CN216528970U

CN216528970U - 一种燃料电池系统

Info

Publication number: CN216528970U
Application number: CN202122930124.8U
Authority: CN
Inventors: 徐佳; 韩吉伟; 范开学
Original assignee: Weishi Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Weishi Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-11-26

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系统，包括中冷器、加湿器以及燃料电池电堆，中冷器的第一输入端被配置为输入空气，中冷器的第一输出端与加湿器的第一输入端连通，中冷器的第一输出端被配置为输出空气，中冷器的第二输入端被配置为输入氢气，中冷器的第二输出端与燃料电池电堆的阳极输入端连通，中冷器的第二输出端被配置为输出氢气，输入中冷器的空气能够加热输入中冷器的氢气，加湿器的第一输出端与燃料电池电堆的阴极输入端连通，燃料电池电堆的阴极输出端与加湿器的第二输入端连通。该燃料电池系统提高了系统集成度，使得布置更加方便简洁，同时降低了系统的成本。

Description

一种燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。因此，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

但是，目前的燃料电池系统空气路中冷器需要连接冷的冷却液管路进行散热，氢气路换热器需要连接热的冷却液管路进行加热，因系统空间有限，且中冷器和换热器的尺寸较大，增加了系统的布置难度，同时因零部件较多，系统较为复杂，增加了系统成本。

因此，亟需一种燃料电池系统，以解决上述问题。

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，提高了系统集成度，使得布置更加方便简洁，同时降低了系统的成本。

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，包括中冷器、加湿器以及燃料电池电堆，所述中冷器的第一输入端被配置为输入空气，所述中冷器的第一输出端与所述加湿器的第一输入端连通，所述中冷器的第一输出端被配置为输出空气，所述中冷器的第二输入端被配置为输入氢气，所述中冷器的第二输出端与所述燃料电池电堆的阳极输入端连通，所述中冷器的第二输出端被配置为输出氢气，输入所述中冷器的空气能够加热输入所述中冷器的氢气，所述加湿器的第一输出端与所述燃料电池电堆的阴极输入端连通，所述燃料电池电堆的阴极输出端与所述加湿器的第二输入端连通。

作为优选，所述中冷器内设置有腔室，所述腔室内设置有换热结构，所述换热结构将所述腔室分隔为空气流道以及氢气流道，所述中冷器的第一输入端以及第一输出端分别设置在所述空气流道的两端，所述中冷器的第二输入端以及第二输出端分别设置在所述氢气流道的两端，所述换热结构能够将所述空气流道中空气的热量传递给所述氢气流道中的氢气。

作为优选，还包括空压机，所述空压机的输入端被配置为输入空气，所述空压机的输出端与所述中冷器的第一输入端连通。

作为优选，还包括空气过滤装置，所述空气过滤装置的输入端被配置为输入空气，所述空气过滤装置的输出端与所述空压机的输入端连通。

作为优选，还包括储氢装置，所述储氢装置与所述中冷器的第二输出端连通。

作为优选，还包括流量控制阀，所述流量控制阀的输入端与所述中冷器的第二输出端连通，所述流量控制阀的输出端与所述燃料电池电堆的阳极输入端连通。

作为优选，还包括气液分离器，所述气液分离器的输入端与所述燃料电池电堆的阳极输出端连通，所述气液分离器的液体输出端被配置为输出液体，所述气液分离器的气体输出端与所述燃料电池电堆的阳极输入端连通。

作为优选，还包括排水阀，所述排水阀的输入端与所述气液分离器的液体输出端连通，所述排水阀的输出端被配置为输出液体。

作为优选，还包括气体循环泵，所述气体循环泵的输入端与所述气液分离器的气体输出端连通，所述气体循环泵的输出端与所述燃料电池电堆的阳极输入端连通。

作为优选，还包括背压阀，所述背压阀的输入端与所述加湿器的第二输出端连通。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的燃料电池系统，通过将中冷器的第一输入端输入空气，中冷器的第二输入端输入氢气，中冷器对输入的空气与输入的氢气进行热量交换，氢气经过中冷器时吸收空气中的热量，氢气得到加热，同时，空气经过中冷器时释放热量被氢气吸收，空气得到降温，防止高温空气进入到燃料电池电堆中破坏燃料电池电堆。中冷器实现了利用氢气来降低空气的温度，同时利用空气加热氢气，无需再设置换热器对氢气进行加热，减少了零部件数量，而且加湿器能够将燃料电池电堆的阴极输出端的水份进行再利用，该部分水份能够对进入燃料电池电堆的阴极输入端的空气进行加湿，避免燃料电池电堆中离子交换膜的水份蒸发而导致失水，保证离子交换膜顺利传导质子。该燃料电池系统提高了系统集成度，使得布置更加方便简洁，同时降低了系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型提供的燃料电池系统的流程示意图；

