CN219497844U - 一种燃料电池的空气供应管路系统及控温增湿净化缓冲罐 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池的空气供应管路系统及控温增湿净化缓冲罐，应用于燃料电池发电装置，该系统包括缓冲罐、空气管路和加湿管路，缓冲罐内部设有盛水槽和喷淋装置，其中喷淋装置位于盛水槽上方，缓冲罐顶部设有用于连接电堆的空气出口，缓冲罐的侧壁设有空气进口；空气管路连接空气进口，空气管路上设有空压机以将空气输入至缓冲罐内；加湿管路连接盛水槽和喷淋装置，加湿管路上设有水泵。本实用新型的有益效果：通过缓冲罐实现对由空压机出的空气的降温增湿稳压净化，从而为分布式储能燃料电池系统的电堆分配稳定且温湿度适宜且洁净的空气；无需设置传统空气管路中冷器和加湿器，从而减小管路流阻，减少能耗，性能更加可靠且成本低廉。

Description

一种燃料电池的空气供应管路系统及控温增湿净化缓冲罐

技术领域

本实用新型涉及燃料电池发电设备技术领域，尤其涉及一种燃料电池的空气供应管路系统及控温增湿净化缓冲罐。

背景技术

质子交换膜燃料电池氢储能技术是指在电力充足时，利用电解水制氢技术，将多余的电能储存起来；当电力输出不足时将储存好的氢能利用氢燃料电池发电装置发电并网供电。相较于其他储能技术，氢储能具有功率大、效率高、长存期、供电时长久，高能密度的特点。同时，氢燃料电池发电装置配合燃料存储装置，分布式布置以后，便可做为分布式供电、应急备用电源使用，应用在如政府机构、学校医院、居民区、商业中心等。

相较于车用燃料电池系统，燃料电池发电装置系统集成后规模较大，往往都MW级、甚至百MW级，电堆数量达到十几至数十个之多，管路分配复杂，这种情况下，为保证对管路中空气介质流量能稳定分配，均需在管路中配置缓冲罐，以保证管路中的空气分配均匀，气量充足。在质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电堆中，质子交换膜工作在一个合适的温度和湿度范围之内，会对燃料电池系统的性能、效率、以及寿命都非常重要，且都是通过控制阴极侧空气路的进堆温度和湿度来进行控制，外部空气因为空压机的增压以后，变得非常的干燥，温度也达到上百度，然后是通过水冷式中冷器、增湿器来实现对空气的冷却和增湿，既增加了空气管路的流阻，也增加了能耗。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决目前燃料电池发电装置中阴极侧空气路的进堆温度和湿度调节控制问题，本实用新型的实施例提供了一种燃料电池的空气供应管路系统及控温增湿净化缓冲罐。

本实用新型的实施例提供一种燃料电池的空气供应管路系统，包括：

缓冲罐，其内部设有盛水槽和喷淋装置，其中，所述喷淋装置位于所述盛水槽上方，所述缓冲罐顶部设有用于连接电堆的空气出口，所述缓冲罐的侧壁设有空气进口；

空气管路，其连通所述空气进口，所述空气管路上设有空压机以将空气输入至所述缓冲罐内；

以及加湿管路，其连通所述盛水槽和所述喷淋装置，所述加湿管路上设有水泵。

进一步地，所述缓冲罐内靠近所述空气出口设有阻水装置，所述阻水装置设于所述喷淋装置的上方。

进一步地，所述阻水装置为高分子材料网状栅格。

进一步地，所述空气管路上还设有空气过滤器、流量计、阀件中的一个或多个。

进一步地，所述空气出口设有温度传感器、湿度传感器、压力传感器中的一个或多个。

进一步地，所述缓冲罐的侧壁设有补水管路，所述补水管路与所述盛水槽连通。

进一步地，所述盛水槽设有液位计。

进一步地，所述加湿管路集成于所述缓冲罐。

进一步地，所述空气管路集成于所述缓冲罐。

进一步地，所述缓冲罐的内部还设有换热管，所述换热管设于所述空气进口和所述喷淋装置之间。

进一步地，所述换热管与所述电堆的尾气管路连通，以将所述电堆的尾气输入至所述换热管。

进一步地，所述尾气管路包括尾气输入管路、尾气输出管路和旁通管路；其中，所述尾气输入管路通过三通阀连通所述换热管的进口，所述换热管的出口连通所述尾气输出管路，所述旁通管路一端连通所述三通阀、另一端连通所述尾气输出管路。

