CN218447992U - 燃料电池的供气系统和具有其的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池的供气系统和具有其的燃料电池，供气系统包括电堆、空气模块、氢气模块和第一泄压装置，电堆具有阳极入口和阴极入口；空气模块包括空压机和用于输送空气的第一管路，空压机串联在第一管路上，第一管路与阴极入口连通；氢气模块包括用于输送氢气的第二管路，第二管路与阳极入口连通；第一泄压装置设在第一管路上，且位于空压机和阴极入口之间，第一泄压装置用于在空压机的出口压力超过第一设定值时开启。根据本实用新型的供气系统，通过第一泄压装置，避免空压机出口压力过高造成空压机自身损坏的现象，达到保护空压机的目的。

Description

燃料电池的供气系统和具有其的燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池的供气系统和具有其的燃料电池。

背景技术

现有技术中，燃料电池包含氢气模块、空气模块和电堆等，氢气模块包括流量控制阀和气液分离器等主要零部件，通过调节流量控制阀等部件共同为电堆阳极提供所需的氢气量及氢气气压；空气模块包含空压机和空气阀门等主要零部件，通过调节空压机等部件共同为电堆阴极提供所需的空气量及空气气压。

其中，燃料电池电堆入口的压力是依靠氢气入口的流量控制阀进行控制，空气模块电堆入口压力是依靠空气入口的空压机进行控制；然而，当空压机出口端压力过高时，会对空压机造成损坏。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种燃料电池的供气系统，所述供气系统通过第一泄压装置，避免空压机出口端压力过高造成空压机自身损坏的现象，达到保护空压机的目的。

本实用新型还提出一种具有上述供气系统的燃料电池。

根据本实用新型第一方面实施例的供气系统，包括：电堆，所述电堆具有阳极入口和阴极入口；空气模块，所述空气模块包括空压机和用于输送空气的第一管路，所述空压机串联在所述第一管路上，所述第一管路与所述阴极入口连通；氢气模块，所述氢气模块包括用于输送氢气的第二管路，所述第二管路与所述阳极入口连通；第一泄压装置，所述第一泄压装置设在所述第一管路上，且位于所述空压机和所述阴极入口之间，所述第一泄压装置用于在所述空压机的出口压力超过第一设定值时开启。

根据本实用新型实施例的供气系统，通过设置第一泄压装置，并使得第一泄压装置在空压机的出口压力超过第一设定值时开启，以实现空压机出口侧的泄压，从而避免空压机后端压力过高造成空压机自身损坏的现象，达到保护空压机的目的。

在一些实施例中，所述电堆还具有阳极出口，所述供气系统还包括：气液分离装置，所述气液分离装置具有入口、出口和出液口，所述入口与所述阳极出口连通，所述出口通过所述第二管路与所述阳极入口连通。

在一些实施例中，所述电堆还具有阴极出口，所述供气系统还包括：排气模块，所述排气模块与所述出液口、所述第一泄压装置和所述阴极出口分别连通。

在一些实施例中，所述的燃料电池的供气系统，还包括：第二泄压装置，所述第二泄压装置设在所述第二管路上，且用于在所述阳极入口处的压力超过第二设定值时开启。

在一些实施例中，所述第一泄压装置和所述第二泄压装置集成为泄压模块，所述泄压模块具有第一入口、第二入口和第一出口，所述第一入口和所述第二入口分别与所述第一出口独立连通，所述第一入口与所述第一管路连通，所述第二入口与所述第二管路连通，

在一些实施例中，所述泄压模块构造成：在所述空压机的出口压力超过所述第一设定值时，所述第一入口和所述第一出口均打开，在所述阳极入口处的压力超过所述第二设定值时，所述第二入口和所述第一出口均打开。

在一些实施例中，所述第一出口具有打开状态和关闭状态，所述第一出口构造成：所述第一入口和所述第二入口中的至少一个打开时所述第一出口切换至所述打开状态。

在一些实施例中，所述泄压模块为泄压阀。

在一些实施例中，所述泄压阀为电子泄压阀、或机械式泄压阀。

根据本实用新型第二方面实施例的燃料电池，包括根据本实用新型上述第一方面实施例的燃料电池的供气系统。

根据本实用新型实施例的燃料电池，通过采用上述的供气系统，可以提高燃料电池的安全性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的供气系统的示意图；

