CN218731104U - 一种加温加湿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，具体涉及一种加温加湿的燃料电池以及车辆，所述燃料电池包括空气分离器、氢气燃烧器、电堆以及涡轮；所述电堆包括空气侧入口；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；所述氢气燃烧器设置在透氧膜上，所述氢气燃烧器包括出口；所述氢气燃烧器的出口、空气分离器出口分别与涡轮与空气侧入口连通；本实用新型通过透氧膜，能够将空气中的氧气分离出来，通过氢气燃烧器，能够将透氧膜进行加热，提升分离效果并分离出高温氧气，由于氢气燃烧器产生的生成物为高温水蒸气，通过涡轮降温降压后形成满足要求的氧气和水蒸气进入到电堆内，实现对电堆的快速加温加湿，提升功率。

Description

一种加温加湿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，具体涉及一种加温加湿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，低温低湿度的电堆反应也限制了电堆的发电功率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够快速加温加湿同时提升入堆氧含量的加温加湿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：

一种加温加湿的燃料电池，包括空气分离器、氢气燃烧器、电堆以及涡轮；

所述电堆包括空气侧入口；

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；所述氢气燃烧器设置在透氧膜上，所述氢气燃烧器包括出口；

所述涡轮包括进口和出口；

所述氢气燃烧器的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；

所述涡轮出口与空气侧入口连通。

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，包括上述的加温加湿的燃料电池。

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，通过氢气燃烧器，能够将透氧膜进行加热，提升分离效果，由于氢气燃烧器采用氢气作为燃料，产生的生成物为高温水蒸气，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，通过高温氧气和高温水蒸气通过涡轮降温降压后进入到电堆内，实现对电堆的快速加温加湿，能够适应低温干燥环境，同时避免瞬间温差压差过大导致电堆损坏，能够大大的提升启动效果，避免或者减少单低的情况发生，能够大大的提高启动时的效率，同时氧气的含量大大提高，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温加湿的燃料电池的结构框图；

标号说明：1、空气分离器；11、透氧膜；2、氢气燃烧器；3、电堆；31、空气侧入口；32、空气侧出口；4、涡轮；5、电机；6、空压机；7、空滤；8、三通阀。

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1，一种加温加湿的燃料电池，包括空气分离器1、氢气燃烧器2、电堆3、涡轮4；

所述电堆3包括空气侧入口31；

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11；所述氢气燃烧器2设置在透氧膜11上，所述氢气燃烧器2包括出口；

所述涡轮4包括进口和出口；

所述氢气燃烧器2的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；

所述涡轮出口与空气侧入口连通。

所述氢气燃烧器2的出口、空气分离器1出口分别与空气侧入口31连通。

从上述描述可知，通过透氧膜11，能够将空气中的氧气分离出来，通过氢气燃烧器2，能够将透氧膜11进行加热，提升分离效果，由于氢气燃烧器2采用氢气作为燃料，产生的生成物为高温水蒸气，而空气分离器1分离出的氧气通过被加热的透氧膜11也形成高温氧气，通过高温氧气和高温水蒸气进入到电堆3内，实现对电堆3的快速加温加湿，能够适应低温干燥环境，能够大大的提升启动效果，避免或者减少单低的情况发生，能够大大的提高启动时的效率，同时氧气的含量大大提高，能够提升电堆3的功率。

进一步的，所述加温加湿的燃料电池还包括电机5以及空压机6，所述涡轮 4、电机5以及空压机6三者共轴设置；

所述空压机6包括进口和出口；

所述氢气燃烧器2的出口、空气分离器1出口分别通过涡轮4进口连通；

所述涡轮4出口与空压机6进口连通，所述空压机6出口与空气侧入口31 连通。

从上述描述可知，通过涡轮4、电机5以及空压机6三者共轴设置，能够实现氢气燃烧器2排出的高温水蒸气混合物、空气分离器1分离出的高温氧气，能够通过涡轮4进行放热推进涡轮4转动进而带动空压机6转动，实现增压，同时放热后的高温氧气以及水蒸气，能够避免过高的温度对电堆3造成损害。

进一步的，燃料电池还包括空滤7，所述空滤7与空压机6进口连通。

从上述描述可知，通过空滤的设置，能够燃料电池可以根据需要控制空压机通过空滤进行空气的补充，使得进入电堆的混合气体达到最佳比例。

进一步的，所述电堆3包括空气侧出口32，所述空气侧出口32、空压机6 出口以及空气侧进口三者通过三通阀8连通。

从上述描述可知，通过空气侧出口32以及空气侧进口的连通，实现氧气循环路，由于采用了透氧膜11，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，所述加温加湿的燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器2连通。

进一步的，所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的透氧膜。

从上述描述可知，含有钡钙钛矿材质的透氧膜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。

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

实施例一

一种加温加湿的燃料电池，包括空气分离器、氢气燃烧器以及电堆；

所述电堆包括空气侧入口；

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；所述氢气燃烧器设置在透氧膜上，所述氢气燃烧器包括出口；

所述氢气燃烧器的出口、空气分离器出口分别与空气侧入口连通。

所述加温加湿的燃料电池还包括涡轮、电机以及空压机，所述涡轮、电机以及空压机三者共轴设置；此电机为空压机的动力源。

所述涡轮包括进口和出口；所述涡轮为轴流涡轮。

所述空压机包括进口和出口；

所述氢气燃烧器的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；

所述涡轮出口与空压机进口连通，所述空压机出口与空气侧入口连通。

燃料电池还包括空滤，所述空滤与空压机进口连通。

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

所述加温加湿的燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器连通。

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温加湿的燃料电池。

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 (8)

1.一种加温加湿的燃料电池，其特征在于，包括空气分离器、氢气燃烧器、电堆以及涡轮；

所述电堆包括空气侧入口；

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；所述氢气燃烧器设置在透氧膜上，所述氢气燃烧器包括出口；

所述涡轮包括进口和出口；

所述氢气燃烧器的出口、空气分离器出口分别与涡轮进口连通；

所述涡轮出口与空气侧入口连通。

2.根据权利要求1所述的加温加湿的燃料电池，其特征在于，所述加温加湿的燃料电池还包括电机以及空压机，所述涡轮、电机以及空压机三者共轴设置；

所述空压机包括进口和出口；

所述涡轮出口与空压机进口连通，所述空压机出口与空气侧入口连通。

3.根据权利要求2所述的加温加湿的燃料电池，其特征在于，燃料电池还包括空滤，所述空滤与空压机进口连通。

4.根据权利要求2所述的加温加湿的燃料电池，其特征在于，所述电堆包括空气侧出口，所述空气侧出口、空压机出口以及空气侧进口三者通过三通阀连通。

5.根据权利要求1所述的加温加湿的燃料电池，其特征在于，所述加温加湿的燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器连通。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的加温加湿的燃料电池，其特征在于，所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的透氧膜。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的加温加湿的燃料电池，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。

8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的加温加湿的燃料电池。

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