CN219086010U - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃料电池系统，包括：电堆、燃料供应装置以及泵。其中，燃料供应装置用于向所述电堆供应燃料。泵包括泵头、电机和控制器，控制器用于控制电机，电机用于驱动泵头。泵头的入口连通于电堆的出口，泵头的出口连通于电堆的入口。控制器内设有第一冷却流道，燃料供应装置的出口通过第一冷却流道连通于电堆的入口。

Description

燃料电池系统

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种通过与氧或其它氧化剂进行化学反应将燃料的化学能转化为电能的发电系统。典型地，氢是最常见的燃料，碳氢化合物例如天然气和类似甲醇的醇类也可被用做燃料。

作为现有技术的一个发展方向，在燃料电池中，可将高压燃料作为电堆反应所需的阳极气体。但是，燃料在电堆中往往难以完全反应，所以电堆的排出物中还存在部分未反应的燃料，这就导致了燃料的浪费。因此，现有技术中在燃料电池中设计有泵，利用泵将这部分未反应的燃料重新泵送回电堆内。如图1所示，泵一般包括泵头11、电机12和控制器13，其中泵头是用来加压的机械机构，电机12用于驱动泵头11，控制器13用于控制电机12的运行。由于泵头11的工作周期较长，控制器13的芯片常常会出现过热的情况，因此控制器13还会外接一个冷却装置，由冷却装置对控制器进行冷却。但是，现有的冷却装置通常体积较大，对于空间受限的中小功率的燃料电池而言，使用冷却装置会导致燃料电池的集成度低，同时架构复杂，从而增加了燃料电池的布置难度。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种燃料电池系统，用以解决现有技术中始终冷却装置后导致增加了燃料电池的布置难度的问题。

本申请提供了一种燃料电池系统的优选实施方案，包括：电堆；燃料供应装置，用于向所述电堆供应燃料；泵；其中，所述泵包括泵头、电机和控制器，所述控制器用于控制所述电机，所述电机用于驱动所述泵头；所述泵头的入口连通于所述电堆的出口，所述泵头的出口连通于所述电堆的入口；所述控制器内设有第一冷却流道，所述燃料供应装置的出口通过所述第一冷却流道连通于所述电堆的入口。

上述方案的优点在于，由于燃料供应装置所供应的燃料一般温度较低，因此在燃料流经冷却流道时，可直接由燃料对控制器进行降温。相比现有技术，本方案所涉及的结构较为简单，只需要将燃料供应装置与冷却流道连通，利用供给的燃料进行冷却即可，因此有助于提升燃料电池系统的紧凑度，从而解决了现有技术所存在的集成度低且布置困难的问题，尤其是适用于中小功率的燃料电池。同时，由于本方案不再需要外接冷却装置，不再需要向冷却装置进行功能，还有助于降低生产及使用成本。

作为一种优选的方案，所述电机内设有第二冷却流道，所述燃料供应装置的出口依次通过所述第一冷却流道和所述第二冷却流道连通于所述电堆的入口，以使燃料还可用于冷却电机。

作为一种优选的方案，所述燃料电池系统还包括单向阀，所述单向阀的入口连通于所述泵头的出口，所述单向阀的出口连通于所述电堆的入口。

作为一种进一步的优选方案，所述电机与所述控制器集成布置。

作为一种进一步的优选方案，所述泵头、所述电机、所述控制器和所述单向阀集成为一体，以使燃料电池系统的整体结构紧凑。

作为一种进一步的优选方案，所述电机与所述控制器分体布置。

作为一种优选的方案，所述燃料供应装置包括：氢瓶；开闭阀和流量控制阀；其中，所述氢瓶依次经所述开闭阀和所述流量控制阀连通于所述第一冷却流道。

作为一种进一步的优选方案，所述开闭阀和所述流量控制阀为电磁阀或机械阀。

作为一种优选的方案，所述燃料电池系统还包括分水器，所述电堆的出口经所述分水器连通于所述泵头的入口。

作为一种进一步的优选方案，所述燃料电池系统还包括排放装置，所述分水器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口连通于所述电堆的出口，所述第二端口连通于所述泵头的入口，所述第三端口连通于所述排放装置的入口。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1所示为现有的燃料电池系统的示意图；

