CN216749980U - 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，属于燃料电池技术领域，为解决现有燃料电池系统结构复杂等问题而设计。本实用新型燃料电池系统包括氢气进气口、流量控制阀、引射器、空气进气口、空压机压缩入口、空压机电机、空压机涡轮端、电堆、组合式气液分离器、排水阀和尾排系统，组合式气液分离器分离出来的液态水经过排水阀进入尾排系统。本实用新型燃料电池系统包括组合式气液分离器，将现有分体式的两个气液分离器整合在一起，结构更简单，简化了系统设计，加工难度更低且加工效率高，组装方便高效，减小了燃料电池系统的体积和重量，令燃料电池系统更便于搬运和携带。

Description

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

燃料电池系统主要包括电堆、氢气模块、空气模块、控制模块和冷却模块。其中，电堆是一种把燃料所具有的化学能直接转成电能的装置。

用于为电堆阳极提供所需氢气的氢气模块主要包括流量控制阀、排水阀、气液分离器、氢气循环泵等主要零部件，其中气液分离器布置在电堆阳极出口处，作用是将电堆阳极出口处混合气体中的液态水分离出来，防止液态水过多通过氢循环路进入电堆造成系统损坏。空气模块主要包含空压机、加湿器、空气阀门、气液分离器等主要零部件，其中气液分离器主要作用是将电堆阴极出口的液态水分离出来，防止液态水过多造成后端空压机膨胀机损坏。

现有燃料电池系统中在氢气模块和空气模块中分别设置各自的气液分离器，每个气液分离器都对应设置一个阀门和排水管路进行排水控制，结构复杂，使用不方便，占用空间大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种结构更简单的燃料电池系统。

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，氢气模块，包括依次连接的氢气进气口、流量控制阀和引射器；空气模块，包括空气进气口、空压机压缩入口、空压机电机和空压机涡轮端，所述空气进气口和所述空压机压缩入口相连接，所述空压机电机分别驱动所述空压机压缩入口和所述空压机涡轮端工作；以及，处理模块，包括依次连接的电堆、组合式气液分离器、排水阀和尾排系统，所述组合式气液分离器分离出来的液态水经过所述排水阀进入所述尾排系统；氢气依次经过所述氢气进气口、所述流量控制阀和所述引射器后进入所述电堆中，再从所述电堆进入所述组合式气液分离器，分离后形成循环路气体；所述循环路气体进入所述引射器并与经过所述流量控制阀进入的所述氢气相混合；空气依次经过所述空气进气口和所述空压机压缩入口后进入所述电堆中，再从所述电堆进入所述组合式气液分离器，分离后的所述空气进入所述空压机涡轮端，经过能量回收后进入所述尾排系统。

特别是，所述组合式气液分离器包括氢气端气液分离腔、空气端气液分离腔和储水腔，所述氢气端气液分离腔和所述空气端气液分离腔相互隔离，所述氢气端气液分离腔和所述空气端气液分离腔分别连通至所述储水腔。

特别是，在所述氢气端气液分离腔的侧壁上设置有氢气端进气口，在所述氢气端气液分离腔的顶壁上设置有氢气出气口，所述氢气端进气口经由所述氢气端气液分离腔连通至所述氢气出气口。

特别是，在所述空气端气液分离腔的侧壁上设置有空气端进气口，在所述空气端气液分离腔的顶壁上设置有空气出气口，所述空气端进气口经由所述空气端气液分离腔连通至所述空气出气口。

特别是，在所述储水腔的侧壁或底壁上设置有排水口，所述排水口将所述储水腔的内部与所述排水阀相连通。

特别是，所述储水腔位于所述氢气端气液分离腔和所述空气端气液分离腔的下方。

特别是，所述氢气端气液分离腔与所述储水腔之间设置有氢气端过水通道，所述空气端气液分离腔与所述储水腔之间设置有空气端过水通道，所述氢气端过水通道与所述空气端过水通道相互隔离。

特别是，所述氢气端气液分离腔的底壁和所述空气端气液分离腔的底壁呈漏斗状结构，所述氢气端过水通道和所述空气端过水通道分别处于所述漏斗状结构的最低点。

特别是，所述氢气端过水通道与所述空气端过水通道之间的距离小于所述氢气端气液分离腔的轴线与所述空气端气液分离腔的轴线之间的距离。

特别是，所述氢气端气液分离腔和所述空气端气液分离腔之间通过隔板相互隔离。

本实用新型燃料电池系统包括组合式气液分离器，将现有分体式的两个气液分离器整合在一起，组合式气液分离器包括相互隔离的氢气端气液分离腔和空气端气液分离腔，结构更简单，简化了系统设计，加工难度更低且加工效率高，组装方便高效，减小了燃料电池系统的体积和重量，令燃料电池系统更便于搬运和携带。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的燃料电池系统的结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式提供的组合式气液分离器的结构示意图。

