CN219066856U - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池系统，配备有燃料电池堆,燃料电池堆被供应反应气体并通过反应气体的电化学反应产生电力。燃料电池系统包括：供应路径，用于将反应气体供应至燃料电池堆；排放路径，用于流通从燃料电池堆的排放口排放的废气；旁通路径，连接供应路径和排放路径。排放路径具有冷却路径，冷却路径具有热沉，使废气中的水分结露。旁通路径具有循环泵，所述循环泵在所述燃料电池系统的停止处理中，将从排放路径排放的废气朝向所述供应路径循环。本实用新型的一个目的是在使燃料电池系统小型化的同时防止燃料电池堆上的结露。

Description

燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池系统。

背景技术

在现有技术(如日本专利申请公开号2004-071251)，在阴极废气排放路径中安装除湿器，以处理在燃料电池停止后随着燃料电池温度下降而出现的结露水。还有，通过连接到除湿器内的车辆的空调装置等所具备的冷却回路的冷却用蒸发器，以进行结露并排水。

但是，如果设置了除湿机构，则燃料电池系统会变大，燃料电池堆内部也可能会发生结露。在这种情况下，结露水会冻结，或者在燃料电池堆的隔板(separator)是金属制时，从金属隔板溶出的铁离子会导致电解质膜的劣化。

实用新型内容

针对上述说明，本实用新型的一个目的是在使燃料电池系统小型化的同时防止燃料电池堆上的结露。

根据本实用新型的实施例，提供一种燃料电池系统，其配备有燃料电池堆,燃料电池堆被供应反应气体并通过反应气体的电化学反应产生电力。燃料电池系统包括：供应路径，用于将反应气体供应至燃料电池堆；排放路径，用于流通从燃料电池堆的排放口排放的废气；旁通路径，连接供应路径和排放路径。排放路径具有冷却路径，冷却路径具热沉，使废气中的水分结露。旁通路径具有循环泵，所述循环泵在所述燃料电池系统的停止处理中，将从排放路径排放的废气朝向所述供应路径循环。

在根据本实用新型的实施例，在上述燃料电池系统中，冷却路径可以连接于所述燃料电池堆的所述排放口。在燃料电池系统的安装状态下，冷却路径从所述排放口向下倾斜到所述排放路径。

在根据本实用新型的实施例，在上述燃料电池系统中，反应气体可以是氧化剂气体。冷却路径设置在加湿器与燃料电池堆之间，加湿器是将从燃料电池堆排放出的废气所包含的水供应到供应给燃料电池堆的反应气体。

在根据本实用新型的实施例，在上述燃料电池系统中，反应气体可以是燃料气体。冷却路径设置在气液分离器与燃料电池堆之间，气液分离器是将包含在废气中的水加以分离。

在根据本实用新型的实施例，上述燃料电池系统中还可以包括：保温部材，用以包覆所述燃料电池堆。

根据上述实施例的燃料电池系统，由于排放路径具有冷却路径以及旁通路径具有循环泵，故在燃料电池系统的发电停止处理中，燃料电池堆内的空气通过循环泵而被输送到冷却路径，使排放的空气结露。因此，空气的湿度可以降低，而防止在燃料电池堆内结露。

附图说明

图1是表示本实用新型实施方式的燃料电池系统的结构的图。

图2A～图2D表示设置在冷却路径的热沉的设置方式示意图。

图3是表示本实用新型另一实施方式的燃料电池系统的结构的示意图。

图4是表示本实用新型另一实施方式的燃料电池系统的结构的示意图。

图5表示燃料电池堆的保温部材的示意图。

附图标记说明

100：燃料电池系统

102：燃料电池堆

103a：氢气入口

103b：氢气排放口

104a：空气入口

104b：空气排放口

106：氢供应路径

106a：氢气入口

106b：氢气排放口

108：供气路径

109：排放路径(氢气排放路径)

110：排放路径(空气排放路径)，

110a：第一排放路径、

110b：第二排放路径

112：旁通路径，

112a：第一旁通路径、

112b：第二旁通路径

114：供应路径，

114a：第一供应路径、

114b：第二供应路径

116a、116b、118a、118b：冷却路径

120：氢气泵

122：氢气槽

124：气液分离器

126：喷射器

130：加湿器

140：循环泵

150：水泵

152a：进水路径

152b：出水路径

154a：进水口

154b：出水口

180、180a、180b：热沉

182：螺栓

190：保温部材

具体实施方式

现将详细地参考本实用新型的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

下面将参照附图描述本实用新型的实施例。图1是表示本实施方式的燃料电池系统100的结构的图。燃料电池系统100包括燃料电池堆102。此外，燃料电池系统100还包括将作为反应气体的氢(燃烧气体)提供给燃料电池堆102的阳极系统以及将作为反应气体的氧(氧化剂气体)的空气提供给燃料电池堆102的阴极系统。