进一步地，所述换热管为盘管。

并且，本实用新型的实施例还提供了一种燃料电池的控温增湿净化缓冲罐，其为上述燃料电池的空气供应管路系统中的所述缓冲罐。

进一步地，所述缓冲罐为金属缓冲罐。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本实用新型的一种燃料电池的空气供应管路系统，通过缓冲罐实现对由空压机出的空气的降温增湿稳压净化，从而为分布式储能燃料电池系统的电堆分配稳定且温湿度适宜且洁净的空气；无需设置传统空气管路中冷器和加湿器，从而减小管路流阻，减少能耗，性能更加可靠且成本低廉。

2、本实用新型的一种燃料电池的空气供应管路系统及控温增湿净化缓冲罐，通过喷淋(喷淋装置)和蒸发(换热管)两种方法增湿和控温，增湿效率高，降温的喷淋水量可调，蒸发温度可控，使对电堆输入的空气控温精准。

3、本实用新型的一种燃料电池的空气供应管路系统及控温增湿净化缓冲罐，喷淋装置雾化的水通过吸附空气中的杂质及一些有害物质后沉降下来，空气净化效果好。

4、本实用新型的阻水装置能够阻隔吸附了固态颗粒物杂质的水滴，防止其进入电堆，进一步保证了空气洁净度，确保电堆稳定运行。

5、本实用新型的换热管可利用电堆尾排气(或其他产热源)的余热，余热会升温换热管的外部温度，使得喷淋装置流下的雾状水在增湿空气并下落的过程中会在换热管的外表面形成水膜，经过换热管的蒸发形成水蒸汽，完成二次增湿过程，从而确保空气温湿度满足需求。

附图说明

图1是本实用新型一种燃料电池的空气供应管路系统的示意图。

图中：1-缓冲罐、2-空气管路、3-加湿管路、4-补水管路、5-尾气输入管路、6-尾气输出管路、7-旁通管路、8-盛水槽、9-换热管、10-喷淋装置、11-阻水装置、12-空气出口、13-空气过滤器、14-流量计、15-空压机、16-截止阀、17-水泵、18-三通阀、19-背压阀、20-一体式温湿度传感器、21-液位计、22-补水阀、23-排污阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的较优的一个，旨在提供对本实用新型的基本了解，但并不旨在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,本实用新型中涉及到电路和电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本实用新型保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进。

进一步需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“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实用新型中的具体含义。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种燃料电池的空气供应管路系统，应用于燃料电池发电装置，为燃料电池发电装置的电堆供应空气，该空气供应管路系统主要包括缓冲罐1、空气管路2、加湿管路3和补水管路4。

继续如图1所示，缓冲罐1为金属容器，如不锈钢密封容器，缓冲罐1内部由设有盛水槽8和喷淋装置10，其中盛水槽8位于缓冲罐1的底部，喷淋装置10位于盛水槽8的上方。

补水管路4连接盛水槽8，盛水槽8内设有液位计21，补水管路4上设有补水阀22。通过液位计21监测盛水槽8内水位，在盛水槽8内水位降低至预定高度后，通过补水管路4对盛水槽8内补水。盛水槽8的底部设有排污阀23，通过排污阀23定期将盛水槽8内的积水排出，然后再通过补水管路4进行换水。

喷淋装置10位于缓冲罐1内的上部。喷淋装置10具体为多个喷头，各喷头间隔排列为水平的一行并设置于盛水槽8的上方。

缓冲罐1顶部设有空气出口12，空气出口12用于连接电堆，使缓冲罐1内的空气可由空气出口12输入至电堆内。优选的，空气出口12设有温度传感器、湿度传感器和压力传感器，通过温度传感器、湿度传感器和压力传感器实时监测输入电堆的空气的温度、压力和湿度。