图中：

1、氢气端气液分离腔；2、空气端气液分离腔；3、储水腔；4、隔板；11、氢气端进气口；12、氢气出气口；13、氢气端过水通道；21、空气端进气口；22、空气出气口；23、空气端过水通道；31、排水口；101、氢气进气口；102、流量控制阀；103、引射器；201、空气进气口；202、空压机压缩入口；203、空压机电机；204、空压机涡轮端；301、电堆；302、组合式气液分离器；303、排水阀；304、尾排系统。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本实施方式提供一种燃料电池系统，主要包括氢气模块、空气模块和处理模块。如图1所示，氢气模块包括依次连接的氢气进气口101、流量控制阀102和引射器103。空气模块包括空气进气口201、空压机压缩入口202、空压机电机203和空压机涡轮端204，空气进气口201和空压机压缩入口202相连接，空压机电机203分别驱动空压机压缩入口202和空压机涡轮端204工作。处理模块包括依次连接的电堆301、组合式气液分离器302、排水阀303和尾排系统304。

工作时，氢气依次经过氢气进气口101、流量控制阀102和引射器103后进入电堆301中，再从电堆301进入组合式气液分离器302，分离后形成循环路气体；循环路气体进入引射器103并与经过流量控制阀102进入的氢气相混合，进入电堆301中。空气经过空气进气口201进入空压机压缩入口202，经压缩后进入电堆301中，再从电堆301进入组合式气液分离器302，分离后的空气进入空压机涡轮端204，经过能量回收后进入尾排系统304。组合式气液分离器302分离出来的液态水经过排水阀303进入尾排系统304中。

组合式气液分离器302的具体结构不限，能替代现有分体气液分离器即可优选的如图2所示，组合式气液分离器302包括氢气端气液分离腔1、空气端气液分离腔2和储水腔3，氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2相互隔离，氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2分别连通至储水腔3。

将现有分体式的两个气液分离器整合在一起，结构更简单，简化了系统设计，加工难度更低且加工效率高，组装方便高效，减小了燃料电池系统的体积和重量，令燃料电池系统更便于搬运和携带。

在氢气端气液分离腔1的侧壁上设置有氢气端进气口11，在氢气端气液分离腔1的顶壁上设置有氢气出气口12，氢气端进气口11经由氢气端气液分离腔1连通至氢气出气口12。电堆301阳极出口处的混合气体从氢气端进气口11进入氢气端气液分离腔1中，液态水从混合气体中分离出来并落入氢气端气液分离腔1的底部，除掉液态水后的氢气从氢气出气口12排出，返回至引射器103，使用方便，气液分离效率高。

在空气端气液分离腔2的侧壁上设置有空气端进气口21，在空气端气液分离腔2的顶壁上设置有空气出气口22，空气端进气口21经由空气端气液分离腔2连通至空气出气口22。电堆301阴极出口的混合气体从空气端进气口21进入空气端气液分离腔2中，液态水从混合气体中分离出来并落入空气端气液分离腔2的底部，除掉液态水后的空气从空气出气口22排出至空压机涡轮端204，使用方便，气液分离效率高。

在储水腔3的侧壁或底壁上设置有排水口31，排水口31将储水腔3的内部与排水阀303相连通。氢气端气液分离腔1中的液态水和空气端气液分离腔2中的液态水分别流入储水腔3中，再通过排水口31和排水阀303排出至尾排系统304，使用方便，储水腔3能持续接收来自氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2的液态水，该燃料电池系统能持续处于工作状态。

为了能更顺畅地收集液态水，储水腔3位于氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2的下方。液态水在重力的作用下能顺畅地落到氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2的底部，然后再流入储水腔3中，无需额外设置集水装置，使用更方便。

在上述结构的基础上，氢气端气液分离腔1与储水腔3之间设置有氢气端过水通道13，氢气端气液分离腔1中的液态水通过氢气端过水通道13进入储水腔3中；空气端气液分离腔2与储水腔3之间设置有空气端过水通道23，空气端气液分离腔2中的液态水通过空气端过水通道23进入储水腔3中。氢气端过水通道13与空气端过水通道23相互隔离，避免氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2中的气体发生流窜，保证从氢气出气口12和空气出气口22排出的气体更为纯净。

