CN219497842U - 一种燃料电池用热回收结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种燃料电池用热回收结构，包括通风管道和进风口。其中，通风管道的第一端与燃料电池系统的出风侧连接，通风管道的第二端与燃料电池系统的进风侧连接；进风口连通设置于通风管道的第二端，用于将外界气体引导向通风管道内；在外界气体通过进风口和通风管道进入燃料电池系统内与燃料电池系统进行换热形成热气体之后，热气体能够沿通风管道回流到燃料电池系统内与燃料电池系统继续换热。本实用新型能够避免外界气体温度较低导致燃料电池堆芯结冰或燃料电池堆芯温度较低降低燃料电池系统的发电效率，也提高了对燃料电池堆芯发出热能的利用效率。

Description

一种燃料电池用热回收结构

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池用热回收结构。

背景技术

风冷燃料电池是一种将氢气、氧气作为反应原料经过一系列电化学反应产生电能和热量的发电设施。

风冷燃料电池在工作时，会通过风扇驱动外部的空气进入燃料电池堆芯内对燃料电池堆芯进行冷却，而经过与燃料电池堆芯进行换热后的气体的温度受燃料电池进风口外界环境的气体温度影响较大，在外界环境空气温度较低时，经过与燃料电池堆芯进行换热的气体温度也相对较低，无法作为供热热源进行有效使用，因此会被直接排放掉，这无疑造成了热能的浪费。此外，为了防止燃料电池进风口温度过低造成燃料电池堆芯结冰或燃料电池系统效率下降，在燃料电池进风口外界环境的气体温度过低的情况下，往往需要采用额外的加热方式提升燃料电池进风口内气体的温度，这无疑也会产生额外的能源损耗。

目前，针对在燃料电池进风口的气体温度较低时燃料电池堆芯产生的热量无法被有效使用以及需要对燃料电池堆芯进行额外加热的问题，尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供的一种燃料电池用热回收结构，以至少解决在燃料电池进风口的气体温度较低时燃料电池堆芯产生的热量无法被有效使用以及需要对燃料电池堆芯进行额外加热的问题。

本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例的一种燃料电池用热回收结构，包括：

通风管道，所述通风管道的第一端与燃料电池系统的出风侧连接，所述通风管道的第二端与所述燃料电池系统的进风侧连接；

进风口，所述进风口连通设置于所述通风管道的第二端，用于将外界气体引导向所述通风管道内；

其中，在所述外界气体通过所述进风口和所述通风管道进入所述燃料电池系统内与所述燃料电池系统进行换热形成热气体之后，所述热气体能够沿所述通风管道回流到所述燃料电池系统内与所述燃料电池系统继续换热。

进一步地，所述燃料电池用热回收结构还包括：

出风口，所述出风口连通设置于所述通风管道的第一端，用于将所述通风管道内与所述燃料电池系统进行换热后形成的部分热气体引导向用热场所。

进一步地，所述出风口的管道横截面面积小于所述通风管道的管道横截面面积。

进一步地，所述出风口包括：

出风阀门，所述出风阀门设置于所述出风口上，用于控制所述出风口的出风能力。

进一步地，所述出风口还包括：

出风温度传感器，所述出风温度传感器设置于所述出风口上，用于检测所述出风口内的气体温度。

进一步地，所述燃料电池用热回收结构还包括：

风扇，所述风扇设置于所述通风管道的第一端，用于调节所述通风管道内的气体流速。

进一步地，所述燃料电池用热回收结构还包括：

管道温度传感器，所述管道温度传感器设置于所述通风管道的第二端，并位于所述进风口靠近所述燃料电池系统的一侧，用于检测所述通风管道第二端的气体温度。

进一步地，所述进风口包括：

进风阀门，所述进风阀门设置于所述进风口上，用于控制所述进风口的通风能力。

进一步地，所述进风口还包括：

进风温度传感器，所述进风温度传感器设置于所述进风口上，用于检测所述进风口内的气体温度。

进一步地，所述进风阀门为电动比例阀。

与现有技术相比，本实用新型的一种燃料电池用热回收结构，通过进风口进入通风管道的外界气体与通风管道内的热空气混合后，与燃料电池系统进行换热形成热气体，并通过通风管道将热气体继续引导向燃料电池系统内以维持/提高燃料电池堆芯的温度，从而能够避免外界气体温度较低导致燃料电池堆芯结冰或燃料电池堆芯温度较低降低燃料电池系统的发电效率，也提高了对燃料电池堆芯发出热能的利用效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种燃料电池用热回收结构的结构示意图；

