CN216749981U - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池系统，可以防止燃料电池堆本身的性能劣化，而具有良好的可靠度。燃料电池系统包括：多个燃料电池堆，通过阳极流体和阴极流体来进行发电；流体分配部，分配和供应阴极流体至多个燃料电池堆；以及多个流入口，设置在流体分配部中，并分别连接到多个燃料电池堆的进气流路。燃料电池系统还包括：多个开闭构件，分别位于多个流入口处，当多个燃料电池堆中的至少一个燃料电池堆处于发电停止状态时，位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆的流入口处的开闭构件通过流体分配部和处于发电停止状态的燃料电池堆的进气流路之间的压力差而关闭连接到处于发电停止状态的燃料电池堆的流入口。

Description

燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池系统。

背景技术

在现有技术中，当燃料电池系统具有多个燃料电池堆时，每个燃料电池堆都设置有进气部。并且，如果要以大量的燃料电池堆发电的话，则需要发送大量的空气。在进行用于供给电力的反应之后，反应后生成的排出气体的浓度变高，所以需要稀释。因此，在各燃料电池堆中，需设置有一个连通燃料电池堆的进气部的旁通阀的配置，并通过进气部中未流向燃料电池堆的部分空气来稀释排出气体。

然而，多个燃料电池堆中的不发电的燃料电池堆虽具有密封阀，但由于燃料电池堆中的气泵和热交换器是通过软管连接的，如果旁通阀是密封的，连接的软管可能会因为负压而被压坏，因此，无法完全地密封，而会有残余的气体流入旁通阀。由于正在发电的燃料电池堆中的气泵运行中，因此流入不发电的燃料电池堆的旁通阀的气体有可能进入集成的吸气机制，进而流入正在发电的燃料电池堆。在上述的结构中，即使在具有集成的吸气机制时，未运行的燃料电池堆流出的氢和水蒸气也有可能通过密封阀旁通阀流入运行的燃料电池堆中。如此，一旦未运行的燃料电池堆流出的氢气或水蒸气流入正在运行的燃料电池堆，它将通过电解质膜发生反应，进而对电解质膜造成损坏。结果，存在燃料电池的性能劣化的问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开第2005-166403号

实用新型内容

本实用新型提供一种燃料电池系统，可以防止燃料电池堆本身的性能劣化，而具有良好的可靠度。

本实用新型提供一种燃料电池系统。燃料电池系统包括：多个燃料电池堆，通过阳极流体和阴极流体来进行发电；流体分配部，分配和供应阴极流体至多个燃料电池堆；以及多个流入口，设置在流体分配部中，并分别连接到多个燃料电池堆的进气流路。燃料电池系统对应于各燃料电池堆而分别设置有：:气泵，用于使位于流体分配部下游的阴极流体流入燃料电池堆；热交换器，较气泵位于更下游的位置；第一密封阀，设置在热交换器与燃料电池堆之间；第二密封阀，设置在燃料电池堆的排气流路中；分支流路，连接气泵和第一密封阀之间的进气流路和第二密封阀下游侧的排气流路；以及分支阀，设置在分支流路中。燃料电池系统还包括：多个开闭构件，分别位于多个流入口处，当多个燃料电池堆中的至少一个燃料电池堆处于发电停止状态且分支阀关闭时，位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆的流入口处的开闭构件通过流体分配部和处于发电停止状态的燃料电池堆的进气流路之间的压力差而关闭连接到处于发电停止状态的燃料电池堆的流入口。

在本实用新型的一实施例中，流入口具有用于提供段差的阶梯部，阶梯部在与开闭构件的接触面的至少一部分上设置有密封构件。

在本实用新型的一实施例中，流入口处设有段差，开闭构件具有与段差对应的缺口部。

在本实用新型的一实施例中，在开闭构件靠近流体分配部的一侧设置有施力构件。

基于上述，在本实用新型的燃料电池系统中，通过设置开闭构件的简单构造，能够基于流体分配部和处于发电停止状态的燃料电池堆的进气流路之间的压力差而关闭其流入口，因此，未发电的燃料电池堆流出的流体不会流入正在发电的燃料电池堆，从而能够防止对正在发电的燃料电池堆产生不必要的反应，进而对电解质膜造成损坏。因此，可以防止燃料电池堆本身的性能劣化。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本实用新型的一实施例的燃料电池系统的概略方块图；

