CN218632124U - 燃料电池供气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池供气系统。燃料电池供气系统包括燃料电池、引射模块、气液分离装置、补气阀、排气阀和储氧罐；储氧罐的出口与引射模块的第一进气口连通；燃料电池的阴极出气口通过气液分离装置与引射模块的第二进气口连通；引射模块的出气口与燃料电池的阴极进气口连通；补气阀设置在引射模块的出气口与燃料电池的阴极进气口之间；排气阀设置在气液分离装置与引射模块之间。本实用新型实现了对燃料电池中反应后的气液混合物中的高湿出口气体的循环利用，且进入燃料电池中的混合气体的湿度和浓度均适宜，提升了燃料电池性能。本实用新型简化了系统结构，增加了设备可靠性，减少系统寄生功率，减少了成本，降低了噪音。

Description

燃料电池供气系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池供气系统。

背景技术

随着目前环境和资源问题日益严峻，能源的可持续发展显得尤为重要。燃料电池依靠氢气和氧气反应，将燃料中的化学能经燃烧转化为电能，转化效率高，且其生产的产物为水，排放污染小，所以运用的范围很广。

现有技术中，燃料电池发电时，燃料电池供气系统需配备空气压缩机、中冷器和增湿器等附属设备，才能正常发电。由于附属设备所消耗的功率构成的燃料电池寄生功率，占到燃料电池发电系统消耗功率的20％以上，因此，现有技术中的燃料电池供气系统中的附属设备消耗了大量的燃料电池电能，严重影响了对燃料电池发电的利用效率，且其还具有噪音污染，同时系统结构复杂。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中燃料电池供气系统的燃料电池附属设备消耗了大量的燃料电池电能的技术问题，提供了一种燃料电池供气系统。

鉴于以上技术问题，本实用新型实施例提供一种燃料电池供气系统，包括燃料电池、引射模块、气液分离装置、补气阀、排气阀和储氧罐；所述储氧罐的出口与所述引射模块的第一进气口连通；所述燃料电池的阴极出气口通过所述气液分离装置与所述引射模块的第二进气口连通；所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口连通；所述补气阀设置在所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口之间；所述排气阀设置在所述气液分离装置与所述引射模块之间。

可选地，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述储氧罐与所述引射模块之间的减压阀。

可选地，所述燃料电池供气系统还包括第一浓度传感器、流量计和第二浓度传感器，所述第一浓度传感器和所述流量计设置在所述储氧罐与所述引射模块之间；所述第二浓度传感器设置在所述气液分离装置与所述引射模块之间。

可选地，所述燃料电池供气系统还包括用于监测所述引射模块出气口氧气浓度的第三浓度传感器，所述第三浓度传感器设置在所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口之间。

可选地，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述气液分离装置与所述引射模块之间的止回阀。

可选地，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述引射模块出气口和所述燃料电池阴极进气口之间的湿度传感器和增湿器。

可选地，所述引射模块包括并联连接在所述储氧罐以及所述燃料电池之间的第一引射泵和第二引射泵；

所述第一引射泵和所述第二引射泵的第一进气口均与所述储氧罐出口连通；所述第一引射泵和所述第二引射泵的第二进气口均通过所述气液分离装置连通所述燃料电池的阴极出气口；所述第一引射泵和所述第二引射泵的出气口均与所述燃料电池的阴极进气口连通。