燃料电池堆102例如是层叠有数十～数百个电池的堆结构。每个燃料电池通过将膜电极构造体(MEA)夹在一对隔板之间而构成。膜电极构造体由两个电极组成，阳极电极(阳极，未图示)和阴极电极(阴极，未图示)，以及夹在这些电极之间的固体聚合物电解质膜。两个电极通常由与固体高分子电解质膜接触并进行氧化还原反应的催化剂层和与该催化剂层接触的气体扩散层形成。在燃料电池堆102中，通过向形成于阳极侧的氢供应路径106a供应氢，向形成于阴极侧的供应路径114供给含氧的空气，通过氧和氢的电化学反应来进行发电。

在阳极系统侧，氢气槽122提供氢气，经由供气路径108输送到喷射器126，由此氢气经由氢供应路径106，经由氢气入口103a而供应给燃料电池堆102。在氢气与从阴极系统侧供应的氧气反应后，氢气从氢气排放口103b排放到排放路径(氢气排放路径)109。排放的氢经过气液分离器124后，将氢气所含的水分离并排放，之后氢气再经由氢气泵120加压后，再次经由喷射器126将氢气依序经由氢供应路径106、氢气入口103a而供应给燃料电池堆102。

在阴极系统侧，空气通过未图示的空气泵经由供应路径114将空气供应到燃料电池堆102。根据本实用新型一实施方式，供应路径114可以设计包括第一供应路径114a与第二供应路径114b，第一供应路径114a连通于加湿器130与上述未图示的空气泵之间，第二供应路径114b则连通于加湿器130与燃料电池堆102的空气入口104a之间。

当燃料电池堆102中的氧与氢反应后，反应后的废气经由燃料电池堆102的空气排放口(或简称排放口)104b排放到排放路径110。亦即，排放路径110是用于流通从燃料电池堆102的排放口104b排放的废气。根据本实用新型一实施方式，排放路径110可以包括第一排放路径110a以及第二排放路径110b。第一排放路径110a连通于燃料电池堆102的排放出口104b以及加湿器130之间，第二排放路径110b用于使废气经由加湿器130排放出来。

加湿器130回收从排放路径110所排放的气体中所含的水，并且使用回收的水对由供应路径114提供的气体(空气)进行加湿。通过加湿器130的功能，发电期间的燃料电池堆102中的膜电极构造体可以保持适合发电的湿润状态。

还有，燃料电池系统100还可以包括冷却系统，例如可以包括水泵150、进水路径152a、出水路径152b、进水口154a以及出水口154b。水泵(或冷媒泵)150可以将水(或冷媒)加压并经由进水路径152a，从燃料电池堆102的进水口154a将水送入燃料电池堆102，以进行冷却。经过热交换的水(或冷媒)则从燃料电池堆102的出水口154b排放，并经由出水路径152b将经过热交换的水(或冷媒)输送到未图示的散热器(radiator)。由此可以将热交换的水(或冷媒)加以冷却，之后再重复循环地由水泵150将水(或冷媒)送入燃料电池堆102。通过此方式，可以将燃料电池堆102的温度控制在上限温度以下，以保护燃料电池堆102。

根据本实用新型一实施方式，燃料电池系统100还包括旁通路径112，其连通接供应路径114和排放路径110之间。在一实施方式中，旁通路径122上设置有循环泵140。还有，根据本实用新型一实施方式，在燃料电池系统100停止后，也可以使用相同的控制来启动燃料电池系统，使循环泵140动作，以降低燃料电池堆102中的湿度。

根据本实用新型一实施方式，旁通路径112可以包括第一旁通路径112a与第二旁通路径112b。第一旁通路径112a是从排放路径110的第二排放路径110b的下游侧分歧出去的路径，并且连接到循环泵140。第二旁通路径112b连接于循环泵140以及供应路径114的第一供应路径114a之间。通过此方式，当在燃料电池系统100的停止处理中，从排放路径110(特别是第二排放路径110b排放的废气可以经由第一旁通路径112a输送到循环泵140。循环泵140再将废气经由第二旁通路径112b、第一供应路径114a循环到加湿器130进行加湿，最后再经由第二供应路径114b将空气供应给燃料电池堆102。因此通过循环泵140，在燃料电池系统100的停止处理中，可以将从排放路径110排放的废气朝向供应路径114循环至燃料电池堆102。

根据本实用新型一实施方式，排放路径110具有冷却路径116a，冷却路径116a具有如图2A～图2D所示的热沉(heat sink)180。热沉180与冷却路径116a一般是通过螺栓连接、焊接或等方式固定，或者热沉180与冷却路径116a的配管为一体成形的结构。通过热沉180，可以从燃料电池堆102的排放出口104b排放的废气中的水分结露(冷凝)。

图2A与图2B例示一种热沉180，其为冷却结构一体成形的冷却热沉连接管。此种180同时作为冷却路径116a并且具有热沉180的功能。此种热沉180可以通过螺丝与O型环(密封环)来与岐管的连接部(如与排放路径110的连接)连接，或者也可以使用法兰来连接。图2C例示另一种热沉180，其将两个半圆形的热沉180a、180b，其由从冷却路径116a两端覆盖，然后再以螺栓连接或焊接等方式来固定半圆形的热沉180a、180b。如图2D所示，热沉可以贴附在角形的冷却路径116a的各面，以螺栓182等来固定。或者，可以将圆筒形状的可挠热沉卷绕在冷却路径116a上一周，再以螺栓182等来固定。