本实用新型的附图标记如下：

10、通风管道；

20、进风口；21、进风阀门；22、进风温度传感器；

30、出风口；31、出风阀门；32、出风温度传感器；

40、风扇；

50、管道温度传感器；

60、燃料电池系统。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

如图1所示，本实用新型提供的一种燃料电池用热回收结构，包括通风管道10和进风口20。其中，通风管道10的第一端与燃料电池系统60的出风侧连接，通风管道10的第二端与燃料电池系统60的进风侧连接；进风口20连通设置于通风管道10的第二端，用于将外界气体引导向通风管道10内。

具体地，在外界气体通过进风口20和通风管道10进入燃料电池系统内与燃料电池系统60进行换热形成热气体之后，热气体能够沿通过管道10回流到燃料电池系统60内与燃料电池系统60继续换热。

其中，在热气体回流到燃料电池系统60的进风侧之后，热气体可以与进风口20输送的外界气体混合后进入燃料电池系统60内，以与燃料电池系统60进行换热；在热气体回流到燃料电池系统60的进风侧之后，可以封闭进风口20仅使热气体再次进入燃料电池系统60以与燃料电池系统60进行换热，从而避免从进风口20进入的气体温度过低以导致燃料电池堆芯结冰或降低燃料电池的发电效率。

其中，外界气体为通过进风口20进入到通风管道10内的气体。

其中，通风管道10为环形封闭通风管道，且一侧设有开口以与燃料电池系统60进行连接，如通风管道10可以为矩形结构，也可以为圆环形结构。

其中，通风管道10的第一端可以为通风管道10的进风端，通风管道10的第二端可以为通风管道10的出风端。

优选地，通风管道10为金属管道。

其中，进风口20可以为进风管道，并与通风管道10的第二端的内部连通。

具体地，在温度较低的外界气体通过进风口20进入到通风管道10的第二端之后，外界气体与通风管道10内的热气体混合后，流经燃料电池系统60的燃料电池堆芯，以与燃料电池堆芯进行换热形成热气体，在热气体沿通风管道10回流到燃料电池系统60内的情况下，热气体能够维持燃料电池堆芯的温度，避免燃料电池堆芯的温度受外界气体影响而降低发电效率；此外，热气体也能够与从进风口20新入的外界气体混合形成具有一定温度的气体，从而避免外界气体直接进入燃料电池系统60内，影响燃料电池系统60的发电效率。

进风口20包括进风阀门21，进风阀门21设置于进风口20上，用于控制进风口20的通风能力。

其中，进风阀门21为电动比例阀。

其中，进风阀门21可以根据自身的开度控制进风口20的通风能力，也即控制外界气体进入通风管道10内的风量。

在其中的一些实施例中，进风阀门21可以与外部的控制模块电性连接，以在控制模块的控制下开启或关闭，也能够在控制模块的控制下增加或减少进风阀门21的开度。

其中，控制模块可以为PWM控制器。

进风口20还包括进风温度传感器22，进风温度传感器22设置于进风口20上，用于检测进风口20内的气体温度。

其中，进风温度传感器22可以为温度传感器或温湿度传感器。

其中，进风阀门21能够根据进风温度传感器22检测到的温度控制进风口20的通风能力，以控制通风管道10内的气体温度。

例如，在进风温度传感器22检测到进入到进风口20的气体温度过低的情况下，进风阀门21可以减少自身的开度，以减少进入进风口20内部的气体，避免通风管道10内的气体温度过低，影响燃料电池的发电效率。

在其中的一些实施例中，进风温度传感器22与外部的控制模块电性连接，用于获取进风温度传感器22发送的温度信息，并根据进风温度传感器22发送的温度信息控制进风阀门21的开启或关闭。

其中，控制模块根据进风温度传感器22控制开启或关闭进风阀门21为控制器简单的逻辑控制且属于现有技术，在此不再赘述。

燃料电池用热回收结构还包括出风口30，出风口30连通设置于通风管道10的第一端，用于将通风管道10内与燃料电池系统60进行换热后形成的部分热气体引导向用热场所。

其中，未通过出风口30流出的部分热气体继续在通风管道10的内部循环，以继续维持燃料电池系统60的燃料电池堆芯的温度。

具体地，在外界气体与燃料电池堆芯进行换热后形成热气体之后，热气体可以通过出风口30流向用热场所，以对用热场所进行供热。

其中，出风口30可以为出风管道，并与通风管道10的内部连通。

进一步地，出风口30的管道横截面面积小于通风管道10的管道横截面面积，以减少进入出风口30内部的热气体，避免通风管道10内大部分热气体流向出风口30，缺少通风管道10内进行循环的气体。

