CN217280864U - 适于燃料电池低温启动的辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适于燃料电池低温启动的辅助装置，该辅助装置包括燃料电池、隔热箱、电堆风扇和抽风组件。燃料电池具有进气口和出气口。而隔热箱则罩设于燃料电池的进气口处。隔热箱包括有箱体，在箱体远离燃料电池的一侧开设有与外部连通的进口，而且箱体上还设置有加热部。电堆风扇固装于燃料电池的出气口。本实用新型所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过设置隔热箱，确保冷空气进入燃料电堆前在隔热箱体内与热空气充分混合，减少热量的损失，提高升温速率。电堆风扇配合抽风管道和抽风机形成尾气循环机构，实现尾气的循环加热，降低加热功耗。此外，温度传感器的设置可精确控制燃料电池内部温度，防止其内部温度失控。

Description

适于燃料电池低温启动的辅助装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种适于燃料电池低温启动的辅助装置。

背景技术

燃料电池，主要由膜电极组件和双极板构成，其中，膜电极组件是由质子交换膜、催化层与气体扩散层组合而成的，为反应发生场所；双极板是带流道的金属或石墨薄板，其主要作用是通过流场给膜电极组件输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热。

当燃料电池内的温度低于冰点时，燃料电池工作产生的水会发生冻结。在电池内温度上升到零度之前，催化层内的水如果发生冻结，电化学反应将会因为反应区域的冰封而停止，同时冰的形成会伴随着体积膨胀，这也会对膜电极组件的结构产生严重的破坏。

现有的大多数燃料电池系统冷启动都需要辅助方法，其中，辅助电源加热就是采用加热空气流经燃料电池的方式，将燃料电池内的冷空气带走，从而提升燃料电池内的温度，确保燃料电池得以正常工作。

但是，现有的辅助电源加热方式，往往因加热空气流失过大，致使进入燃料电池的冷空气与加热空气得不到充分的混合，出现燃料电池加热时间过长，延迟燃料电池的启动时间，从而造成加热部件的功耗过大；同时燃料电堆内部温度不可控，容易造成电堆温度失控，进而造成电堆不可逆的损坏。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中因加热空气流失过大，致使进入燃料电池的冷空气与加热空气得不到充分的混合，出现燃料电池加热时间过长，延迟燃料电池启动时间，从而加热部件功耗过大，同时燃料电堆内部温度不可控，从而提供一种适于燃料电池低温启动的辅助装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种适于燃料电池低温启动的辅助装置，包括：

燃料电池，具有进气口和出气口；

隔热箱，罩设于所述燃料电池的进气口；所述隔热箱包括箱体；所述箱体远离所述燃料电池的一侧开设有与外部连通的进口，所述箱体上设置有加热部；

电堆风扇，固装于所述燃料电池的出气口。

进一步的，所述箱体还包括设置于所述箱体内壁的隔热层。

进一步的，还包括：抽风组件，包括抽风管道，以及设置于所述抽风管道内的抽风机；所述抽风管道的输入端靠近设置于所述电堆风扇的输出端上方；所述加热部设置在抽风管道的输出端与所述箱体的连通处。

进一步的，所述电堆风扇被配置为至少两个；所述抽风组件与所述电堆风扇一一对应设置。

进一步的，所述进口被设置为类百叶窗结构。

进一步的，在所述箱体内部的所述进口处设置有过滤件。

进一步的，所述过滤件包括第一过滤网层和第二过滤网层，以及设置在所述第一过滤网层和所述第二过滤网层之间的活性炭层。

进一步的，还包括：控制部，固装于所述箱体外侧，与外部电源连接设置；所述控制部电连接所述加热部和所述电堆风扇。

进一步的，所述燃料电池的内部设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制部电连接。

进一步的，所述控制部与所述燃料电池的进气阀和出气阀电连接。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，包括燃料电池、隔热箱和电堆风扇。当燃料电池需要在低温环境下启动时，首先，加热部工作并快速提升隔热箱内的空气温度，加热一段时间后电堆风扇启动，促使加热后的空气流经过燃料电池后排出，并同时将燃料反应堆内的冷空气带走。

