CN219435914U - 一种燃料电池氢气供应系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种燃料电池氢气供应系统，包括氢气源、第一氢气输送管路以及第二氢气输送管路，第一氢气输送管路与氢气源连接，用于将来自氢气源的氢气输送至燃料电池的氢气输入口，第二氢气输送管路包括第二涡流管，第二涡流管包括相互连通的第二气体入口、第二热端出口以及第二冷端出口，第二气体入口连接氢气源，第二热端出口输出的热端氢气用于加热第一氢气输送管路中的氢气。本申请实施例中，用于加热第一氢气输送管路中的氢气的热源为热端氢气，该热端氢气来源于燃料电池氢气供应系统自身，热端氢气的温度与流量均可以得到比较精准的调节，能够很好地匹配第一氢气输送管路中氢气加热需求，进而有助于提升氢气加热精度。

Description

一种燃料电池氢气供应系统

技术领域

本申请属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池氢气供应系统。

背景技术

目前，作为真正意义上“零排放”的清洁能源，氢燃料电池在各个行业的应用正在提速。在氢燃料电池的管理系统中,由于燃料电池有工作效率最佳的温度区间，因此通常具有加热的需求，比如需要对反应物氢气进行加热等。相关技术中通常采用换热器对氢气加热，热换器中热水热量的来自于氢燃料电池的管理系统以外的结构，导致热水温度不可控，进而影响氢气加热精度。

发明内容

本申请旨在提供一种燃料电池氢气供应系统，至少解决相关技术氢燃料电池的管理系统中氢气加热精度较低的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提出了一种燃料电池氢气供应系统，包括：

氢气源；

第一氢气输送管路，第一氢气输送管路与氢气源连接，用于将来自氢气源的氢气输送至燃料电池的氢气输入口；

第二氢气输送管路，第二氢气输送管路包括第二涡流管，第二涡流管包括相互连通的第二气体入口、第二热端出口以及第二冷端出口，第二气体入口连接氢气源，第二热端出口输出的热端氢气用于加热第一氢气输送管路中的氢气。

本申请实施例提供的燃料电池氢气供应系统，包括氢气源、第一氢气输送管路以及第二氢气输送管路，第一氢气输送管路与氢气源连接，用于将来自氢气源的氢气输送至燃料电池的氢气输入口，第二氢气输送管路包括第二涡流管，第二涡流管包括相互连通的第二气体入口、第二热端出口以及第二冷端出口，第二气体入口连接氢气源，第二热端出口输出的热端氢气用于加热第一氢气输送管路中的氢气。本申请实施例中，用于加热第一氢气输送管路中的氢气的热源为热端氢气，该热端氢气来源于燃料电池氢气供应系统自身，热端氢气的温度与流量均可以得到比较精准的调节，能够很好地匹配第一氢气输送管路中氢气加热需求，进而有助于提升氢气加热精度。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的燃料电池氢气供应系统的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的燃料电池氢气供应系统的结构示意图之二；

图3是本申请实施例提供的燃料电池氢气供应系统的结构示意图之三；

图4是本申请实施例提供的燃料电池热管理系统的结构示意图之一；

图5是本申请实施例提供的燃料电池热管理系统的结构示意图之二；

图6是本申请实施例提供的燃料电池热管理系统的结构示意图之三；

图7是本申请实施例提供的燃料电池系统的结构示意图。

附图标记：100-燃料电池热管理系统、110-空气源、120-第一空气输送管路、121-第一涡流管、1211-第一气体入口、1212-第一热端出口、1213-第一冷端出口、122-第一调压阀、123-第一温度调节阀、124-第一冷端管、130-第二空气输送管路、131-中冷器、132-增湿器、210-氢气源、220-第一氢气输送管路、230-第二氢气输送管路、231-第二涡流管、2311-第二气体入口、2312-第二热端出口、2313-第二冷端出口、232-循环泵、233-换热管、234-汽水分离器、235-第二调压阀、236-换热器、240-第三调压阀、300-燃料电池、310-空气输入口、320-氢气输入口、330-氢气输出口、400-待冷却机构。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