根据上述的燃料电池系统，由于本实施例的排放路径110具有冷却路径116a以及旁通路径112具有循环泵140，故在燃料电池系统100的发电停止处理中，燃料电池堆102内的空气通过循环泵140而被输送到冷却路径116a，使排放的空气结露。因此，空气的湿度可以降低，而防止在燃料电池堆102内结露。

图3是表示本实用新型另一实施方式的燃料电池系统100的结构的示意图。图3中与图1相同或类似的构件采用相同的标号标示，其对应的说明也省略。以下谨说明差异处。

如图3所示，此实施方式将冷却路径116b设置在阳极系统侧(或称燃料气体侧)。亦即，冷却路径116b设置在与氢气排放口103b连接的排放路径109上。进一步来说，冷却路径116b是设置在燃料电池堆102与气液分离器125之间。通过在燃料气体侧设置冷却路径116b，可以将结露的水快速送入气液分离器124。

还有，根据本实用新型的实施方式，燃料电池系统100可以同时在阴极系统侧设置冷却路径116a以及在燃烧气体侧(阳极系统侧)设置冷却路径116b，但是也可以在其中任一侧设置冷却路径116a或冷却路径116b。

图4是表示本实用新型另一实施方式的燃料电池系统100的结构的示意图。图4中与图1相同或类似的构件采用相同的标号标示，其对应的说明也省略。以下谨说明差异处。

如图4所示，在阴极系统侧(氧化剂气体侧)设置冷却路径118a，连接于燃料电池堆102与加湿器130之间，在阳极系统侧(燃烧气体侧)设置冷却路径118b，连接于燃料电池堆102与气液分离器125之间。在此实施例，在燃料电池系统100的安装状态下，冷却路径118a从排放口104b向下倾斜到排放路径110(第一排放路径110a)，且冷却路径118b从氢气排放口103b向下倾斜到排放路径109。

通过此架构，由于冷却路径118a、118b是倾斜的，因此通过使结露产生的水流到排放路径110、109，从而防止在冷却路径118a、118b中积水，同时防止在燃料电池堆中结露。

还有，根据本实用新型的实施方式，燃料电池系统100可以同时在阴极系统侧(氧化剂气体侧)设置冷却路径118a以及在阳极系统侧(燃烧气体侧)设置冷却路径118b，但是也可以在其中任一侧设置冷却路径118a或冷却路径118b。

图5表示燃料电池堆的保温部材的示意图。如图5所示，燃料电池堆102可以通过保温部材190加以包覆。通过此方式，因为燃料电池堆102被保温部材190覆盖，因此可以防止燃料电池系统100发电停止时，燃料电池堆102内部的结露冷凝。还有，通过此方式，可以在结露发生前降低燃料电池堆102内空气的湿度，防止结露。作为一个例子，保温部材200可以是例如加热器等适于保温的部材。

在图5所示的例子中，保温部材200仅从两侧覆盖燃料电池堆102，但是本实用新型实施例也可以将整个燃料电池堆102全部加以覆盖，只要不影响其运作即可。

还有，虽然未图示，但是本实用新型实施例的燃料电池系统100可以将产生的电力提供给车辆的马达，使马达运作，以驱动车辆。此外，本实用新型实施例的燃料电池系统100可以将产生的电力提供电池加以储存，也可以从电池提供电力车辆的马达。还有，车辆可以包括ECU(Eletronic Control Unit)，期可以控制上述电池燃料系统100各部件的运作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，配备有燃料电池堆,所述燃料电池堆被供应反应气体并通过反应气体的电化学反应产生电力，其特征在于，所述燃料电池系统包括：

供应路径，用于将所述反应气体供应至所述燃料电池堆；

排放路径，用于流通从所述燃料电池堆的排放口排放的废气；

旁通路径，连接所述供应路径和所述排放路径，

其中所述排放路径具有冷却路径，所述冷却路径具有热沉，所述热沉使所述废气中的水分结露，及

所述旁通路径具有循环泵，所述循环泵在所述燃料电池系统的停止处理中，将从所述排放路径排放的所述废气朝向所述供应路径循环。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述冷却路径连接于所述燃料电池堆的所述排放口，

在所述燃料电池系统的安装状态下，所述冷却路径从所述排放口向下倾斜到所述排放路径。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述反应气体是氧化剂气体，

所述冷却路径设置在加湿器与所述燃料电池堆之间，所述加湿器是将从所述燃料电池堆排放出的所述废气所包含的水供应到供应给所述燃料电池堆的所述反应气体。

4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述反应气体为燃料气体，

所述冷却路径设置在气液分离器与所述燃料电池堆之间，所述气液分离器是将包含在所述废气中的水加以分离。

5.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

保温部材，用以包覆所述燃料电池堆。

Images