可选地，所述燃料电池供气系统还包括连通在所述引射模块的第二进气口与所述气液分离装置之间的循环空压机。

可选地，所述燃料电池供气系统还包括循环空压机；

所述循环空压机的第一入口与所述储氧罐出口连通；所述循环空压机的第二入口通过所述气液分离装置连通所述燃料电池的阴极出气口；所述循环空压机的出口与所述燃料电池的阴极进气口连通。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型的燃料电池供气系统包括燃料电池、引射模块、气液分离装置、补气阀、排气阀和储氧罐；所述储氧罐的出口与所述引射模块的第一进气口连通；所述燃料电池的阴极出气口通过所述气液分离装置与所述引射模块的第二进气口连通；所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口连通；所述补气阀设置在所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口之间；所述排气阀设置在所述气液分离装置与所述引射模块之间。本实用新型通过气液分离装置将高湿出口气体从燃料电池中反应后的气液混合物中进行分离之后，将分离出来的高湿出口气体与储氧罐中输出的高浓度氧气在引射模块中进行混合之后，将混合气体输入至燃料电池的阴极进气口中，从而供燃料电池使用，上述燃料电池供气系统实现了对燃料电池中反应后的气液混合物中的高湿出口气体的循环利用，且高湿出口气体中的低浓度氧气与储氧罐中高浓度氧气混合之后，进入燃料电池中的混合气体的湿度(无需额外使用增湿器对反应气进行加湿，即可保证燃料电池阴极进气口湿度)和浓度均适宜，提升了燃料电池性能。通过补气阀对混合气体中的保护气体(惰性气体)进行补充，以及通过排气阀对从气液混合物中分离出富集杂质的高湿出口气体进行排放。同时，本实用新型中，通过引射模块(无需使用空压机及中冷器)混合高湿出口气体与高浓度氧气，可以充分利用燃料电池阴极出气口的余压及高湿出口气体的湿度，简化了系统结构，增加了设备可靠性，减少系统寄生功率和成本，降低了噪音。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型第一实施例提供的燃料电池供气系统的结构示意图。

图2是本实用新型第二实施例提供的燃料电池供气系统的结构示意图。

图3是本实用新型第三实施例提供的燃料电池供气系统的结构示意图。

图4是本实用新型第四实施例提供的燃料电池供气系统的结构示意图。

图5是本实用新型第五实施例提供的燃料电池供气系统的结构示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、燃料电池；11、排气阀；12、止回阀；13、第二浓度传感器；2、引射模块；21、第三浓度传感器；22、第一引射泵；23、第二引射泵；24、循环空压机；3、储氧罐；31、减压阀；32、流量计；33、第一浓度传感器；4、补气阀；5、气液分离装置；61、第一管道；62、第二管道；63、第三管道；64、第四管道。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”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，因此不能理解为本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型一实施例提供了一种燃料电池供气系统，包括燃料电池1、引射模块2、储氧罐3、补气阀4、排气阀11和气液分离装置5；所述储氧罐3的出口与所述引射模块2的第一进气口连通；所述燃料电池1的阴极出气口通过所述气液分离装置5与所述引射模块2的第二进气口连通；所述引射模块2的出气口与所述燃料电池1的阴极进气口连通；所述补气阀4设置在所述引射模块2的出气口与所述燃料电池1的阴极进气口之间；所述排气阀11设置在所述气液分离装置5与所述引射模块2之间。

其中，本实用新型中对储氧罐3中的氧气来源不做限定，可以为从空气中分离的，亦可以仅存储存制氧机构中制备的，也可以是通过电解水进行制备的。但在一些实施例中，所述储氧罐3的出口通过第一管道61与所述引射模块2的第一进气口连通，所述储氧罐3的进口和电解池的阳极出口连通，用于将电解池的阳极处产生的氧气存储至储氧罐3中。可理解地，所述气液分离装置5将从气液混合物中分离出高湿出口气体之后的水通过管道送入到电解池中，当电解池有直流电流通过时，电解池中的水在催化剂作用下被分解为氢气和氧气。其中，氢气和氧气分别在电解池两侧的阴极和阳极产生，氢气经氢气出口管道进入储氢罐储存，而氧气经氧气出口管道进入储氧罐3储存。储氧罐3中均为高压氧气，储氧罐中温度接近于环境温度。