如图1所示，根据本申请一些实施例的燃料电池氢气供应系统，包括：

氢气源210；

第一氢气输送管路220，第一氢气输送管路220与氢气源210连接，用于将来自氢气源210的氢气输送至燃料电池300的氢气输入口320；

第二氢气输送管路230，第二氢气输送管路230包括第二涡流管231，第二涡流管231包括相互连通的第二气体入口2311、第二热端出口2312以及第二冷端出口2313，第二气体入口2311连接氢气源210，第二热端出口2312输出的热端氢气用于加热第一氢气输送管路220中的氢气。

氢气源210可以包括高压氢瓶等，用于提供燃料电池反应所需的氢气。具体来说，本实施例中，氢气源210可以通过第一氢气输送管路220输送至燃料电池300的氢气输入口320，氢气输入口320连接燃料电池300的阳极，以使得氢气可用作阳极的反应介质。

第二氢气输送管路230可以用于对第一氢气输送管路220中的氢气进行加热。第二氢气输送管路230包括第二涡流管231，而第二涡流管231包括相互连通的第二气体入口2311、第二热端出口2312以及第二冷端出口2313，其中，第二气体入口2311与氢气源210连接，氢气源210输出的高压氢气经第二气体入口2311可以进入到第二涡流管231的内部。

具体来说，氢气源210输出的高压氢气喷射进第二涡流管231内部的涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向第二涡流管231的第二热端出口2312，一部分气流通过第二热端出口2312流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向第二涡流管231的第二冷端出口2313。在此过程中，两股气流发生热交换，内圈气流变得很冷，从第二涡流管231的第二冷端出口2313流出，外圈气流则变得很热，从第二涡流管231的第二热端出口2312流出。

从第二热端出口2312流出的气流对应于上述的热端氢气，本实施例中，第二热端出口2312输出的热端氢气可用于加热第一氢气输送管路220中的氢气。至于热端氢气加热第一氢气输送管路220中的氢气的方式，可以是直接与第一氢气输送管路220中的氢气混合，也可以是通过换热设备，例如换热管等进行换热，抑或两者兼而有之，此处不作具体限定。

本实施例中，热端氢气作为热源加热第一氢气输送管路220中的氢气，该热源来自于燃料电池氢气供应系统内部，一般来说，通过燃料电池氢气供应系统自身结构的设置，可以比较准确地调节热端氢气与第一氢气输送管路220中的氢气的分配，同时，第二涡流管231本身也可以通过调节进气压力或者调节热气流占比(即热端氢气与进入第二涡流管231的氢气总量的比值)等方式，比较精准地调节热端氢气的温度与流量，进而能够很好地匹配第一氢气输送管路220中氢气加热需求。

本申请实施例提供的燃料电池氢气供应系统，包括氢气源210、第一氢气输送管路220以及第二氢气输送管路230，第一氢气输送管路220与氢气源210连接，用于将来自氢气源210的氢气输送至燃料电池300的氢气输入口320，第二氢气输送管路230包括第二涡流管231，第二涡流管231包括相互连通的第二气体入口2311、第二热端出口2312以及第二冷端出口2313，第二气体入口2311连接氢气源210，第二热端出口2312输出的热端氢气用于加热第一氢气输送管路220中的氢气。本申请实施例中，用于加热第一氢气输送管路220中的氢气的热源为热端氢气，该热端氢气来源于燃料电池氢气供应系统自身，热端氢气的温度与流量均可以得到比较精准的调节，能够很好地匹配第一氢气输送管路220中氢气加热需求，进而有助于提升氢气加热精度。

一般来说，涡流管冷端气体和热端气体的温度会受到以下两方面因素的影响，一是到达涡流管气体入口的气体压强，即进气压力；二是热端气体和冷端气体的占比。当然，实际工况中，冷端气体和热端气体的温度还会受到涡流管进气温度等因素的影响，此处不做一一举例。

如下表所示，表中示出了一种典型涡流管冷端气体和热端气体的温度随进气压力与冷端气体的占比(即冷气流比例)的变化关系。

上表中，A代表冷端气体的降低值(相较于进气温度)，B代表热端气体的升高值(相较于进气温度)。可见，涡流管的进气温度以及冷气流比例不变的情况下，随着进气压力的增大，热端气体的制热效果和冷端气体的制冷效果都增强。而涡流管的进气温度与进气压力不变的情况下，随着冷气流比例的增大，热端气体的制热效果增强，冷端气体的制冷效果减弱。