图2是图1中所示的的泄压模块的示意图。

附图标记：

供气系统100、

氢气进气装置1、流量控制阀2、

电堆3、阳极入口3a、阴极入口3b、阳极出口3c、阴极出口3d、

气液分离装置4、入口4a、出口4b、出液口4c、

空气进气装置5、空压机6、

泄压模块7、第一泄压装置71、第二泄压装置72、

第一入口7a、第二入口7b、第一出口7c、

排气模块8、第一管路9、第二管路10。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面，参考附图，描述根据本实用新型实施例的燃料电池的供气系统100。

如图1和图2所示，燃料电池的供气系统100包括电堆3、空气模块、氢气模块和第一泄压装置71，电堆3具有阳极入口3a和阴极入口3b；空气模块用于为电推3提供所需的空气，且空气模块包括空压机6和用于输送空气的第一管路9，空压机6串联在第一管路9上，第一管路9与阴极入口3b连通，第一管路9中的空气朝向阴极入口3b 流动；氢气模块用于为电堆3提供所需的氢气，氢气模块包括用于输送氢气的第二管路 10，第二管路10与阳极入口3a连通；第一泄压装置71设在第一管路9上，且第一泄压装置71位于空压机6和阴极入口3b之间，则第一泄压装置71连接在空压机6的出口侧，在第一管路9内的气流流动方向上，第一泄压装置71位于空压机6的下游侧。

其中，第一泄压装置71用于在空压机6的出口压力超过第一设定值时开启，以避免空压机6的出口压力过高，造成空压机6自身结构的损害。

例如，燃料电池的供气系统100遇到紧急情况而紧急停机后，供气系统100的阀门关闭，阴极入口3b关闭，由于空压机6内部运转具有缓冲作用，使得空压机6不会立即停止工作，将会导致空压机6出口压力瞬间升高，极端情况下会造成空压机6反转而损坏空压机6；本申请中设置第一泄压装置71在空压机6的出口压力超过第一设定值时开启，以实现第一管路9的泄压，避免了空压机6的出口压力过高，造成空压机6自身结构的损害，以起到保护空压机6的作用。

根据本实用新型实施例的供气系统100，通过设置第一泄压装置71，并使得第一泄压装置71在空压机6的出口压力超过第一设定值时开启，以实现空压机6出口侧的泄压，从而避免空压机6出口压力过高造成空压机6自身损害的现象，达到保护空压机6 的目的。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，空气模块还包括空气进气装置5，空气进气装置5输送空气进入第一管路9，第一管路9输送空气进入空压机6，空压机6 对输送到阴极入口3b的空气进行增压。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，电堆3还具有阳极出口3c，供气系统100还包括气液分离装置4，气液分离装置4具有入口4a、出口4b和出液口4c，入口 4a与阳极出口3c连通，出口4b通过第二管路10与阳极入口3a连通。

其中，电堆3阳极内混合气体(包括部分未反应完全的氢气和从阴极渗透至阳极的氮气)和系统反应生成的水蒸气的混合物从阳极出口3c进入气液分离装置4，气液分离装置4可以将混合物中的水液化，以将混合气体与水分离，分离后的混合气体(包括氢气和氮气)通过出口4b进入第二管路10并与来自氢气模块输送的氢气混合进入电堆3，二次利用未消耗的氢气，提高了氢气的利用率，节约了使用成本，同时液态水从出液口 4c排出，可以防止液态水过多通过氢气模块中的循环路进入电堆3造成系统损坏，从而保护了供气系统100的正常工作。

此外，当电堆3阳极处的混合气体中的氮气浓度超标时(氮气浓度超过限定浓度)，供气系统100会将阳极处的混合气体通过气液分离装置4的出液口4c排出(例如出液口4c处的混合气体可以通过后文所述的排气模块8排出)，避免了过高浓度的氮气影响阳极处氢气的反应，降低阳极处氢气的反应效率，从而保证电堆3阳极的正常工作。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，氢气模块还包括氢气进气装置1和流量控制阀2，氢气进气装置1输送氢气进入第二管路10，流量控制阀2设在第二管路10 上，且流量控制阀2位于氢气进气装置1和阳极入口3a之间，流量控制阀2用于调节进入阳极入口3a的氢气量和气压。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，电堆3还具有阴极出口3d，供气系统100还包括排气模块8，排气模块8与出液口4c、第一泄压装置71和阴极出口3d分别连通，则第一泄压装置71开启时第一管路9排出的超压空气可以排向排气模块8以实现排放，且电堆3反应后产生的混合物(例如反应后的剩余气体和液态水等)等也可以排向排气模块8以实现排放。