本实用新型通过气液分离装置5将高湿出口气体从燃料电池1中反应后的气液混合物中进行分离之后，将分离出来的高湿出口气体与储液罐3中输出的高浓度氧气在引射模块2中进行混合之后，将混合气体输入至燃料电池1的阴极进气口中，从而供燃料电池1使用，上述燃料电池供气系统实现了对燃料电池中反应后的气液混合物中的高湿出口气体的循环利用。可理解地，混合气体通过第二管道62进入燃料电池1的阴极进气口，混合气体中的氧气在燃料电池1中与自阳极而来的氢气进行反应，将化学能转换为电能。燃料电池1反应后的气液混合物从燃料电池1的阴极出气口通过第三管道63进入气液分离装置5中。气液分离装置5从气液混合物中分离出高湿出口气体，并将高湿出口气体作为工作流体通过第四管道64传输到所述引射模块2中，进而，将从所述引射模块2的第一进气口进入的高浓度氧气(引射流体)，和从所述引射模块2的第二进气口进入的高湿出口气体在引射模块2中进行混合，得到混合气体。可理解地，从所述引射模块2的第二进气口进入高湿出口气(工作流体)的氧气浓度范围为0.1-20％。所述引射模块2中的引射比(引射流体与工作流体体积流量之比)为0.3-20。如此，通过上述方式充分利用燃料电池1阴极出气口的余压及湿度，实现了对气液混合物中的高湿出口气体的循环利用。

并且，高湿出口气体与储氧罐3中输出的高浓度氧气混合之后，进入燃料电池1中的混合气体的湿度(无需额外使用增湿器对氧气进行加湿，即可保证燃料电池阴极进气口处混合气体的湿度)和浓度均适宜(符合氧气浓度要求和符合氧气湿度要求；其中，所述混合气体浓度要求的范围为20-95％，所述混合气体湿度要求范围为10-100％)，提升了燃料电池性能。通过补气阀4对从引射模块2出来的混合气体中的保护气体(惰性气体)进行补充，以及通过排气阀11对从气液混合物中分离出富集杂质的高湿出口气体进行排放。同时，本实用新型中，通过引射模块2(无需使用空压机及中冷器)混合高湿出口气体与高浓度氧气，简化了系统结构，增加了设备可靠性，减少系统寄生功率，降低成本，降低噪音。

进一步地，如图3所示_，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述引射模块2的出气口与所述燃料电池1的阴极进气口之间的补气阀4，也即所述第二管道62上还设有补气阀4，通过补气阀4定期对燃料电池1阴极进气口的惰性气体进行补充，惰性气体在燃料电池1中不与氢气反应，因此，惰性气体作为燃料电池1的保护气体进行循环利用，避免纯氧气导致燃料电池催化剂寿命降低。

进一步地，如图4所示_，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述气液分离装置5与所述引射模块2之间的排气阀11，也即在所述第四管道64上设有排气阀11，所述排气阀11用于定期排放气液分离装置5进行气液分离后富集杂质的气体。当通过排气阀11对富集杂质的气体排放后，通过上述补气阀4对燃料电池1阴极进气口的空气进行补

进一步地，如图2所示，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述储氧罐3与所述引射模块2之间的减压阀。具体地，在所述储氧罐3与所述引射模块2之间设有减压阀31，在第一管道61靠近所述储氧罐3出口的一端处设置减压阀31，用于减小储氧罐3输出的高浓度氧气的压力，以使其符合燃料电池的压力需求。也即，将从储氧罐3出来的高浓度氧气作为引射流体，该引射流体压力为0.1-70MPa，通过减压阀31对引射流体的压力进行调整。

进一步地，如图3所示，所述燃料电池供气系统还包括第一浓度传感器33、流量计32和第二浓度传感器13，所述第一浓度传感器33和所述流量计32设置在所述储氧罐3与所述引射模块2之间；所述第二浓度传感器13设置在所述气液分离装置5与所述引射模块2之间。具体地，在所述储氧罐3与所述引射模块2之间设有第一浓度传感器33和流量计32，其中，第一浓度传感器33设置在第一管道61在靠近所述引射模块2第一进气口的一端，用于监测从储氧罐3中出来的高浓度氧气的浓度，避免氧气浓度过高导致燃料电池催化剂寿命降低；流量计32设置在减压阀31和第一浓度传感器33之间，用于监测从储氧罐3中出来的高浓度氧气的流量。而所述第二浓度传感器13设置在所述引射模块2的第二进气口与所述气液分离装置5之间的第四管道64上，所述第二浓度传感器13用于监测从气液分离装置5中分离出的高湿出口气体中的氧气浓度是否符合浓度要求，避免混合气体中的氧气浓度过高或过低。