为简化描述，下文中，将上表所示的冷端气体和热端气体的温度随进气压力与冷气流比例的变化关系简称为温度压力比例关系。

本申请实施例中，第二涡流管231的温度压力比例关系与上表相似，至于在各个进气压力与冷气流比例下，第二涡流管231的热端氢气与冷端氢气的具体温度，可以通过实验标定得到，或者结合第二涡流管231的尺寸进行理论计算得到，此处不作具体限定。

在已知第二涡流管231的温度压力比例关系的情况下，通过调节第二涡流管231的进气压力或者冷气流比例，可以比较精准地控制热端氢气的温度和流量，进而有助于较好地匹配第一氢气输送管路220中氢气加热需求。当然，类似地，第二涡流管231的第二冷端出口2313的冷端氢气的温度与流量也可以得到比较精准的控制，在冷端氢气有对其他介质或物体有冷却需求时，能够较好地匹配冷却需求。

为实现第二涡流管231的进气压力的调节，在一个实施方式中，如图1至图3所示，第二氢气输送管路230还包括第二调压阀235；

第二气体入口2311通过第二调压阀235与氢气源210连接，第二调压阀235用于调节进入第二气体入口2311的氢气的压力。

为实现第二涡流管231的冷气流比例的调节，在一些实施方式中，第二氢气输送管路230还包括第二温度调节阀(图中未示出)；

第二温度调节阀设置于第二热端出口2312，用于调节热端氢气与第二冷端出口2313输出的冷端氢气的流量占比。

一般来说，进入到第二涡流管231的氢气均会通过第二热端出口2312与第二冷端出口2313流出，冷端氢气的流量占比(对应冷气流比例)与热端氢气的流量占比(简称热气流占比)的和可以认为是恒等于100％。当调节冷气流占比时，热气流占比也会相应得到调节，反之亦然。

在一个实施方式中，第二温度调节阀设置于第二热端出口2312，通过调节第二温度调节阀的开度，可以实现对热气流占比的直接调节，而冷气流占比相应得到调节，从而实现对热端/冷端气流温度的精确控制。第二温度调节阀可以是手动调节阀，通过实验标定好阀门开度与温度的关系后，根据加热/制冷需求，手动将第二温度调节阀调节在合适位置。第二温度调节阀也可以是自动调节阀，在系统运行过程中，基于测得的实际温度值(例如，在电堆的氢气入口处设置温度传感器用于测量入堆氢气温度)和期望值之间的差异，自动调节阀门的开度。

在另一个实施方式中，第二氢气输送管路230还包括设置于第二冷端出口2313管路上的第四温度调节阀(未在图中示出)，通过调节第四温度调节阀，可以实现对第二冷端出口2313流出的冷气流占比的直接调节，而热气流占比相应得到调节。

在又一个实施方式中，第二温度调节阀为手动调节阀，设置在某一合适的开度，将第四温度调节阀的数量设置为量个，分别设置于第二热端出口2312的输出管路上与第二冷端出口2313的输出管路上，可以根据在需要调节冷气流占比时，可以根据加热/制冷需要分别调节两个第四温度调节阀。如此可以分别控制加热和制冷效果。

第二温度调节阀可以是第二涡流管231自带的阀门，或者也可以是在第二涡流管231的第二热端出口2312所连接管道上额外设置的阀门，此处不作具体限定。

可选地，如图2所示，第二氢气输送管路230还包括换热管233；

换热管233的入口连接第二热端出口2312，第二热端出口2312输出的热端氢气在换热管233中加热第一氢气输送管路220中的氢气。

本实施例中，热端氢气通过换热管233对第一氢气输送管路220中的氢气进行加热，有助于提升第一氢气输送管路220中的氢气的温度均匀性。

可选地，换热管233套设于第一氢气输送管路220，或者，邻接于第一氢气输送管路220。

在一些实施方式中，换热管233可以套设在第一氢气管路220上，换热管233与第一氢气管路220之间形成环形的通道，热端氢气从环形的通道中通过，并对第一氢气管路220中的氢气进行加热。