在本实用新型的一些实施例中，供气系统100还包括氢气循环装置(例如氢气循环泵)和排水阀，氢气循环装置连通在气液分离装置4的出口4b和第二管路10之间，气液分离装置4通过出口4b输送未消耗的氢气进入氢气循环装置进行氢气增压，增压的氢气进入第二管路10与来自氢气模块输送的氢气混合进入电堆3；排水阀位于气液分离装置4的出液口4c和排气模块8之间，且排水阀用于控制气液分离装置4的出液口4c 和排气模块8之间的通断。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，燃料电池的供气系统100还包括第二泄压装置72，第二泄压装置72设在第二管路10上，且第二泄压装置72用于在阳极入口3a处的压力超过第二设定值时开启，防止电堆3阳极入口3a压力过高，造成电堆3损坏，以起到保护电堆3的作用。

例如，如图1和图2所示，供气系统100还包括排气模块8，排气模块8与第二泄压装置72连通，则第二泄压装置72开启时第二管路10排出的超压空气可以排向排气模块8以实现排放。

在一些实施例中，如图1和图2所示，氢气模块还包括流量控制阀2，流量控制阀2设在第二管路10上，第二泄压装置72且位于流量控制阀2和阳极入口3a之间，则第二泄压装置72位于流量控制阀2在第二管路10气流方向上的下游侧，第二泄压装置72 可以防止流量控制阀2控制不稳定，导致电堆3阳极入口3a压力过高而对造成电堆3 损坏。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，第一泄压装置71和第二泄压装置72集成为泄压模块7，泄压模块7具有第一入口7a、第二入口7b和第一出口7c，第一入口7a和第二入口7b分别与第一出口7c独立连通，第一入口7a与第一管路9连通，第二入口7b与第二管路10连通(例如第一入口7a通过支路连通至第一管路9，第二入口7b通过支路立案通知第二管路10)，且第一入口7a处的介质不能进入第二入口7b，第二入口7b处的介质不能进入第一入口7a，即第一入口7a处的介质不能通过第二入口7b流至第二管路10，且第二入口7b处的介质不能通过第一入口7a流至第一管路9。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，泄压模块7构造成：在空压机 6的出口压力超过第一设定值时，第一入口7a和第一出口7c均打开，在阳极入口3a 处的压力超过第二设定值时，第二入口7b和第一出口7c均打开，以实现第一泄压装置 71的功能和第二泄压装置72的功能。

由此，通过第一泄压装置71和第二泄压装置72集成为泄压模块7，使得一个泄压模块7实现两处泄压保护功能，以至少保护两个装置(例如空压机6和电堆3)，提升了供气系统100的安全性，且降低了供气系统100的结构复杂程度，使得供气系统100 结构简单，简化了供气系统100的设计。

在本申请中，第一设定值和第二设定值的具体数值可以根据实际需求设置。

在另一些实施例中，第一泄压装置71和第二泄压装置72分别单独设置，即第一泄压装置71和第二泄压装置72分别为两个独立的装置，第一泄压装置71负责空压机6 出口处的泄压保护，第二泄压装置72负责电堆3阳极入口3a处的泄压保护。

在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，第一出口7c具有打开状态和关闭状态，第一出口7c构造成：第一入口7a和第二入口7b中的至少一个打开时第一出口7c切换至打开状态。

由此，泄压模块7的第一入口7a、第二入口7b和第一出口7c可以具有以下四种状态：1，第一入口7a、第二入口7b和第一出口7c均打开；2，第一入口7a和第一出口 7c打开，第二入口7b关闭；3，第二入口7b和第一出口7c打开，第一入口7a关闭；4，第一入口7a、第二入口7b和第一出口7c均关闭，以便于泄压模块7满足供气系统100 的不同需求。