通过设置隔热箱，可以降低空气的流通速度，使得加热部具有相对较长的加热时间，实现空气的充分加热，保障电堆风扇开始工作时有足量的热空气通过燃料电池。同时，隔热箱的设置，也可确保冷空气进入燃料电堆前在隔热箱体内与热空气充分混合，减少热量的损失，提高升温速率。

2.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过在箱体内壁上隔热层，有利于加强隔热箱内的热空气与外部冷空气的隔绝效果，减少隔热箱内的热空气与外部的接触，从而进一步降低隔热箱内的热量流失。

3.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过设置抽风组件，可与电堆风扇形成配合形成尾气循环机构，将流经燃料电池的部分热空气输送回隔热箱中，实现尾气的循环加热，以能够进一步地提高燃料电池的升温速率。

4.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，将电堆风扇设置成至少两个。每一电堆风扇均可以配合其对应的抽风管道和抽风机形成尾气循环机构，有助于提高尾气的循环速率。同时，多个电堆风扇也可以提高隔热箱内空气的流动，有利于热空气及冷空气的混合。

5.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过将进口设置为类百叶窗结构，有利于将进入隔热箱的冷空气打散，提高冷空气与热空气的混合速率。同时，也能够避免外部的固体杂质进入隔热箱中，对燃料电池或加热部造成损伤。

6.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过在进口处设置过滤件，能够避免灰尘杂质进入隔热箱内部而影响加热部的加热工作。

7.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，由两层过滤网层的过滤件，可加强过滤件的过滤效果。而活性炭层的设置，则可将空气中的有害气体去除，以延长燃料电池的使用寿命。

8.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过设置与外部电源、加热部和电堆风扇电连接的控制部，能够准确实现对燃料电池的升温过程的控制，确保燃料电池得以正常工作。

9.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过设置与控制部电连接的温度传感器，可准确得知燃料电池的内部温度，防止燃料电池的温度失控，避免出现燃料电池内部温度还没有达到启动温度时，就启动燃料电池工作的情况。

10.本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，将控制部与进气阀和出气阀电连接，可实现控制部对燃料电池的启动控制，配合温度传感器的设置，能够实现对燃料电池启动的准确控制，

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述的燃料电池的装配示意图；

图3为本实用新型所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置的剖面示意图；

图4为本实用新型所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置的工作流程示意图；

附图标记说明：

1、燃料电池；101、进气口；102、出气口；103、进气阀；104、出气阀；105、进气管；106、出气管；2、隔热箱；201、箱体；202、进口；203、隔热层；3、加热部；4、电堆风扇；5、抽风组件；501、抽风管道；502、抽风机；6、过滤件；7、控制部；8、外部电源；9、温度传感器。

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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，或一体地连接；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。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型涉及一种适于燃料电池低温启动的辅助装置，包括燃料电池1、隔热箱2和电堆风扇4。

其中，燃料电池1具有进气口101和出气口102。隔热箱2罩设于燃料电池1的进气口101。隔热箱2包括箱体201。箱体201远离燃料电池1的一侧开设有与外部连通的进口202，箱体201上设置有加热部3。电堆风扇4固装于燃料电池1的出气口102。

本实用新型提供的适于燃料电池低温启动的辅助装置，通过设置隔热箱2，可以降低空气的流通速度，使得加热部3具有相对较长的加热时间，实现空气的充分加热，从而确保电堆风扇4工作时有足量的热空气通过燃料电池1。同时，隔热箱2的设置也能够减少热量的损失，有利于冷空气的升温。

基于如上的设计思想，本实施例所涉及的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其一种示例性结构如图1所示，且此时，本实施例中的燃料电池1为氢燃料电池。结合图2所示，该燃料电池1具有进气口101和出气口102，以供外部空气穿经该燃料电池1。此外，该燃料电池1还包括有对称设置在两侧的进气管105和出气管106，以用于燃料电池1进行电化学反应。在进气管105上设置有进气阀103，在出气管106上设置有出气阀104。