在一些实施方式中，换热管233也可以与第一氢气管路220贴合，通过相互接触的管壁实现热端氢气与第一氢气管路220中氢气的换热。

可选地，如图2所示，换热管233的出口连接第一氢气输送管路220。

本实施例中，第二热端出口2312的热端氢气在换热管233中对第一氢气输送管路220中氢气加热后，可以送回到第一氢气输送管路220，相应地，热端氢气可以与第一氢气输送管路220中的氢气混合后输送到燃料电池300的氢气输入口320，提高进入燃料电池300的氢气的温度，进而有助于提升燃料电池300的工作效率。

将换热管233的出口连接第一氢气输送管路220，一方面可以充分利用热端氢气中的热量，另一方面，在将热端氢气送回到第一氢气输送管路220之前，可以先通过换热管233对第一氢气输送管路220中的氢气进行预加热，有助于提升进入到燃料电池300的氢气的温度均匀性。

可选地，如图2所示，第二氢气输送管路230还包括循环泵232；

换热管233的出口通过循环泵232连接第一氢气输送管路220。

本实施例中循环泵232可以将离开换热管233的热端氢气送回到第一氢气输送管路220，热端氢气可以与第一氢气输送管路220中的氢气混合后输送到燃料电池300的氢气输入口320，提高进入燃料电池300的氢气的温度，进而有助于提升燃料电池300的工作效率。

可选地，如图1至图3所示，第二冷端出口2313与燃料电池300的氢气输出口330连接，以使第二冷端出口2313输出的冷端氢气冷却氢气输出口330的流体。

燃料电池300的氢气输出口330的流体通常为高温高湿氢气，其中的氢气可以循环使用。本实施例中，将第二涡流管231产生的冷端氢气在氢气输出口330与来自燃料电池300的高温高湿氢气混合，强化了冷凝效应，减小了循环氢气中的湿度。

可选地，如图3所示，氢气输出口330连接换热管233的入口。

本实施例中，氢气输出口330输出的高温氢气可以先换热管233对第一氢气管路220中的氢气加热，再输送到氢气输出口330进行循环利用，提升第一氢气管路220中氢气温度的均匀性。

可选地，第二氢气输送管路230还包括汽水分离器234；

汽水分离器234的入口连接氢气输出口330，汽水分离器234的气体出口连接换热管233的入口。

在一些实施方式中，汽水分离器234的入口连接氢气输出口330，汽水分离器234的气体出口连接循环泵232的入口。

本实施例中，冷端氢气与氢气输出口330的高温高湿氢气混合形成冷凝效应，高温高湿氢气中冷凝出液态水，通过汽水分离器234，可将液态水和氢气进行分离，进一步减少进入燃料电池300电堆的冷凝水。

相应地，来自汽水分离器234的高温氢气同样可以先通过换热管233与第一氢气管路220内氢气换热，然后再通过循环泵232泵送至与第一氢气管路220内氢气混合，提高进而到燃料电池的氢气的温度的均匀性。

在一些可行的实施方式中，在将冷端氢气与高温高湿氢气混合之前，还可以使用冷端氢气对汽水分离器234进行冷却，增强汽水分离效果。

具体来说，可以在汽水分离器234的进气管道等位置设置类似于换热管233的换热结构，例如套管等类型的换热结构，冷端氢气经过该换热结构与高温高湿氢气换热后再连通氢气输出口330。

可选地，燃料电池氢气供应系统还包括第三调压阀240；

第三调压阀240的第一端连接氢气源210，第三调压阀240的第二端分别连接第二调压阀235与第一氢气输送管路220。

第三调压阀240可以是单个阀门也可以是由多个阀门构成的阀组。第三调压阀240用于控制氢气源210输出的氢气的压力或流量。在一些实施方式中，第三调压阀240的开度，可以根据第一氢气输送管路220与第二氢气输送管路230的氢气需求进行控制。