可理解地，第一浓度传感器33、流量计32和第二浓度传感器13之间联动控制，当所述第二浓度传感器13检测到工作流体(高湿出口气体)中的氧气浓度过低时，则储氧罐3释放较多高浓度氧气，提高氧气浓度，并通过第一浓度传感器33对储氧罐3释放高浓度氧气的氧气浓度进行检测，同时通过流量计32对储氧罐3释放高浓度氧气的氧气流量进行监测。当所述第二浓度传感器13检测到工作流体中的氧气浓度过高时，则储氧罐3释放较少高浓度氧气，降低氧气浓度，并通过第一浓度传感器33对储氧罐3释放高浓度氧气的氧气浓度进行检测，同时通过流量计32对储氧罐3释放高浓度氧气的氧气流量进行监测，从而实现联动控制。

在一实施例中，如图2所示，所述燃料电池供气系统还包括用于监测所述引射模块2出气口氧气浓度的第三浓度传感器21，所述第三浓度传感器21设置在所述引射模块2的出气口与所述燃料电池1的阴极进气口之间。也即，所述第二管道62上设有第三浓度传感器21，第三浓度传感器21用于监测燃料电池1阴极进气口的氧气浓度，避免混合气体中的氧气浓度达不到要求，反应不充分，降低氧气的利用率，降低燃料电池的寿命。

在一实施例中，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述引射模块2和所述燃料电池1的阴极进气口之间的湿度传感器和增湿器，所述湿度传感器用于监测燃料电池1阴极进气口的混合气体湿度，所述增湿器用于当湿度传感器检测到混合气体湿度不符合要求时，打开增湿器对混合气体湿度进行调整，当湿度传感器检测到氧气湿度符合要求时，关闭增湿器。

进一步地，如图5所示，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述气液分离装置5与所述引射模块2之间的止回阀12，也即所述第四管道64上还设有止回阀12，所述止回阀12用于防止工作流体(也即高湿出口气体)的回流。该止回阀12可以采用单向阀进行替换，起到同样的作用。

在一实施例中，如图3所示，所述引射模块包括第一引射泵22；第一引射泵22设置在所述燃料电池1阴极进气口和所述储氧罐3之间。所述储氧罐3通过第一管道61与所述第一引射泵22的第一进气口连通。所述第一引射泵22的出气口通过第二管道62与所述燃料电池1的阴极进气口连通。所述气液分离装置5的出气口通过第四管道64与所述第一引射泵22的第二进气口连通。即通过第四管道64将气液分离装置5出气口的工作流体(也即高湿出口气体)传输到引射模块，从而利用燃料电池1阴极出气口的余压提高引射压差，进而提高引射比，降低能耗。

在一实施例中，如图2所示，所述引射模块2包括并联连接在所述储氧罐3以及所述燃料电池1之间的第一引射泵22和第二引射泵23。所述第一引射泵22和所述第二引射泵23的第一进气口均与所述储氧罐3出口连通；所述第一引射泵22和所述第二引射泵23的第二进气口均通过所述气液分离装置5连通所述燃料电池1的阴极出气口；所述第一引射泵22和所述第二引射泵23的出气口均与所述燃料电池1的阴极进气口连通。可理解地，所述储氧罐3的出口通过第一管道61分别与第一引射泵22的第一进气口连通和第二引射泵23的第一进气口连通。所述气液分离装置5的进气口通过第三管道63与所述燃料电池1的阴极出气口连通，所述气液分离装置5的出气口通过第四管道64分别与第一引射泵22的第二进气口连通和第二引射泵23的第二进气口连通。所述第一引射泵22的出气口和所述第二引射泵23的出气口通过第二管道62与所述燃料电池1的阴极进气口连通。在该实施例中，可以根据燃料电池1的氧气流量需求对第一引射泵22和第二引射泵23进行开关控制，比如，在氧气流量需求较高时，同时打开第一引射泵22和第二引射泵23进行氧气混合，以提升输入至燃料电池1中的混合气体的流量；而在氧气流量需求较低时，仅打开第一引射泵22和第二引射泵23中的其中一个进行氧气混合即可。