图1B是图1A的燃料电池系统的燃料电池堆的元件的方块示意图；

图2A是图1A的一实施例的流入口处的局部放大示意图；

图2B是图1A的另一实施例的流入口处的局部放大示意图；

图2C是图1A的又一实施例的流入口处的局部放大示意图；

附图标记说明：

100：燃料电池系统；

110A、110B：燃料电池堆；

111A、111B：气泵；

112A、112B：热交换器；

113A、113B：第一密封阀；

114A、114B：第二密封阀；

115A、115B：分支阀；

120：流体分配部；

130A、130B：流入口；

140A、140B：开闭构件；

210：阶梯部；

220：密封构件；

230：缺口部；

240：施力构件；

BP：分支流路；

IN：进气流路；

OT：排气流路；

ST：段差。

具体实施方式

图1A是依照本实用新型的一实施例的燃料电池系统的概略方块图。图1B是图1A的燃料电池系统的燃料电池堆的元件的方块示意图。请参考图1A与图1B，在本实施例中，燃料电池系统100包括多个燃料电池堆110A、110B、流体分配部120、多个流入口130A、130B以及与多个流入口130A、130B对应设置的多个开闭构件140A、140B。多个燃料电池堆110A、110B通过阳极流体和阴极流体来进行发电。具体而言，在各燃料电池堆110A、110B中，阳极流体例如为供应给燃料电池堆110A、110B中的各阴极的氧化剂气体，阴极流体例如为供应给燃料电池堆110A、110B中的各阳极的燃料气体，并且，通过各燃料电池堆110A、110B中的电极催化剂层的电化学反应，阳极流体和阴极流体被消耗而由此产生电力。

进一步而言，如图1B所示，在本实施例中，燃料电池系统100对应于各燃料电池堆110A、110B而分别设置有气泵111A、111B、热交换器112A、112B、第一密封阀113A、113B、第二密封阀114A、114B、分支流路BP以及分支阀115A、115B。具体而言，在本实施例中，热交换器112A、112B较气泵111A、111B位于更下游的位置，第一密封阀113A、113B设置在热交换器112A、112B与燃料电池堆110A、110B之间，第二密封阀114A、114B设置在燃料电池堆110A、110B的排气流路OT中。由于在以大量的燃料电池堆110A、110B发电时，则需要发送大量的空气，并且，在进行用于供给电力的反应之后，反应后生成的排出气体的浓度变高，所以需要以空气进行稀释，因此，在各燃料电池堆110A、110B中，需设置有一个连通燃料电池堆110A、110B的进气流路IN和排气流路OT的分支流路BP的配置，并通过进气部中未流向燃料电池堆110A、110B的部分空气来稀释排出气体。

具体而言，如图1B所示，在本实施例中，分支流路BP设置为连接气泵111A、111B和第一密封阀113A、113B之间的进气流路IN和第二密封阀114A、114B下游侧的排气流路OT，而分支阀115A、115B设置在分支流路BP中，以控制用于稀释反应后生成的排出气体的空气量。然而，由于各燃料电池堆110A、110B中的气泵111A、111B和热交换器112A、112B通过软管连接，如果分支阀115A、115B是密封的，连接的软管可能会因为负压而被压坏，因此，即便在燃料电池堆110A、110B处于发电停止状态而使气泵111A、111B未运行时，也无法对分支阀115A、115B进行完全地密封，而会有残余的气体流入分支阀115A、115B。如此，即便在处于发电停止状态的燃料电池堆110A、110B的进气流路IN、排气流路OT以及分支流路BP中，也会具有残余的气体，而具有一定的气体压力。