本申请实施例还可以提供一种包括上述燃料电池氢气供应系统的燃料电池热管理系统，如图4所示，燃料电池热管理系统还可以包括：

空气源110；

第一空气输送管路120，第一空气输送管路120包括第一涡流管121，其中，第一涡流管121包括相互连通的第一气体入口1211、第一热端出口1212以及第一冷端出口1213，第一气体入口1211连接空气源110；第一热端出口1212输出的热端空气用于加热第一氢气输送管路220中的氢气。

空气源110可以是提供空气的气源，在一些实施方式中，空气源110可以包括空气压缩机，即图4至图6中所示的空压机。在另一些实施方式中，也可以通过压力容器对氧气或者空气进行储存，通过压力容器实现空气源110的功能。

本申请实施例中，将主要以空气源110包括空压机的情况为例进行说明，在此基础上，空气源110还可以包括空滤等其他功能性辅件，此处不作具体限定。

第一热端出口1212输出的热端空气用于加热第一氢气输送管路220中的氢气。如图4所示，在一个实施方式中，第一氢气输送管路220上可以设置有换热器236，第一氢气输送管路220中的氢气可以通过换热器236与热端空气进行热交换，进而被热端空气所加热。

在一些示例中，换热器236可以是套管，套设于第一氢气输送管路220，热端空气从套管中通过，通过第一氢气输送管路220的管壁向氢气传热。在另一些示例中，换热器236也可以是设置在第一氢气输送管路220的翅片，增大了第一氢气输送管路220与热端空气之间的对流换热面积，进而提升对氢气的加热效果。

第一涡流管121的工作原理与上文中的第二涡流管231的工作原理相似，此处不作重复说明。

本实施例中，使用热端空气对第一氢气输送管路220中的氢气加热，热端空气来自于第一涡流管121，第一涡流管121输出的热端空气的温度和流量均可以得到比较精准的控制，进而也有助于比较精准地控制加热后的氢气的温度。

第二热端出口2312输出的热端氢气用于加热第一氢气输送管路220中的氢气，也就是说，本实施例中，在热端氢气作为第一氢气输送管路220中的氢气的加热源的情况下，提供了热端空气这一额外的加热源，有助于进一步提升氢气的加热效果。例如，在环境温度较低的情况下，基于热端空气与热端氢气对第一氢气输送管路220中的氢气进行加热，保证进入燃料电池300的氢气升温至适宜的工作温度。

当然，在一些实施方式中，热端空气与热端氢气可以同时用于加热第一氢气输送管路220中的氢气，也可以择一加热第一氢气输送管路220中的氢气。

第一涡流管121的进气压力与冷气流比例同样可以基于相关的结构实现调节。

为实现第一涡流管121的进气压力的调节，在一个实施方式中，如图4至图6所示，第一空气输送管路120还包括第一调压阀122；

第一气体入口1211通过第一调压阀122与空气源110连接，第一调压阀122用于调节进入第一气体入口1211的空气的压力。

为实现第一涡流管121的冷气流比例的调节，在一些实施方式中，如图6所示，第一空气输送管路120还包括第一温度调节阀123；

第一温度调节阀123设置于第一热端出口1212，用于调节冷端空气与第一热端出口1212输出的热端空气的流量占比，从而实现热端空气与冷端空气的温度的调节。第一温度调节阀123的功能与第二温度调节阀相似，此处不作详细说明。

在一些实施方式中，也可以在第一热端出口1212的输出管路和/或第一冷端出口1213的输出管路上设置第三温度调节阀，第三温度调节阀的功能与第四温度调节阀相似，此处不作详细说明。

可选地，第一空气输送管路120还包括第一冷端管124，第一冷端管124与第一冷端出口1213连接，用于将第一冷端出口1213输出的冷端空气输送至待冷却机构400。

结合一些具体应用场景，燃料电池热管理系统及燃料电池可以应用在车辆中，车辆中的电机或者空调散热器等机构可能需要进行冷却。在另一些应用场景中，燃料电池通常配置有对应的电控箱，或者燃料电池与锂电池配合使用时，会应用到电池管理系统等，这些电控箱或者锂电池的电池管理系统也可能需要进行冷却。