图2所示为本申请提供的燃料电池系统的第一优选实施例的示意图；

图3所示为本申请提供的燃料电池系统的第二优选实施例的示意图；

图4所示为本申请提供的燃料电池系统的第三优选实施例的示意图；

图5所示为本申请提供的燃料电池系统的第四优选实施例的示意图；

图6所示为本申请提供的泵的立体示意图，为了展示出内部结构，去掉了部分壳体；

图7所示为图6的正视图；

图8所示为沿图7中A-A折线剖切后的示意图。

附图标记说明：1、泵；101、第一冷却流道；102、第二冷却流道；11、泵头；110、第一接头；111、第二接头；12、电机；13、控制器；130、第三接头；2、单向阀；3、分水器；31、第一端口；32、第二端口；33、第三端口；4、电堆；51、排放装置；52、排放阀；6、燃料供应装置；61、氢瓶；62、开闭阀；63、流量控制阀。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。

燃料电池系统的第一优选实施例如图2所示，燃料电池系统包括电堆4、泵1以及燃料供应装置6。其中，燃料供应装置6用于向电堆4供应燃料。泵1包括泵头11、电机12以及控制器13，其中泵头11是用于为燃料进行加压的机构，电机12用于驱动泵头11，控制器13用于控制电机12，并且控制器13与电机12分离，二者之间通过电线等机构电连接即可。控制器13的内部设有第一冷却流道101，燃料供应装置6的出口经第一冷却流道101连通于电堆4的入口，泵头11的入口连通于电堆4的出口。

上述实施例中，泵头11、电机12、电堆4以及燃料供应装置6的结构可参照现有技术，控制器13的结构及原理也可参照现有技术。上述实施例中所述的连通既可以是直接连通，也可以是间接连通，所谓直接连通指相连通的二者之间无其他机构，所谓的间接连通指相连通的二者之间连接有其他机构，但燃料仍然可以在相连通的二者之间流动。上述燃料可指各种液态或气态的燃料，优选的可以是氢。

上述实施例的优点在于，在设置有第一冷却流道101后，可以直接利用燃料供应装置6所供应的燃料对控制器13进行冷却，从而不再需要额外设置冷却装置。这是由于燃料供应装置6所供应的燃料温度一般相比控制器13低，因此刚好可以利用燃料进行降温，同时降温后燃料的温度得到了一定量的升高，因此还起到了对燃料进行预热的效果。并且，由于控制器13是与电机12分离的，因此控制器13可以设置在靠近燃料供应装置6的位置，便于与燃料供应装置6进行连通。

燃料电池系统的第二优选实施例如图3所示，第二优选实施例的结构与第一优选实施例基本一致，区别点在于，第二优选实施例中控制器13与电机12固定连接从而集成为一体。这种实施例有助于使得泵1的整体结构紧凑。

上述两种实施例中，第一冷却流道102的形状除可以是如图6至图8所示的直线型外，也可以其他复杂的形状，例如可以将第一冷却流道102设计为环绕控制器13的形状，以便于获得更好的冷却效果。

参考图4和图5，在某些优选的实施例中，在电机12内还设有第二冷却流道102，第二冷却流道102与第一冷却流道101连通，以使燃料供应装置依次经第一冷却流道101和第二冷却流道102与电堆4的入口连通。其中，在如图4所示的第三优选实施例中，电机12和控制器13是分开设置的，因此第一冷却流道101和第二冷却流道102之间可以通过管道连通。而在图5所示的第四优选实施例中，电机12和控制器13相互紧靠，所以可以直接将第一冷却流道101和第二冷却流道102连通即可。

上述实施例中，燃料除起到冷却控制器13的效果外，还起到冷却电机12的效果。

参考图6至图8，在某些实施例中，泵头11、电机12以及控制器13集成为一体，与第一冷却流道101同理，第二冷却流道102除图示形状外，也可以设计为其他复杂的形状，以期获得更好的冷却效果。

在进一步的优选实施例中，燃料电池系统还包括了单向阀2，泵头11的出口经单向阀2连通于电堆4的入口。单向阀2起到单向截流的效果，避免了燃料回流。单向阀2的具体结构可参照现有技术。

进一步的来说，单向阀2也集成于泵1，参照图6，单向阀2设置于泵头11的出口处，同时在泵1上设置有第一接头110和第二接头111，其中第一接头110连通于泵头11的入口，第二接头111连通于单向阀2的出口，而泵头11的出口与单向阀2的入口在泵1的内部连通。这种方案的优点在于，第一接头110和第二接头111便于外接其他设备，同时，这种结构可以使泵1的结构非常紧凑，并且由于单向阀2也集成于泵1内，所以燃料电池系统的整体结构也得到了简化。