出风口30包括出风阀门31，出风阀门31设置于出风口30上，用于控制通风管道10内的气体流向出风口30的风量。

其中，出风阀门31为电动比例阀。

具体地，在需要增加流向出风口30的风量的情况下，可以增大出风阀门31的开度，从而增加流向出风口30的风量；在需要减少流向出风口30的风量的情况下，可以减小出风阀门31的开度，以减少流向出风口30的风量。

在其中的一些实施例中，出风阀门31与外部的控制模块连接，以在控制模块的控制下开启或关闭，或在控制模块的控制下增加或减少出风阀门31的开度。

出风口30还包括出风温度传感器32，出风温度传感器32设置于出风口30上，用于检测出风口30内的气体温度。

其中，出风温度传感器32可以设置于出风阀门31远离通风管道10的一侧，也可以设置于出风阀门31靠近通风管道10的一侧。

优选地，出风温度传感器32设置于出风阀门31远离通风管道10的一侧。

其中，出风温度传感器32可以为温度传感器或温湿度传感器等温度检测元件。

其中，在出风温度传感器32检测到流动到出风口30的气体的温度达到温度阈值的情况下，出风阀门31可以完全开启，以使通风管道10内的气体通过出风口30流向用热场所。其中，温度阈值用于指示在此温度下的气体可以引导向用热场所。

在其中的一些实施例中，出风温度传感器32与外部的控制模块连接，以将检测到温度信息发送到控制模块，控制模块根据出风温度传感器32发送的温度信息控制出风阀门31的开度。

其中，控制模块基于温度信息控制是否开启出风阀门31为现有技术，其原理在此不在赘述。

燃料电池用热回收结构还包括风扇40，风扇40设置于通风管道10的第一端，用于调节通风管道10内的气体的风量。

其中，风扇40具有不同档位，其在位于不同档位的情况下，具有不同的转速，以便于调节通风管道10内的气体流速，以增加或减少通风管道10内的气体回流速度。

其中，风扇40还用于驱动外界气体通过进风口20进入通风管道10内。

在其中的一些实施例中，风扇40与外部的控制模块电性连接，以在控制模块的控制下进行转动或档位切换。

其中，控制模块可以控制风扇40的转速和档位，以调节通风管道10内的气体流速。

其中，在外界气体与燃料电池堆芯进行换热的过程中，可以开启风扇40以驱动外界气体与燃料电池系统60进行充分换热或改变风扇40的转速增加热气体在通风管道10内部的循环速率，以增加热空气与燃料电池系统60进行充分换热。

其中，可以通过控制模块控制风扇40的转速，并配合进风阀门21和出风阀门31的开度调整，以实现通风管道10内风量和空气温度的精确控制，从而即保证燃料电池稳定工作，又最大限度地利用热量。

在其中的一些实施例中，通风管道10的管道横截面面积是出风口30的管道横截面面积的四倍，此时若风扇40的工作流量调整为10m³/h，则流出出风口30的风量约为2m³/h，在通风管道10中循环的风量约为8m³/h，进风口20的进风量约为2m³/h。

燃料电池用热回收结构还包括管道温度传感器50，管道温度传感器50设置于通风管道10的第二端，并位于进风口20靠近燃料电池系统60的一侧，用于检测通风管道10的第二端内的气体温度。

其中，管道温度传感器50可以为温度传感器、温湿度传感器等温度检测元件。

管道温度传感器50用于检测通风管道10内的气体温度，也即检测进入燃料电池系统60内的气体温度。

在其中的一些实施例中，管道温度传感器50与外部控制模块电性连接，用于将检测到温度信息发送到控制模块，控制模块根据管道温度传感器50检测到的温度信息控制开启或关闭出风阀门31或风扇40。

本实施例的工作原理如下：

为便于说明本实施例的工作原理，此处将燃料电池系统60进风侧的气体表示为温空气，将温空气与燃料电池系统60进行换热后从出风侧输出的空气表示为热空气，将外部进入进风口20的空气表示为冷空气。