当然，第一出口7c还可以构造成始终处于打开状态。

在本实用新型的一些实施例中，空气模块还包括加湿器，加湿器设在第一管路9上，且加湿器位于空压机6和阴极入口3b之间，加湿器调节进入阴极入口3b的空气的湿度，保证电堆3的正常工作。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，供气系统100的工作原理：当供气系统100工作正常时，空气进气装置5输送空气进入第一管路9，第一管路9输送空气进入空压机6，空压机6对输送到阴极入口3b的空气进行增压后进入电堆3；氢气进气装置1输送氢气进入第二管路10，氢气经过流量控制阀2调节进入阳极入口3a的氢气量和气压后进入电堆3；电堆3阴极反应后剩余氢气和水等从阴极出口3d进入排气模块8排出，电堆3阳极反应后未反应的氢气和水从阳极出口3c进入气液分离装置4，分离出的未反应的氢气从气液分离装置4的出口4b进入第二管路10，液态水从出液口4c进入排气模块8排出。

当空压机6的出口压力超过第一设定值时，泄压模块7的第一入口7a和第一出口7c打开，第一管路9中的高压空气进入排气模块8排出；和/或，当电堆3阳极入口3a 处的压力超过第二设定值时，泄压模块7的第二入口7b和第一出口7c打开，第二管路 10的高压氢气进入排气模块8排出。

在本实用新型的一些实施例中，泄压模块7为泄压阀，便于简化泄压模块7的结构，降低成本。

在本实用新型的一些实施例中，泄压阀为电子泄压阀、或机械式泄压阀等，便于实现泄压阀的灵活设计，以更好地满足实际差异化需求。

根据本实用新型第二方面实施例的燃料电池，包括根据本实用新型上述第一方面实施例的燃料电池的供气系统100。

根据本实用新型实施例的燃料电池，通过采用上述的供气系统100，可以提高燃料电池的安全性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“后”、“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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，包括：

电堆(3)，所述电堆(3)具有阳极入口(3a)和阴极入口(3b)；

空气模块，所述空气模块包括空压机(6)和用于输送空气的第一管路(9)，所述空压机(6)串联在所述第一管路(9)上，所述第一管路(9)与所述阴极入口(3b)连通；

氢气模块，所述氢气模块包括用于输送氢气的第二管路(10)，所述第二管路(10)与所述阳极入口(3a)连通；

第一泄压装置(71)，所述第一泄压装置(71)设在所述第一管路(9)上，且位于所述空压机(6)和所述阴极入口(3b)之间，所述第一泄压装置(71)用于在所述空压机(6)的出口压力超过第一设定值时开启。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，所述电堆(3)还具有阳极出口(3c)，所述供气系统(100)还包括：

气液分离装置(4)，所述气液分离装置(4)具有入口(4a)、出口(4b)和出液口(4c)，所述入口(4a)与所述阳极出口(3c)连通，所述出口(4b)通过所述第二管路(10)与所述阳极入口(3a)连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，所述电堆(3)还具有阴极出口(3d)，所述供气系统(100)还包括：

排气模块(8)，所述排气模块(8)与所述出液口(4c)、所述第一泄压装置(71)和所述阴极出口(3d)分别连通。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，还包括：

第二泄压装置(72)，所述第二泄压装置(72)设在所述第二管路(10)上，且用于在所述阳极入口(3a)处的压力超过第二设定值时开启。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，所述第一泄压装置(71)和所述第二泄压装置(72)集成为泄压模块(7)，所述泄压模块(7)具有第一入口(7a)、第二入口(7b)和第一出口(7c)，所述第一入口(7a)和所述第二入口(7b)分别与所述第一出口(7c)独立连通，所述第一入口(7a)与所述第一管路(9)连通，所述第二入口(7b)与所述第二管路(10)连通。

6.根据权利要求5所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，所述泄压模块(7)构造成：在所述空压机(6)的出口压力超过所述第一设定值时，所述第一入口(7a)和所述第一出口(7c)均打开，在所述阳极入口(3a)处的压力超过所述第二设定值时，所述第二入口(7b)和所述第一出口(7c)均打开。

7.根据权利要求6所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，所述第一出口(7c)具有打开状态和关闭状态，所述第一出口(7c)构造成：所述第一入口(7a)和所述第二入口(7b)中的至少一个打开时所述第一出口(7c)切换至所述打开状态。

8.根据权利要求6所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，所述泄压模块(7)为泄压阀。

9.根据权利要求8所述的燃料电池的供气系统(100)，其特征在于，所述泄压阀为电子泄压阀、或机械式泄压阀。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的燃料电池的供气系统(100)。

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