为了集水更顺畅，氢气端气液分离腔1的底壁和空气端气液分离腔2的底壁呈漏斗状结构，氢气端过水通道13和空气端过水通道23分别处于漏斗状结构的最低点。液态水在重力作用下会沿着倾斜的底壁自动流到氢气端过水通道13和空气端过水通道23处，然后顺利地进入储水腔3中，集水效率更高。

氢气端过水通道13和空气端过水通道23的具体设置位置不限，能便于将液态水分别从氢气端气液分离腔1的底壁和空气端气液分离腔2的底壁排入储水腔3中即可。

优选的，氢气端过水通道13与空气端过水通道23之间的距离小于氢气端气液分离腔1的轴线与空气端气液分离腔2的轴线之间的距离。即，氢气端过水通道13相对于氢气端气液分离腔1的轴线更靠近空气端气液分离腔2，空气端过水通道23相对于空气端气液分离腔2的轴线更靠近氢气端气液分离腔1。氢气端过水通道13与空气端过水通道23之间的距离越近，在氢气端过水通道13与空气端过水通道23之外留出的空间越大，方便在这块空间中布线或者设置各种电气元件。需要说明的是，这仅是本实施方式中的一个优选方案，不是对该燃料电池系统结构的限制。

在上述结构的基础上，氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2之间通过隔板4相互隔离，加工方便，降低了整体的重量，能有效防止氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2中的气体混合在一起，保证出气的纯净度。

在上述结构的基础上，储水腔3的宽度大于氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2的宽度之和，储水腔3在具备集水功能的同时能令整个燃料电池系统的重心更低且更居中，较宽的储水腔3保证燃料电池系统不容易歪斜或倾倒，燃料电池系统空间姿态更稳定。当然，储水腔3的宽度等于氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2的宽度之和、以及储水腔3的宽度小于氢气端气液分离腔1和空气端气液分离腔2的宽度之和也是可行的，都不影响组合式气液分离器302的正常使用。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域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。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括，

氢气模块，包括依次连接的氢气进气口(101)、流量控制阀(102)和引射器(103)；

空气模块，包括空气进气口(201)、空压机压缩入口(202)、空压机电机(203)和空压机涡轮端(204)，所述空气进气口(201)和所述空压机压缩入口(202)相连接，所述空压机电机(203)分别驱动所述空压机压缩入口(202)和所述空压机涡轮端(204)工作；以及，

处理模块，包括依次连接的电堆(301)、组合式气液分离器(302)、排水阀(303)和尾排系统(304)，所述组合式气液分离器(302)分离出来的液态水经过所述排水阀(303)进入所述尾排系统(304)。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述组合式气液分离器(302)包括氢气端气液分离腔(1)、空气端气液分离腔(2)和储水腔(3)，所述氢气端气液分离腔(1)和所述空气端气液分离腔(2)相互隔离，所述氢气端气液分离腔(1)和所述空气端气液分离腔(2)分别连通至所述储水腔(3)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述氢气端气液分离腔(1)的侧壁上设置有氢气端进气口(11)，在所述氢气端气液分离腔(1)的顶壁上设置有氢气出气口(12)，所述氢气端进气口(11)经由所述氢气端气液分离腔(1)连通至所述氢气出气口(12)。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述空气端气液分离腔(2)的侧壁上设置有空气端进气口(21)，在所述空气端气液分离腔(2)的顶壁上设置有空气出气口(22)，所述空气端进气口(21)经由所述空气端气液分离腔(2)连通至所述空气出气口(22)。

5.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述储水腔(3) 的侧壁或底壁上设置有排水口(31)，所述排水口(31)将所述储水腔(3)的内部与所述排水阀(303)相连通。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述储水腔(3)位于所述氢气端气液分离腔(1)和所述空气端气液分离腔(2)的下方。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气端气液分离腔(1)与所述储水腔(3)之间设置有氢气端过水通道(13)，所述空气端气液分离腔(2)与所述储水腔(3)之间设置有空气端过水通道(23)，所述氢气端过水通道(13)与所述空气端过水通道(23)相互隔离。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气端气液分离腔(1)的底壁和所述空气端气液分离腔(2)的底壁呈漏斗状结构，所述氢气端过水通道(13)和所述空气端过水通道(23)分别处于所述漏斗状结构的最低点。

9.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气端过水通道(13)与所述空气端过水通道(23)之间的距离小于所述氢气端气液分离腔(1)的轴线与所述空气端气液分离腔(2)的轴线之间的距离。

10.根据权利要求2至5中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气端气液分离腔(1)和所述空气端气液分离腔(2)之间通过隔板(4)相互隔离。

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