以上提到的电机、空调散热器、电控箱或者电池管理系统等，均可以是待冷却机构400，当然，实际应用中，待冷却机构400并不限定于以上举例，此处不做穷举说明。

第一冷端管124可以将冷端空气传输到待冷却机构400处，以实现冷却。在一个示例中，冷端空气可以直接通入到待冷却机构400处。在另一个示例中，待冷却机构400配置有散热风扇，例如电控箱散热风扇或者系统散热风扇等，冷端空气可以通入到散热风扇的进风口。在又一示例中，冷端空气也可以通过第一冷端管124导入到换热器中，实现对待冷却机构400的冷却。

冷端空气作为一种冷源，对具有冷却需求的待冷却机构400进行冷却，所能够带来的节约能量的效果是比较容易理解的。比如，待冷却机构400为电控箱时，由于采取了冷端空气，可使得电控箱的降温速率与降温效果得到提升，进而可降低电控箱中电子元件的功耗，实现能量的节省。又比如，待冷却机构400配置有风扇，采取了冷端空气可以使得待冷却机构400快速降低至预设温度值，进而可以降低风扇的工作时间或功率，从而实现能量的节省。

或者，散热风扇使用冷端空气的降温效果更好，可能可以采用功率更小体积更小的散热风扇，有助于整个用电系统的集成和缩小。

容易理解的是，通常来说，冷端空气与外部环境空气中成分一致，直接排放至环境中不会带来新的污染，对于例如电控箱等本身暴露于环境中的待冷却机构400也不会产生额外的损害。因此，在使用冷端空气对冷却机构400进行冷却时，对冷端空气的密封结构或者气体处理结构的设计要求较低，可以避免因设置冷端空气相关冷却结构带来过多的成本增加。

可选地，燃料电池热管理系统还包括第二空气输送管路130，第二空气输送管路130包括中冷器131与增湿器132；

空气源110、中冷器131以及增湿器132依次连接，空气源110输出的空气经中冷器131与增湿器132到达燃料电池300的空气输入口310。

第二空气输送管路130用于将来自空气源110的空气输入至燃料电池300的空气输入口310，该空气输入口310可以连接燃料电池300的阴极，而空气则可以用作阴极的反应介质。

在空气源110包括空压机的情况下，空气被压缩时温度升高，在将压缩空气输送到燃料电池300的空气输入口310之前，可以使用中冷器131进行冷却，使得进入阴极的空气的温度处于比较适宜的工作温度。

此外，燃料电池中通常设置质子交换膜，用于隔绝空气和氢气，同时能够允许质子通过，迫使电子通过外电路流动向外输出电能，而质子交换膜的润湿越好，质子传递阻力越小，质子约容易通过，进而使得燃料电池300的性能越高，因此，本实施例中，空气源110输出的空气进入空气输入口310之前，可采用设置的增湿器132进行增湿，有助于提高燃料电池300的工作性能。

在一些实施方式中，在氢气源210的出口可以设置温度传感器，该温度传感器用于监测氢气源210的出口的氢气的温度，根据监测的温度和氢气的期望温度，确定需求的热端空气温度和/或热端氢气温度，根据需求的热端空气温度和/或热端氢气温度来调节第一调压阀122、第二调压阀235、第一温度调节阀123以及第二温度调节阀中的至少一者，以使得到达燃料电池300中的氢气温度达到期望温度。

如图7所示，本申请实施例还提供了一种燃料电池系统，包括：

燃料电池300；

待冷却机构400；以及，

上述的燃料电池热管理系统100。

本申请实施例提供的燃料电池系统包括了上文实施例的燃料电池热管理系统100，燃料电池热管理系统100的实施例及相关技术效果同样适应于该燃料电池系统，此处不作重复说明。

在一些实施方式中，待冷却机构400可以是燃料电池300配置的电控箱，或者是上述的空压机等。

当然，在另一些可行的实施方式中，燃料电池系统也可以延伸至车辆、储能系统等整体设备，相应地，待冷却机构400也可以是指例如车辆空调、电机等类型的功能设备。

如图7所示，在一些实施方式中，燃料电池热管理系统100可以包括气源、涡流管以及氢气输送管道与空气输送管道，氢气输送管道与空气输送管道用于向燃料电池300输入阴极和阳极的反应气体，而燃料电池可以向待冷却机构400进行供电。