空气管路2用于将外部环境中的空气输入缓冲罐1内。缓冲罐1的侧壁设有空气进口，空气进口位于缓冲罐1下部，空气管路2连接空气进口以与缓冲罐1连通，通过空气管路2可将外部空气输入至缓冲罐1内下部，具体输入至盛水槽8上方、喷淋装置10下方。空气管路2可与缓冲罐1集成一体。

空气管路2上依次设有空气过滤器13和空压机15。由于燃料电池发电装置一般都位于室外或野外，环境恶劣，空气质量差，通过空气过滤器13对空气进行净化。空压机15对进入空气管路2的空气进行压缩处理形成气流，空压机15的转速可调，可以形成不同流速的气流。优选的，空气管路2上还设有流量计14和阀件，阀件为截止阀16，可以控制空气管路2的止停。

加湿管路3一端连接盛水槽8，另一端连接喷淋装置10，加湿管路3上设有水泵17。水泵17可抽吸盛水槽8内水至喷淋装置10，水由各喷头朝下喷出。加湿管路3可与缓冲罐1集成一体。

此外，缓冲罐1内设有阻水装置11，阻水装置11位于喷淋装置10的上方、靠近空气出口12。空气流经喷淋装置10后进入阻水装置11，空气中的固态水滴被阻水装置11阻隔而落下，避免固态水滴进入电堆。如本实施例中，阻水装置11为高分子材料的网状栅格，透气阻水性能好。

缓冲罐1的内部还设有换热管9，换热管9设于空气进口和喷淋装置10之间。换热管9与电堆的尾气管路连通，以将电堆的尾气输入至换热管9。

换热管9具体为盘管，盘管安装于缓冲罐1内且两端延伸出缓冲罐1侧壁。尾气管路连接换热管9，以将电堆的尾气输入至换热管9。

尾气管路具体包括尾气输入管路5、尾气输出管路6和旁通管路7，其中尾气输入管路5通过三通阀18连接换热管9的进口，换热管9的出口连接尾气输出管路6，旁通管路7一端连接三通阀18、另一端连接尾气输出管路6。尾气输入管路5上设有一体式温湿度传感器20，来检测输入的尾气的温度和湿度，尾气输出管路6上设有背压阀19。尾气输入管路5用于连接电堆的尾气系统，三通阀18具体为电控三通阀18，通过调节三通阀18相对旁通管路7的开度，可以调节尾气输入管路5输入至换热管9内的尾气流量。当然，在其他实施例中，本公开的换热管9流通的热源还可来自燃料电池系统其他的热源(如电堆的热管理系统)或者燃料电池系统之外的热源(如锅炉、热电联等)。

上述燃料电池的空气供应管路系统可为分布式储能燃料电池系统的电堆分配稳定空气，外部环境中的空气空气过滤器13后进入空气管路2，空气被空压机15压缩后升温并进入缓冲罐1内，高温空气由下往上运动依次经过喷淋装置10，空气经过喷淋装置10喷淋降温后由空气出口12进入电堆。这样上述燃料电池的空气供应管路系统可为分布式储能燃料电池系统的电堆分配稳定空气，避免使用中冷器和加湿器，减小管路流阻，减少能耗。

在外部空气由空气管路2输入缓冲罐1内后，尾气管路对换热管9内输入尾气，水泵17向喷淋装置10抽水。尾气在通过换热管9时会升高换热管9的外部温度，进而来提升空气温度、降低空气湿度。并且喷淋装置10的雾化水会直接增加空气湿度、降低空气温度，同时，喷淋装置10的雾状水在增湿空气并下落的过程中会在换热管9外表面形成水膜，经过换热管9的蒸发，形成水蒸汽，完成二次增湿的过程。

并且在上述燃料电池的空气供应管路系统的基础上，本实用新型的实施例还提供了一种燃料电池的控温增湿净化缓冲罐1，该缓冲罐即为上述的燃料电池的供应管路系统中的缓冲罐。

另外，在实际应用时，可以通过该燃料电池的控温增湿净化缓冲罐1对上述燃料电池的空气供应管路系统向电动输入空气的温湿度进行调节，具体如下：

首先通过空气管路2对缓冲罐1内输入设定流速的空气。具体的，根据电堆工作所需的适宜空气浓度，通过流量计14检测空气管路2的流量，通过控制空压机15的转速来控制空气管路2的流量，进而对缓冲罐1内输入设定流速的空气，预定流速根据电堆工作所需的适宜空气浓度来确定。