在温空气从燃料电池系统60的进风侧流入与燃料电池系统60进行热交换之后，温控器吸收电化学反应产生的热量，以提高自身的温度形成热空气，并从燃料电池系统60的出风侧流出到通风管道10内；

开启出风阀门31，使通风管道10内的一部分热空气通过出风口30流向用热场所，另一部分热空气通过通风管道10回流到通风管道10的第二端，也即回流到燃料电池系统60的进风侧；

开启进风阀门21，在冷空气通过进风口20流入通风管道10与上述回流到燃料电池系统60的进风侧的另一部分热气体混合后形成温空气，然后温空气继续从燃料电池系统60的进风侧流入到燃料电池系统60内，与燃料电池系统60继续进行热交换，以完成下一个循环。

此外，在外界环境的冷空气的温度和通风管道10内的温空气的温度较低的情况下，若温空气与燃料电池系统60进行一次热交换之后，流向出风口30处的热空气的温度低于温度阈值，无法作为高品质热源向用热场所供热，此时调节出风阀门31的开度使一部分热空气流向用热场所，同时使另一部分热空气通过通风管道10回流到燃料电池系统60的进风侧，继续与进风口20流入的冷空气进行混合后继续与燃料电池系统60进行热交换，以进一步提升热空气的温度，以此类推，逐步提升热空气的温度，直至热空气的温度大于或等于温度阈值且使通风管道10内部流通的热空气达到稳态，通风管道10内部流通的热空气达到稳态也即是在热空气从出风口30流出且冷空气从进风口20流入的情况下，通风管道10内部的热空气在经过与燃料电池堆芯进行换热后仍然能够维持稳定的温度。其中，温度阈值用于指示在此温度下的气体可以引导向用热场所。

本实用新型的能够充分利用燃料电池系统所散发的热量，并在不考虑管道散热的情况下，可以将燃料电池系统散发的热量作为热风供暖以进行二次利用，从而提高了燃料电池系统的能量利用率，减少了碳排放；此外，通过本实用新型的气体循环方式，可以在低环境温度时，保证燃料电池系统进风温度始终保持在冰点以上，从而保障燃料电池的正常工作，也节省了能源。

本实用新型也能够通过调整进出风阀门的开度以及风扇转速能够精确地控制热风的出风温度，满足不同应用场景的供热需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池用热回收结构，其特征在于，包括：

通风管道，所述通风管道的第一端与燃料电池系统的出风侧连接，所述通风管道的第二端与所述燃料电池系统的进风侧连接；

进风口，所述进风口连通设置于所述通风管道的第二端，用于将外界气体引导向所述通风管道内；

其中，在所述外界气体通过所述进风口和所述通风管道进入所述燃料电池系统内与所述燃料电池系统进行换热形成热气体之后，所述热气体沿所述通风管道回流到所述燃料电池系统内与所述燃料电池系统继续换热。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，还包括：

出风口，所述出风口连通设置于所述通风管道的第一端，用于将所述通风管道内与所述燃料电池系统进行换热后形成的部分热气体引导向用热场所。

3.根据权利要求2所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，所述出风口的管道横截面面积小于所述通风管道的管道横截面面积。

4.根据权利要求2所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，所述出风口包括：

出风阀门，所述出风阀门设置于所述出风口上，用于控制所述出风口的出风能力。

5.根据权利要求4所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，所述出风口还包括：

出风温度传感器，所述出风温度传感器设置于所述出风口上，用于检测所述出风口内的气体温度。

6.根据权利要求1所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，还包括：

风扇，所述风扇设置于所述通风管道的第一端，用于调节所述通风管道内的气体流速。

7.根据权利要求1所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，还包括：

管道温度传感器，所述管道温度传感器设置于所述通风管道的第二端，并位于所述进风口靠近所述燃料电池系统的一侧，用于检测所述通风管道第二端的气体温度。

8.根据权利要求1所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，所述进风口包括：

进风阀门，所述进风阀门设置于所述进风口上，用于控制所述进风口的通风能力。

9.根据权利要求8所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，所述进风口还包括：

进风温度传感器，所述进风温度传感器设置于所述进风口上，用于检测所述进风口内的气体温度。

10.根据权利要求8所述的燃料电池用热回收结构，其特征在于，所述进风阀门为电动比例阀。