具体地，在燃料电池1的进气口101处设置有隔热箱2，在燃料电池1的出气口102处设置有电堆风扇4。当然，隔热箱2和电堆风扇4的设置位置不限于此，只要确保电堆风扇4启动时，可抽走隔热箱2中的空气，并使该空气通过燃料电池1即可。

如图3所示，上述的隔热箱2包括箱体201，在箱体201上开设有进口202。作为一种可实施的方式，上述的进口202设置在箱体201远离燃料电池1的一侧壁上，以能够延长外部冷空气的流动路径，确保冷空气得以充分加热。当然，进口202的位置设置不限于此，也可以设置在箱体201的其他位置，但是，以远离燃料电池1的一侧壁上设置进口202的效果为最佳。

为了进一步地提高隔热箱的隔绝效果，在箱体201内壁上还设置有隔热层203。在本实施例中，隔热层203主要设置在箱体201的顶部、底部和另外两侧壁上。隔热层203的设置，有利于减少隔热箱2内的热空气，与外部冷空气或设备的接触，从而降低隔热箱2内的热量流失。

如图1和图3所示，上述的进口202被设置为类百叶窗结构。如此设置，有利于将进入隔热箱2的冷空气打散，提高冷空气与热空气的混合速率。同时，也能够避免外部的固体杂质进入隔热箱2中，对燃料电池1或加热部3造成损伤。当然，进口202的结构也可采用其他结构。

在本实施例中，在箱体201内部的进口202处设置有过滤件6，以能够避免灰尘杂质进入隔热箱2内部而影响加热部3的加热工作。作为一种可实施的方式，过滤件6可通过框架套接进口202处，安装简单便捷。其中，过滤件6与框架可拆卸链接，有便于过滤件6的更换，或将过滤件6清洗后重新安装。具体地，该过滤件6可以采用粘结层固定在框架上。当然该过滤件6也可以采用其他结构设置在框架上。

在本实施例中，过滤件6包括第一过滤网层和第二过滤网层，以及设置在第一过滤网层和第二过滤网层之间的活性炭层。将过滤件6设置成两个过滤网层，可加强过滤件6的过滤效果。同时，设置的活性炭层可将空气中的有害气体去除，从而延长燃料电池1的使用寿命。

该辅助装置还设置有抽风组件5。抽风组件5包括抽风管道501，以及设置于抽风管道501内的抽风机502。如图3所示，抽风管道501的输入端靠近设置在电堆风扇4的输出端上方。加热部3设置在抽风管道501的输出端与箱体201的连通处。在燃料电池低温启动的准备过程中，抽风组件5可与电堆风扇4形成配合形成尾气循环机构，将流经燃料电池1的部分热空气输送回隔热箱2中，实现尾气的循环加热，从而充分利用流经燃料电池1的空气余热，以能够进一步地提高燃料电池的升温速率。

在本实施例中，上述的抽风组件5设置在箱体201的顶部，加热部3设置在抽风管道501与箱体201的连通处。在此，需要说明的是，加热部3可以是横竖交错设置的加热板，也可以是多层设置的加热丝，以能够对隔热箱2内的空气进行初次加热，并保证循环尾气得以二次加热即可。

作为一种可变形的实施方式，上述电堆风扇4被配置为至少两个；抽风组件5与电堆风扇4一一对应设置。在本实施例中，电堆风扇4被设置为间隔均布的三个，相应地，上述的抽风组件5和加热部3也设置为三个。每一电堆风扇4可以配合其对应的抽风管道501和抽风机502形成尾气循环机构，有助于提高尾气的循环速率。同时，多个电堆风扇4也可以提高隔热箱1内空气的流动，有利于热空气及冷空气的混合。

在此，需要说明的是，上述的电堆风扇4除了间隔均布的三个，也可以采用四个，六个等其他数量，但是布置三个电堆风扇4和三个抽风组件5的配合形式构成的尾气循环机构，针对尾气循环利用速率最好。

仍如图1所示，在箱体201的外侧还设置有控制部7，控制部7与外部电源8连接设置。同时，该控制部7电连接加热部3和电堆风扇4，以能够准确实现对燃料电池1的升温过程的控制，确保燃料电池1得以正常工作。