并且，在本实施例中，由于燃料电池系统100具有多个燃料电池堆110A、110B，因此设有用于进气集成的流体分配部120，流体分配部120用于将阴极流体分配和供应至多个燃料电池堆110A、110B。此外，如图1A与图1B所示，多个流入口130A、130B设置在流体分配部120中，并分别连接到多个燃料电池堆110A、110B的进气流路IN，而多个开闭构件140A、140B分别位于多个流入口130A、130B处，而可基于流体分配部120和不同的燃料电池堆110A、110B的进气流路IN之间的压力差，来控制各个流入口130A、130B的开闭。在本实施例中，流体分配部120例如为吸气集成箱，开闭构件140A、140B例如为挡板。

举例而言，如图1B所示，在本实施例中，燃料电池堆110B可为处于发电运行状态的燃料电池堆，而燃料电池堆110A可为处于发电停止状态的燃料电池堆。当燃料电池堆110B处于发电运行状态时，气泵111B会开始运行以使位于流体分配部120下游的阴极流体流入燃料电池堆110B中。并且，由于气泵111B的运行，流体分配部120的内部气压会大于发电运行状态的燃料电池堆110B，如此，位于连接到处于发电运行状态的燃料电池堆110B的流入口130B处的开闭构件140B通过流体分配部120和处于发电运行状态的燃料电池堆110B的进气流路IN之间的压力差，而往处于发电运行状态的燃料电池堆110B的进气流路IN开启，而可使流入口130B处于开启状态，并使阴极流体流入处于发电运行状态的燃料电池堆110B中。

另一方面，如图1B所示，由于处于发电停止状态的燃料电池堆110A的气泵111A不会运行，且流体分配部120的内部气体也往发电运行状态的燃料电池堆110A移动，因此，流体分配部120的内部气压会小于发电停止状态的燃料电池堆110A。如此，当燃料电池堆110A处于发电停止状态且分支阀115A关闭时，位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆110A的流入口130A处的开闭构件140A基于流体分配部120和处于发电停止状态的燃料电池堆110A的进气流路IN之间的压力差，会抵接在流入口130A附近，而关闭流入口130A。

如此一来，通过流体分配部120中与各燃料电池堆110A、110B对应的流入口130A、130B处安装开闭构件140A、140B的简单构造，能够基于流体分配部120和各燃料电池堆110A、110B的进气流路IN之间的压力差，来控制各个流入口130A、130B的开闭。如此，当多个燃料电池堆110A、110B中的至少一个燃料电池堆110A处于发电停止状态且分支阀115A关闭时，位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆110A的流入口130A处的开闭构件140A能够基于流体分配部120和处于发电停止状态的燃料电池堆110A的进气流路IN之间的压力差，而关闭其流入口130A。因此，未发电的燃料电池堆110A流出的流体不会流入正在发电的燃料电池堆110B，从而能够防止对正在发电的燃料电池堆110B产生不必要的反应，进而对电解质膜造成损坏。因此，可以防止燃料电池堆110B本身的性能劣化。

更进一步而言，在本实施例中，燃料电池系统100的多个流入口130A、130B可设置有段差ST、密封构件220和/或缺口部230等结构，而能够提高气密性。以下将搭配图2A至图2C，进行进一步地解说。

图2A是图1A的一实施例的流入口处的局部放大示意图。如图2A所示，在本实施例中，在流入口140A、140B处具有用于提供段差ST的阶梯部210，阶梯部210在与开闭构件的接触面的至少一部分上设置有密封构件220。如此，通过用于提供段差ST的阶梯部210的设置，将可使开闭构件140A、140B抵接在流入口130A、130B附近，而不会往流体分配部120内开启流入口130A、130B。另一方面，通过阶梯部210和密封构件220的设置，在位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆110A、110B的流入口130A、130B处的开闭构件140A、140B抵接在流入口130A、130B附近时，也可以提高流入口130A、130B关闭时的气密性，进而提升燃料电池系统100的可靠度。

