型的一体成型管。

8.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述第一支管(301)上设置有温度检测机构。

9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述干燥结构(6)为干燥罐，所述干燥罐包括罐体和设置在所述罐体内的干燥剂。

10.根据权利要求1所述的燃料电池系统，燃料电池系统其特征在于，

所述第二进气管(5)上设置有压力检测机构。

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