此外，在燃料电池1的内部还设置有温度传感器9，温度传感器9可与控制部7电连接，以确保控制部7得以准确得知燃料电池1内部的温度，有利于避免出现燃料电池1内部温度还没有达到启动温度时，就启动燃料电池工作的情况。在本实施例中，控制部7还与燃料电池1的进气阀103和出气阀104电连接，以便于配合温度传感器9，实现对燃料电池1启动的准确控制。

该适于燃料电池低温启动的辅助装置在使用时，需先操作控制部7发送启动信号给加热部3和电堆风扇4，然后电堆风扇4低速启动，抽走隔热箱2中的空气，并将空气抽进燃料电池1中并排出。随后，控制部7发送工作信号给抽风组件5，使抽风组件5启动工作。

刚启动时，加热部3会对隔热箱2内空气进行局部加热，同时，隔热箱2内空气被电堆风扇4抽走。随后，抽风机503工作，将部分流经燃料电池1的空气抽回，这部分空气会通过抽风管道501后输送至隔热箱2。在抽风管道501和隔热箱2的连接处，该部分空气和流动的冷空气会受到加热部3的加热，加热后的空气会在隔热箱2中流动，并与冷空气混合变成混合空气后再进入燃料电池1并排出。

刚启动一会后，抽风组件5把从燃料电池1出来的混合空气部分抽回，该部分混合空气会通过抽风管道501后，并经过加热部3进一步加热后进入隔热箱2中与冷空气二次混合后，再进入燃料电池1中并排出。

此过程中，温度传感器9会一直检测燃料电池1内部温度并反馈给控制部7。当燃料电池1内部温度达到设定下限时，温度传感器9反馈信号给控制部7，控制部7会发送信号给出气阀104及进气阀103，并控制出气阀104及进气阀103的开闭状态，进而控制燃料电池1进行发电工作。

而当燃料电池1内部温度达到设定上限时，温度传感器9反馈信号给控制部7，控制部7则会发送信号给加热部3及抽风组件5，加热部3及抽风组件5会立即停止工作，且此时，氢燃料电池的低温启动工作顺利完成。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，包括：

燃料电池(1)，具有进气口(101)和出气口(102)；

隔热箱(2)，罩设于所述燃料电池(1)的进气口(101)；所述隔热箱(2)包括箱体(201)；所述箱体(201)远离所述燃料电池(1)的一侧开设有与外部连通的进口(202)，所述箱体(201)上设置有加热部(3)；

电堆风扇(4)，固装于所述燃料电池(1)的出气口(102)。

2.根据权利要求1所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，所述箱体(201)还包括设置于所述箱体(201)内壁的隔热层(203)。

3.根据权利要求1所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，还包括：

抽风组件(5)，包括抽风管道(501)，以及设置于所述抽风管道(501)内的抽风机(502)；所述抽风管道(501)的输入端靠近设置于所述电堆风扇(4)的输出端上方；所述加热部(3)设置在抽风管道(501)的输出端与所述箱体(201)的连通处。

4.根据权利要求3所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，所述电堆风扇(4)被配置为至少两个；所述抽风组件(5)与所述电堆风扇(4)一一对应设置。

5.根据权利要求1中所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，所述进口(202)被设置为类百叶窗结构。

6.根据权利要求5中所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，在所述箱体(201)内部的所述进口(202)处设置有过滤件(6)。

7.根据权利要求6所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，所述过滤件(6)包括第一过滤网层和第二过滤网层，以及设置在所述第一过滤网层和所述第二过滤网层之间的活性炭层。

8.根据权利要求1-7中任一所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，还包括：

控制部(7)，固装于所述箱体(201)外侧，与外部电源(8)连接设置；所述控制部(7)电连接所述加热部(3)和所述电堆风扇(4)。

9.根据权利要求8所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，所述燃料电池(1)的内部设置有温度传感器(9)，所述温度传感器(9)与所述控制部(7)电连接。

10.根据权利要求9中所述的适于燃料电池低温启动的辅助装置，其特征在于，所述控制部(7)与所述燃料电池(1)的进气阀(103)和出气阀(104)电连接。

Images