图2B是图1A的另一实施例的流入口处的局部放大示意图。如图2B所示，在本实施例中，流入口130A、130B处设有段差ST，开闭构件140A、140B具有与段差ST对应的缺口部230。如此，通过设置段差ST与缺口部230的设置，在位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆110A、110B的流入口130A、130B处的开闭构件140A、140B抵接在流入口130A、130B附近时，亦可使开闭构件140A、140B抵接在流入口130A、130B附近，而不会往流体分配部120内开启流入口130A、130B。并且，可进一步提高开闭构件140A、140B与流入口130A、130B的嵌合性，并由此提高流入口130A、130B关闭时的气密性，进而提升燃料电池系统100的可靠度。此外，如图2B所示，在本实施例中，在开闭构件140A、140B靠近流体分配部120的一侧设置有施力构件240。举例而言，施力构件240可为复位弹簧、铰链等构件。如此，通过将施力构件240安装到开闭构件140A、140B靠近流体分配部120的一侧，可使施力构件240能在使开闭构件140A、140B往关闭流入口130A、130B的方向上施力，进而亦可提高流入口130A、130B关闭时的气密性。

图2C是图1A的又一实施例的流入口处的局部放大示意图。如图2C所示，在本实施例中，流入口130A、130B附近的元件配置与图2A或图2B流入口130A、130B附近的元件配置类似，而差异如下所述。在本实施例中，在流入口130A、130B处具有用于提供段差ST的阶梯部210、密封构件220、缺口部230以及施力构件240的配置，如此，通过上述元件的配置，在位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆110A、110B的流入口130A、130B处的开闭构件140A、140B抵接在流入口130A、130B附近时，亦可使燃料电池系统100的开闭构件140A、140B达到前述的效果与优点，在此就不再赘述。

综上所述，在本实用新型的燃料电池系统中，通过流体分配部中与各燃料电池堆对应的流入口处安装开闭构件的简单构造，能够基于流体分配部和各燃料电池堆的进气流路之间的压力差，来控制各个流入口的开闭。如此，当多个燃料电池堆中的至少一个燃料电池堆处于发电停止状态且分支阀关闭时，位于连接到处于发电停止状态的燃料电池堆的流入口处的开闭构件能够基于流体分配部和处于发电停止状态的燃料电池堆的进气流路之间的压力差，而关闭其流入口。因此，未发电的燃料电池堆流出的流体不会流入正在发电的燃料电池堆，从而能够防止对正在发电的燃料电池堆产生不必要的反应，进而对电解质膜造成损坏。因此，可以防止燃料电池堆本身的性能劣化。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的实施例的技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，包括：

多个燃料电池堆，通过阳极流体和阴极流体来进行发电；

流体分配部，分配和供应所述阴极流体至多个所述燃料电池堆；以及

多个流入口，设置在所述流体分配部中，并分别连接到多个所述燃料电池堆的进气流路；

其中所述燃料电池系统对应于各所述燃料电池堆而分别设置有：

气泵，用于使位于流体分配部下游的所述阴极流体流入所述燃料电池堆；

热交换器，较所述气泵位于更下游的位置；

第一密封阀，设置在所述热交换器与所述燃料电池堆之间；

第二密封阀，设置在所述燃料电池堆的排气流路中；

分支流路，连接所述气泵和所述第一密封阀之间的所述进气流路和所述第二密封阀下游侧的所述排气流路；以及

分支阀，设置在所述分支流路中；

其特征在于，还包括：

多个开闭构件，分别位于多个所述流入口处，

当多个所述燃料电池堆中的至少一个所述燃料电池堆处于发电停止状态且对应的所述分支阀关闭时，位于连接到处于发电停止状态的所述燃料电池堆的所述流入口处的所述开闭构件通过所述流体分配部和处于发电停止状态的所述燃料电池堆的进气流路之间的压力差而关闭连接到处于发电停止状态的所述燃料电池堆的所述流入口。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述流入口具有用于提供段差的阶梯部，所述阶梯部在与所述开闭构件的接触面的至少一部分上设置有密封构件。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述流入口处设有段差，所述开闭构件具有与所述段差对应的缺口部。

4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述开闭构件靠近所述流体分配部的一侧设置有施力构件。

5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述开闭构件靠近所述流体分配部的一侧设置有施力构件。

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