在一实施例中，如图5所示，所述燃料电池供气系统还包括连通在所述引射模块2的第二进气口与所述气液分离装置5之间的循环空压机24，用于对工作流体(也即高湿出口气体)进行加压。所述循环空压机24的入口通过第四管道64与所述气液分离装置5的出气口连通。所述循环空压机24的出口和所述第一引射泵22的第二进气口连通。具体地，燃料电池1阴极出气口通过余压将气液混合物送入气液分离装置5中，气液分离装置5将分离后的高湿出口气体通过第四管道64进入循环空压机24中，在循环空压机24中对高湿出口气体进行加压。因高湿出口气体带有余压，从而降低了循环空压机24的压缩比，进而降低设备能耗。

在一实施例中，如图4所示，所述燃料电池供气系统还包括循环空压机24。所述循环空压机24的第一入口与所述储氧罐3出口连通，所述循环空压机24的第二入口通过所述气液分离装置5连通所述燃料电池1的阴极出气口；所述循环空压机24的出口与所述燃料电池1的阴极进气口连通。可理解地，所述循环空压机24的第一入口通过第一管道61与所述储氧罐3的出口连通。所述循环空压机24的第二入口通过第四管道64与所述气液分离装置5的出气口连通，所述气液分离装置5的进气口通过第三管道63与所述燃料电池1的阴极进气口连通。所述循环空压机24的出口通过第二管道62与所述燃料电池1的阴极进气口连通。在该实施例中，可以根据燃料电池1的氧气流量需求对第一引射泵22和循环空压机24进行开关控制，比如，在氧气流量需求较高时，同时打开第一引射泵22和循环空压机24进行氧气混合，以提升输入至燃料电池1中的混合气体的流量；而在氧气流量需求较低时，仅打开第一引射泵22或循环空压机24进行氧气混合即可。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上仅为本实用新型的燃料电池供气系统的实施例而已，并不用以限制本实用新型，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的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池供气系统，其特征在于，包括燃料电池、引射模块、气液分离装置、补气阀、排气阀和储氧罐；所述储氧罐的出口与所述引射模块的第一进气口连通；所述燃料电池的阴极出气口通过所述气液分离装置与所述引射模块的第二进气口连通；所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口连通；所述补气阀设置在所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口之间；所述排气阀设置在所述气液分离装置与所述引射模块之间。

2.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述储氧罐与所述引射模块之间的减压阀。

3.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述燃料电池供气系统还包括第一浓度传感器、流量计和第二浓度传感器，所述第一浓度传感器和所述流量计设置在所述储氧罐与所述引射模块之间；所述第二浓度传感器设置在所述气液分离装置与所述引射模块之间。

4.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述燃料电池供气系统还包括用于监测所述引射模块出气口氧气浓度的第三浓度传感器，所述第三浓度传感器设置在所述引射模块的出气口与所述燃料电池的阴极进气口之间。

5.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述气液分离装置与所述引射模块之间的止回阀。

6.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述燃料电池供气系统还包括设置在所述引射模块出气口和所述燃料电池阴极进气口之间的湿度传感器和增湿器。

7.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述引射模块包括并联连接在所述储氧罐以及所述燃料电池之间的第一引射泵和第二引射泵；

所述第一引射泵和所述第二引射泵的第一进气口均与所述储氧罐出口连通；所述第一引射泵和所述第二引射泵的第二进气口均通过所述气液分离装置连通所述燃料电池的阴极出气口；所述第一引射泵和所述第二引射泵的出气口均与所述燃料电池的阴极进气口连通。

8.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述燃料电池供气系统还包括连通在所述引射模块的第二进气口与所述气液分离装置之间的循环空压机。

9.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统，其特征在于，所述燃料电池供气系统还包括循环空压机；

所述循环空压机的第一入口与所述储氧罐出口连通；所述循环空压机的第二入口通过所述气液分离装置连通所述燃料电池的阴极出气口；所述循环空压机的出口与所述燃料电池的阴极进气口连通。

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