CN218731100U - 一种加热入堆气体的燃料电池以及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种加热入堆气体的燃料电池以及车辆，所述燃料电池包括空气分离器、加热器、电堆、涡轮以及换热器；电堆包括空气侧入口和氢气侧入口；氢气侧入口上设有供氢管道；空气分离器包括出口，所述空气分离器出口上设置有透氧膜；加热器设置在透氧膜上；涡轮包括进口和出口；氢气燃烧器的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；涡轮出口通过空气管道与空气侧入口连通；供氢管道和空气管道通过换热器进行换热；本实用新型通过透氧膜，将空气中的氧气分离，通过加热器能够将透氧膜进行加热并加热氧气，高温氧气通过涡轮降温降压再经过换热器散热后进入到电堆内，实现对电堆的快速加温，能够适应低温环境。

Description

一种加热入堆气体的燃料电池以及车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种加热入堆气体的燃料电池以及车辆。

背景技术

氧气是燃料电池的重要反应原料，现有燃料电池系统技术仅利用环境空气作为原料，并不对其进行任何成分处理，一方面由于自然环境中的空气氧含量太低，限制了电堆的发电功率。另外一方面，尾排的气体的能量直接被浪费掉了，降低了利用率；同时低温的氢气和空气也影响电堆的功率，导致效率低，冷启动慢。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种加热入堆气体的燃料电池以及车辆。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种加热入堆气体的燃料电池，包括空气分离器、加热器、电堆、涡轮以及换热器；

所述电堆包括空气侧入口和氢气侧入口；所述氢气侧入口上设有供氢管道；

所述空气分离器包括出口，所述空气分离器出口上设置有透氧膜；所述加热器设置在透氧膜上；

所述涡轮包括进口和出口；

所述加热器的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；所述涡轮出口通过空气管道与空气侧入口连通；

所述供氢管道和空气管道通过换热器进行换热。

优选地，所述燃料电池还包括空压机，所述空压机、涡轮二者共轴设置。

优选地，所述空压机、涡轮以及电机三者共轴设置。

优选地，所述燃料电池还包括电池，所述电机为发电电动机，所述发电电动机与电池电性连接。

优选地，所述加热器为氢气燃烧器；

燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器、供氢管道连通。

优选地，所述空压机包括进口和出口，所述空压机进口与涡轮出口连通，所述空压机出口通过空气管道与空气侧入口连通；

所述电堆包括空气侧出口，所述空气侧出口、空压机以及空气侧进口三者通过三通阀连通。

优选地，所述电堆还包括尾排出口，所述尾排出口与涡轮进口连通；

所述涡轮为轴流涡轮。

优选地，所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的透氧膜。

优选地，所述空气分离器上设置有与空气侧入口直连的通道，所述燃料电池通过空气分离器分离后剩余的气体对燃料电池进行吹扫。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一技术方案为：

一种车辆，包括上述的加热入堆气体的燃料电池。

本实用新型的有益效果在于：通过透氧膜，能够将空气中的氧气分离出来，通过加热器能够将透氧膜进行加热，提升分离效果，而空气分离器分离出的氧气通过被加热的透氧膜也形成高温氧气，通过高温氧气通过涡轮降温降压再经过换热器散热后进入到电堆内，实现对电堆的快速加温，能够适应低温环境，同时避免瞬间温差压差过大导致电堆损坏，而加热后的供氢管道加热后的氧气能够大大的提升启动效果，避免或者减少单低的情况发生，能够提高启动时的效率，能够提升电堆的功率，同时无需额外的加湿装置、加热装置进行空气、氢气的加湿加热，能够缩小燃料电池的体积，降低成本。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的一种加热入堆气体的燃料电池的结构框图；

标号说明：1、空气分离器；2、加热器；3、电堆；31、空气侧入口；32、氢气侧入口；33、空气侧出口；34、尾排出口；4、涡轮；5、换热器；6、供氢管道；7、透氧膜；8、空气管道；9、空压机；10、电机；11、电池；

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种加热入堆气体的燃料电池11，包括空气分离器1、加热器 2、电堆3、涡轮4以及换热器5；

所述电堆3包括空气侧入口31和氢气侧入口32；所述氢气侧入口32上设有供氢管道6；

所述空气分离器1包括出口，所述空气分离器1出口上设置有透氧膜7；所述加热器2设置在透氧膜7上；

所述涡轮4包括进口和出口；

所述加热器的出口、空气分离器1出口分别与涡轮4进口连通；所述涡轮4 出口通过空气管道8与空气侧入口31连通；

所述供氢管道6和空气管道8通过换热器5进行换热。

从上述描述可知，通过透氧膜7，能够将空气中的氧气分离出来，通过加热器2能够将透氧膜7进行加热，提升分离效果，而空气分离器1分离出的氧气通过被加热的透氧膜7也形成高温氧气，通过高温氧气通过涡轮4降温降压再经过换热器5散热后进入到电堆3内，实现对电堆3的快速加温，能够适应低温环境，同时避免瞬间温差压差过大导致电堆3损坏，而加热后的供氢管道6 加热后的氧气能够大大的提升启动效果，避免或者减少单低的情况发生，能够提高启动时的效率，能够提升电堆3的功率，同时无需额外的加湿装置、加热装置、换热装置进行空气、氢气的加湿加热，能够缩小燃料电池11的体积，降低成本；减少低温氢气给燃料电池11带来例如端板效应，低温堵水等效应。