图2是本实用新型中中冷器的结构示意图。

图中：

10、燃料电池电堆；100、中冷器；101、换热结构；102、空气流道；103、氢气流道；200、加湿器；210、背压阀；300、空压机；400、空气过滤装置；500、储氢装置；600、流量控制阀；700、气液分离器；800、排水阀；900、气体循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池系统，包括中冷器100、加湿器200以及燃料电池电堆10，其中，中冷器100的第一输入端用于输入空气，中冷器100的第一输出端与加湿器200的第一输入端连通，中冷器100的第一输出端用于输出空气，中冷器100的第二输入端用于输入氢气，中冷器100的第二输出端与燃料电池电堆10的阳极输入端连通，中冷器100的第二输出端用于输出氢气，输入中冷器100的空气能够加热输入中冷器100的氢气，在使用时，低温氢气通过中冷器100的第二输入端进入中冷器100，高温空气通过中冷器100的第一输入端进入中冷器100，高温空气与低温氢气在中冷器100内进行热量交换，降温后的空气通过中冷器100的第一输出端输出，升温后的氢气通过中冷器100的第二输出端输出，实现利用空气加热氢气，同时利用氢气降温空气的目的，加湿器200的第一输出端与燃料电池电堆10的阴极输入端连通，燃料电池电堆10的阴极输出端与加湿器200的第二输入端连通，加湿器200利用燃料电池电堆10的阴极输出端的水份对进入燃料电池电堆10的阴极输入端的空气进行湿润，保证进入燃料电池电堆10的阴极输入端的空气满足湿度需求。

本实施例提供的燃料电池系统，通过将中冷器100的第一输入端输入空气，中冷器100的第二输入端输入氢气，中冷器100对输入的空气与输入的氢气进行热量交换，氢气经过中冷器100时吸收空气中的热量，氢气得到加热，同时，空气经过中冷器100时释放热量被氢气吸收，空气得到降温，防止高温空气进入到燃料电池电堆10中破坏燃料电池电堆10。中冷器100实现了利用氢气来降低空气的温度，同时利用空气加热氢气，无需再设置换热器对氢气进行加热，减少了零部件数量，而且加湿器200能够将燃料电池电堆10的阴极输出端的水份进行再利用，该部分水份能够对进入燃料电池电堆10的阴极输入端的空气进行加湿，避免燃料电池电堆10中离子交换膜的水份蒸发而导致失水，保证离子交换膜顺利传导质子。该燃料电池系统提高了系统集成度，使得布置更加方便简洁，同时降低了系统的成本。

如图2所示，本实施例中的中冷器100内设置有腔室，腔室内设置有换热结构101，换热结构101将腔室分隔为空气流道102以及氢气流道103，中冷器100的第一输入端以及第一输出端分别设置在空气流道102的两端，中冷器100的第二输入端以及第二输出端分别设置在氢气流道103的两端，换热结构101能够将空气流道102中空气的热量传递给氢气流道103中的氢气。通过上述结构，实现了中冷器100与换热器进行二合一的结构设计，保证了中冷器100将空气的热量传递给氢气，而且结构紧凑，功能集成化程度高。示例性地，在一个具体的实施例中，中冷器100的第一输入端与第二输入端对位设置，中冷器100的第一输出端与所述第二输出端对位设置，使得空气流道102的流动方向与氢气流道103的流动方向相同；在另一个具体的实施例中，中冷器100的第一输入端与第二输出端对位设置，中冷器100的第一输出端与所述第二输入端对位设置，使得空气流道102的流动方向与氢气流道103的流动方向相反，从而提高空气与氢气的热量交换效果。可选地，本实施例中的换热结构101可以但不限于采用换热材质制成。

在一个实施例中，燃料电池系统还包括空压机300，空压机300的输入端用于输入空气，空压机300的输出端与中冷器100的第一输入端连通。空压机300可以为空气压缩机或者鼓风机。空压机300可以对空气进行增压、压缩空气。空气被压缩和增压后温度会升高，可以便于空气进入中冷器100与氢气进行热交换。同时，空气会被氢气冷却，在增加空气密度的同时又可以使空气在进入燃料电池电堆10的阴极输入端之前的温度满足要求。

可选地，燃料电池系统还包括空气过滤装置400，空气过滤装置400的输入端用于输入空气，空气过滤装置400的输出端与空压机300的输入端连通。通过设置空气过滤装置400能够对进入空压机300输入端的空气进行过滤，去除空气中的水份和尘埃等杂质，避免空压机300损坏，保证空压机300的使用寿命。

在一个实施例中，燃料电池系统还包括储氢装置500，储氢装置500与中冷器100的第二输出端连通。通过储氢装置500，储氢装置500可以储存液氢或高压氢气，保证氢气供应。具体地，储氢装置500可以但不限于是储氢瓶或者储氢罐，储氢瓶或者储氢罐便于运输，而且占用空间较小，便于拆装。