通过调节水泵17的泵速来调节喷淋装置10的喷水量，或通过调节三通阀18相对旁通管路7的开度来调整进入换热管9内的尾气流量，从而调节换热管9的蒸发温度来调节蒸发量。

在电堆工作开始工作时，由于空气管路2中的空气经由空压机15压缩后会形成高温空气，空气温度高于电堆工作所需的适宜空气温度，并且外部环境中的空气湿度会低于电堆工作所需的适宜空气湿度，因此需要对输入缓冲罐1内的空气进行温度和湿度调节。

在高温空气进入缓冲罐1内后由下往上运动依次经过换热管9、喷淋装置10和阻水装置11。通过调节水泵17的泵速来调节喷淋装置10的喷水量可以同时对空气的温度和湿度进行调节。如通过增大水泵17的泵速来增大喷淋装置10的喷水量，来对流过的空气进行降温。并且喷淋装置10雾化水会直接增加空气湿度，随着水泵17的泵速增大，会增加空气湿度。

并且可以通过调节三通阀18相对旁通管路7的开度来同时对空气的温度和湿度进行调节。如通过调大进入换热管9内的尾气流量，可提高换热管9的蒸发温度来调大蒸发量，使空气温度升高和湿度降低。

此外，在电堆工作过程中，还可以通过温度传感器和湿度传感器实时监测输入电堆的空气的温度和湿度，在空气的温度和湿度超出电堆工作所需的适宜温度和湿度范围时，可单独控制水泵17的泵速来进行调节，也可以单独控制三通阀18相对旁通管路7的开度来进行调节，也可以同时控制水泵17的泵速和三通阀18相对旁通管路7的开度来进行调节。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于，包括：

缓冲罐，其内部设有盛水槽和喷淋装置，其中，所述喷淋装置位于所述盛水槽上方，所述缓冲罐顶部设有用于连接电堆的空气出口，所述缓冲罐的侧壁设有空气进口；

空气管路，其连通所述空气进口，所述空气管路上设有空压机以将空气输入至所述缓冲罐内；

以及加湿管路，其连通所述盛水槽和所述喷淋装置，所述加湿管路上设有水泵。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于：所述缓冲罐内靠近所述空气出口设有阻水装置，所述阻水装置设于所述喷淋装置的上方。

3.如权利要求2所述的一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于：所述阻水装置为高分子材料网状栅格。

4.如权利要求1所述的一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于：所述空气管路上还设有空气过滤器、流量计、阀件中的一个或多个；和/或，

所述空气出口设有温度传感器、湿度传感器、压力传感器中的一个或多个；和/或，

所述缓冲罐的侧壁设有补水管路，所述补水管路与所述盛水槽连通；和/或，

所述盛水槽设有液位计；和/或，

所述加湿管路集成于所述缓冲罐；和/或，

所述空气管路集成于所述缓冲罐。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于：所述缓冲罐的内部还设有换热管，所述换热管设于所述空气进口和所述喷淋装置之间。

6.如权利要求5所述的一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于：所述换热管与所述电堆的尾气管路连通，以将所述电堆的尾气输入至所述换热管。

7.如权利要求6所述的一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于：所述尾气管路包括尾气输入管路、尾气输出管路和旁通管路；其中，所述尾气输入管路通过三通阀连通所述换热管的进口，所述换热管的出口连通所述尾气输出管路，所述旁通管路一端连通所述三通阀、另一端连通所述尾气输出管路。

8.如权利要求5所述的一种燃料电池的空气供应管路系统，其特征在于：所述换热管为盘管。

9.一种燃料电池的控温增湿净化缓冲罐，其特征在于：其为如权利要求1～8任意一项所述的燃料电池的空气供应管路系统中的所述缓冲罐。

10.如权利要求9所述的一种燃料电池的控温增湿净化缓冲罐，其特征在于：所述缓冲罐为金属缓冲罐。