进一步的，所述燃料电池11还包括空压机9，所述空压机9、涡轮4二者共轴设置。

从上述描述可知，通过空压机9、涡轮4二者共轴设置，能够实现将由涡轮4直接带动空压机9工作，实现混合气体的热能直接转化为机械能。

进一步的，所述空压机9、涡轮4以及电机10三者共轴设置。

从上述描述可知，通过空压机9、涡轮4以及电机10三者共轴设置，由于三者基本都是同步工作，能够实现混合气体的热能直接转化为机械能以及电能；且在启动时，可以直接由电机10进行启动，带动涡轮4和空压机9，使得电堆 3内部压力快速提升，实现电动增压。

进一步的，所述燃料电池11还包括电池11，所述电机10为发电电动机，所述发电电动机与电池11电性连接。

从上述描述可知，通过采用发电电动机，能够实现将多余的能量转化为电能，实现能量的多级利用，提升利用率。

进一步的，所述加热器2为氢气燃烧器；

燃料电池11包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器、供氢管道6连通。

从上述描述可知，通过采用氢气燃烧室进行加热，能够直接使用燃料电池 11现有结构，同时氢气燃烧的温度更高，方便快速升温，同时实现透氧膜7的快速加热。

进一步的，所述空压机9包括进口和出口，所述空压机9进口与涡轮4出口连通，所述空压机9出口通过空气管道8与空气侧入口31连通；

所述电堆3包括空气侧出口33，所述空气侧出口33、空压机9以及空气侧进口三者通过三通阀连通。

从上述描述可知，通过空气侧出口33以及空气侧进口的连通，形成氧气循环路，由于采用了透氧膜7，使得堆内的氧气含量高，不重复利用的话，难以用尽，进而造成浪费。

进一步的，所述电堆3还包括尾排出口34，所述尾排出口34与涡轮4进口连通；

所述涡轮4为轴流涡轮4。

从上述描述可知，通过轴流涡轮4，能够避免传统的膨胀机的离心叶片无法耐受小水滴而需要分水器，膨胀机效率不高的问题，提升了适用性。

进一步的，所述透氧膜7为含有钡钙钛矿材质的透氧膜7。

从上述描述可知，含有钡钙钛矿材质的透氧膜7远离为高温富氧条件下，含钡(Ba)材料表面析出的BaO/BaO2纳米粒子对氧活化具有超高的活性，是氧交换反应的活性位点，因此含Ba钙钛矿氧化物表面高温氧活化和输运机制具有重要意义。

进一步的，所述空气分离器1上设置有与空气侧入口31直连的通道，所述燃料电池11通过空气分离器1分离后剩余的气体对燃料电池11进行吹扫。

从上述描述可知，通过空气分离器1分离后剩余的气体主要为氮气对燃料电池11进行吹扫，实现氮气吹扫，减少或者避免空气中的氧气反而会对电堆3 造成损害，有利于提高系统效率和可靠性。

实施例一

一种加热入堆气体的燃料电池，包括空气分离器、加热器、电堆、涡轮以及换热器；

所述电堆包括空气侧入口和氢气侧入口；所述氢气侧入口上设有供氢管道；

所述空气分离器包括出口，所述空气分离器出口上设置有透氧膜；所述加热器设置在透氧膜上；

所述涡轮包括进口和出口；

所述加热器的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；所述涡轮出口通过空气管道与空气侧入口连通；

所述供氢管道和空气管道通过换热器进行换热。

所述燃料电池还包括空压机，所述空压机、涡轮二者共轴设置。

所述空压机、涡轮以及电机三者共轴设置。

所述燃料电池还包括电池，所述电机为发电电动机，所述发电电动机与电池电性连接。

所述加热器为氢气燃烧器；

燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器、供氢管道连通。

所述空压机包括进口和出口，所述空压机进口与涡轮出口连通，所述空压机出口通过空气管道与空气侧入口连通；

所述电堆包括空气侧出口，所述空气侧出口、空压机以及空气侧进口三者通过三通阀连通。

所述电堆还包括尾排出口，所述尾排出口与涡轮进口连通；

所述涡轮为轴流涡轮。

所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的透氧膜。

所述空气分离器上设置有与空气侧入口直连的通道，所述燃料电池通过空气分离器分离后剩余的气体对燃料电池进行吹扫。

实施例二

一种车辆，包括实施例一所述的加热入堆气体的燃料电池。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，包括空气分离器、加热器、电堆、涡轮以及换热器；

所述电堆包括空气侧入口和氢气侧入口；所述氢气侧入口上设有供氢管道；

所述空气分离器包括出口，所述空气分离器出口上设置有透氧膜；所述加热器设置在透氧膜上；

所述涡轮包括进口和出口；

所述加热器的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；所述涡轮出口通过空气管道与空气侧入口连通；

所述供氢管道和空气管道通过换热器进行换热。

2.根据权利要求1所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括空压机，所述空压机、涡轮二者共轴设置。

3.根据权利要求2所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述空压机、涡轮以及电机三者共轴设置。

4.根据权利要求3所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括电池，所述电机为发电电动机，所述发电电动机与电池电性连接。

5.根据权利要求2所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述空压机包括进口和出口，所述空压机进口与涡轮出口连通，所述空压机出口通过空气管道与空气侧入口连通；

所述电堆包括空气侧出口，所述空气侧出口、空压机以及空气侧进口三者通过三通阀连通。

6.根据权利要求1所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述加热器为氢气燃烧器；

燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器、供氢管道连通。

7.根据权利要求1所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述电堆还包括尾排出口，所述尾排出口与涡轮进口连通；

所述涡轮为轴流涡轮。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的透氧膜。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的加热入堆气体的燃料电池，其特征在于，所述空气分离器上设置有与空气侧入口直连的通道，所述燃料电池通过空气分离器分离后剩余的气体对燃料电池进行吹扫。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的加热入堆气体的燃料电池。

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