可选地，燃料电池系统还包括流量控制阀600，流量控制阀600的输入端与中冷器100的第二输出端连通，流量控制阀600的输出端与燃料电池电堆10的阳极输入端连通。通过设置流量控制阀600，在使用时，控制流量控制阀600的通断或者打开范围，能够控制进入燃料电池电堆10阳极输入端的氢气。

在一个实施例中，燃料电池系统还包括气液分离器700，气液分离器700的输入端与燃料电池电堆10的阳极输出端连通，气液分离器700的液体输出端用于输出液体，气液分离器700的气体输出端与燃料电池电堆10的阳极输入端连通。通过设置气液分离器700，能够对燃料电池电堆10阳极输出端排出的未充分反应的氢气进行再利用，并对氢气中的水份进行分离，分离后的饱和氢气与中冷器100第二输出端输出的氢气混合，重新进入燃料电池电堆10的阳极输入端。而且与中冷器100配合使用，经过中冷器100提高氢气的温度，能够防止氢气在与燃料电池电堆10阳极输出端循环过来的饱和氢气混合产生液态水，防止液态水进入燃料电池电堆10导致水淹情况。

可选地，燃料电池系统还包括排水阀800，排水阀800的输入端与气液分离器700的液体输出端连通，排水阀800的输出端用于输出液体。通过设置排水阀800，能够控制气液分离器700的液体输出端是否输出液体。

进一步地，燃料电池系统还包括气体循环泵900，气体循环泵900的输入端与气液分离器700的气体输出端连通，气体循环泵900的输出端与燃料电池电堆10的阳极输入端连通。通过设置气体循环泵900，能够为燃料电池电堆10阳极输出端循环过来的饱和氢气提供循环动力。

在一个实施例中，燃料电池系统还包括背压阀210，背压阀210的输入端与加湿器200的第二输出端连通。通过设置背压阀210，能够调控给燃料电池电堆10阴极输入端提供需求的空气，为空气流动提供动力。

本实施例提供的燃料电池系统，将中冷器100与换热器进行二合一的结构设计，利用氢气来降低空气的温度，同时利用空气加热氢气，通过此种方案，可以减少零部件的数量，从而提高了系统集成度，使得布置更加方便简洁，同时降低了系统的成本。

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，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。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

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括中冷器(100)、加湿器(200)以及燃料电池电堆(10)，所述中冷器(100)的第一输入端被配置为输入空气，所述中冷器(100)的第一输出端与所述加湿器(200)的第一输入端连通，所述中冷器(100)的第一输出端被配置为输出空气，所述中冷器(100)的第二输入端被配置为输入氢气，所述中冷器(100)的第二输出端与所述燃料电池电堆(10)的阳极输入端连通，所述中冷器(100)的第二输出端被配置为输出氢气，输入所述中冷器(100)的空气能够加热输入所述中冷器(100)的氢气，所述加湿器(200)的第一输出端与所述燃料电池电堆(10)的阴极输入端连通，所述燃料电池电堆(10)的阴极输出端与所述加湿器(200)的第二输入端连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述中冷器(100)内设置有腔室，所述腔室内设置有换热结构(101)，所述换热结构(101)将所述腔室分隔为空气流道(102)以及氢气流道(103)，所述中冷器(100)的第一输入端以及第一输出端分别设置在所述空气流道(102)的两端，所述中冷器(100)的第二输入端以及第二输出端分别设置在所述氢气流道(103)的两端，所述换热结构(101)能够将所述空气流道(102)中空气的热量传递给所述氢气流道(103)中的氢气。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括空压机(300)，所述空压机(300)的输入端被配置为输入空气，所述空压机(300)的输出端与所述中冷器(100)的第一输入端连通。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括空气过滤装置(400)，所述空气过滤装置(400)的输入端被配置为输入空气，所述空气过滤装置(400)的输出端与所述空压机(300)的输入端连通。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括储氢装置(500)，所述储氢装置(500)与所述中冷器(100)的第二输出端连通。

6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括流量控制阀(600)，所述流量控制阀(600)的输入端与所述中冷器(100)的第二输出端连通，所述流量控制阀(600)的输出端与所述燃料电池电堆(10)的阳极输入端连通。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括气液分离器(700)，所述气液分离器(700)的输入端与所述燃料电池电堆(10)的阳极输出端连通，所述气液分离器(700)的液体输出端被配置为输出液体，所述气液分离器(700)的气体输出端与所述燃料电池电堆(10)的阳极输入端连通。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括排水阀(800)，所述排水阀(800)的输入端与所述气液分离器(700)的液体输出端连通，所述排水阀(800)的输出端被配置为输出液体。

9.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括气体循环泵(900)，所述气体循环泵(900)的输入端与所述气液分离器(700)的气体输出端连通，所述气体循环泵(900)的输出端与所述燃料电池电堆(10)的阳极输入端连通。

10.根据权利要求1-9任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括背压阀(210)，所述背压阀(210)的输入端与所述加湿器(200)的第二输出端连通。