在泵1上还设置有第三接头130，第三接头130用于连接燃料供应装置6，第三接头130连通于第一冷却流道101。第二冷却流道102的出口直接与单向阀2的出口连通，并且由第二冷却流道102流出的燃料以及从单向阀2流出的燃料混合后一并从第二接头111流出泵1。

当然，除上述实施例外，在某些实施例中，控制器13也可单独与电机12集成布置，而电机12可设置于离泵头11较远的位置，有助于减小电机12和控制器13对泵头11的影响。

在某些优选的实施例中，如图2至图5所示，燃料供应装置6包括氢瓶61、开闭阀62以及流量控制阀63，其中氢瓶61依次经开闭阀62以及流量控制阀63与电堆4的入口连通。

其中，开闭阀62以及流量控制阀63可以是现有技术中的阀，既可以是机械阀，也可以是电磁阀，本领域技术人员根据实际情况选用即可。

上述实施例中，开闭阀62用于控制燃料的供给与否，开闭阀62关闭时，燃料无法进入电堆4；开闭阀62开启时，燃料才能够正常进入电堆4。流量控制阀63的开合度大小可调节，需要供给更多的燃料时调大流量控制阀63的开合度，需要减少燃料的供给量时，减小流量控制阀63开合度。由此可见，本实施例所具有的优点是，燃料的供给与否和燃料的供给量大小这两个参数分别由开闭阀62和流量控制阀63控制，因此控制方法更加简便。

在某些优选的实施例中，如图2至图5所示，燃料电池系统还包括分水器3，电堆4的出口经分水器3连通于泵头11的入口。

上述实施例中，分水器3的功能是可以实现气液分离，从而防止非气体进入泵头11内造成构件损坏。分水器3的具体结构属于现有技术，在此不再赘述。

在某些优选的实施例中，燃料电池系统还包括排放装置51，排放装置51与分水器3连通，从而可通过排放装置51将分水器3分离出的废料排出，避免废料影响燃料的正常循环。其中，排放装置51可以是泵1等可以实现吸收排放物质的装置，根据实际需要自由选择即可，在此不做特别限定。分水器3的出口与排放装置51的入口之间设有排放阀52，可通过排放阀52控制是否进行排放。

在上述实施例的基础上，在某些优选的实施例中，分水器3分别包括第一端口31、第二端口32和第三端口33，第一端口31连通于电堆4的出口，第二端口32连通于泵头11的入口，第三端口33连通于排放阀52的入口。通过在分水器3上设置三个相互独立的端口，可以使得各端口之间不会相互干扰，便于进行连接。

在某些优选的实施例中，泵1可以是容积式泵，也可以是离心式泵。容积式泵和离心式泵均为现有技术，其具体结构在此不再赘述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：

电堆；

燃料供应装置，用于向所述电堆供应燃料；

泵；

其中，所述泵包括泵头、电机和控制器，所述控制器用于控制所述电机，所述电机用于驱动所述泵头；所述泵头的入口连通于所述电堆的出口，所述泵头的出口连通于所述电堆的入口；所述控制器内设有第一冷却流道，所述燃料供应装置的出口通过所述第一冷却流道连通于所述电堆的入口。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电机内设有第二冷却流道，所述燃料供应装置的出口依次通过所述第一冷却流道和所述第二冷却流道连通于所述电堆的入口。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括单向阀，所述单向阀的入口连通于所述泵头的出口，所述单向阀的出口连通于所述电堆的入口。

4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电机与所述控制器集成布置。

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述泵头、所述电机、所述控制器和所述单向阀集成为一体。

6.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电机与所述控制器分体布置。

7.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料供应装置包括：

氢瓶；

开闭阀和流量控制阀；

其中，所述氢瓶依次经所述开闭阀和所述流量控制阀连通于所述第一冷却流道。

8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述开闭阀和所述流量控制阀为电磁阀或机械阀。

9.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括分水器，所述电堆的出口经所述分水器连通于所述泵头的入口。

10.如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括排放装置，所述分水器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口连通于所述电堆的出口，所述第二端口连通于所述泵头的入口，所述第三端口连通于所述排放装置的入口。

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