其中，气源可以是上述的空气源110或者氢气源210，涡流管可以是第一涡流管121或者第二涡流管231。涡流管的热端气体可以用于对氢气输送管道中的氢气进行加热。

结合一些具体的应用例，本申请实施例提供的燃料电池系统中，通过使用涡流管代替换热器，将燃料电池系统中的压缩气体充入涡流管，涡流管一端为氢气加热，另一端的冷端可为系统内部降温，例如电控箱散热风扇和/或系统散热风扇，这样的好处是涡流管的冷热端温度可以通过进入的压力变化而变化，因此只需对进入涡流管的压力进行调节就可以实现对氢气加热的精确控制。涡流管的体积小，对于燃料电池系统的集成化更加友好。

充入涡流管的压缩气体可以是空气、氢气或者其他气体。比如，压缩气体可以使用空压机的空气分一路，即使泄露也比较安全，且涡流管热端的排放可以直接排放至大气无需处理成本更低。

如果涡流管的冷端为燃料电池系统的电控部分冷却，能提高本身的冷却效果，使燃料电池系统工作更加稳定；且因为系统集成化的缘故，系统零部件之间的间隙较小自身的冷却受到周围零部件的放热影响效果不好，如电池对工作温度有要求，低温空气作为冷却介质比常温风冷效果更好，工作更加稳定，提高零部件的工作寿命，部件可能可以采用更高的功率工作而温度也在范围内，提高了功率上限；如果冷端的空气排放至整个系统的散热器前，散热风扇使用冷空气对水路(例如散热器中的水路)降温效果更好，进而可以采用功率更小体积更小的散热风扇，有助于系统的集成和缩小。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池氢气供应系统，其特征在于，包括：

氢气源(210)；

第一氢气输送管路(220)，所述第一氢气输送管路(220)与所述氢气源(210)连接，用于将来自所述氢气源(210)的氢气输送至燃料电池(300)的氢气输入口(320)；

第二氢气输送管路(230)，所述第二氢气输送管路(230)包括第二涡流管(231)，所述第二涡流管(231)包括相互连通的第二气体入口(2311)、第二热端出口(2312)以及第二冷端出口(2313)，所述第二气体入口(2311)连接所述氢气源(210)，所述第二热端出口(2312)输出的热端氢气用于加热所述第一氢气输送管路(220)中的氢气。

2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述第二氢气输送管路(230)还包括换热管(233)；

所述换热管(233)的入口连接所述第二热端出口(2312)，所述第二热端出口(2312)输出的热端氢气在所述换热管(233)中加热所述第一氢气输送管路(220)中的氢气。

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述换热管(233)套设于所述第一氢气输送管路(220)，或者，邻接于所述第一氢气输送管路(220)。

4.根据权利要求2所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述换热管(233)的出口连接所述第一氢气输送管路(220)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述第二氢气输送管路(230)还包括循环泵(232)；

所述换热管(233)的出口通过所述循环泵(232)连接所述第一氢气输送管路(220)。

6.根据权利要求2至5任一项所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述第二冷端出口(2313)与燃料电池(300)的氢气输出口(330)连接，以使所述第二冷端出口(2313)输出的冷端氢气冷却所述氢气输出口(330)的流体。

7.根据权利要求6所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述氢气输出口(330)连接所述换热管(233)的入口。

8.根据权利要求7所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，所述第二氢气输送管路(230)还包括汽水分离器(234)；

所述汽水分离器(234)的入口连接所述氢气输出口(330)，所述汽水分离器(234)的气体出口连接所述换热管(233)的入口。

9.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，第二氢气输送管路(230)还包括第二调压阀(235)；

所述第二气体入口(2311)通过所述第二调压阀(235)与所述氢气源(210)连接，所述第二调压阀(235)用于调节进入所述第二气体入口(2311)的氢气的压力。

10.根据权利要求9所述的燃料电池氢气供应系统，其特征在于，还包括第三调压阀(240)；

所述第三调压阀(240)的第一端连接所述氢气源(210)，所述第三调压阀(240)的第二端分别连接所述第二调压阀(235)与所述第一氢气输送管路(220)。