CN219658754U - 吹扫系统及燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种吹扫系统及燃料电池系统，涉及燃料电池技术领域。该吹扫系统包括空压机、电堆壳体、吹扫进气管和气体冷却器，空压机设有用于输出轴承冷却气的输出口；电堆壳体具有用于容纳电堆的腔室，且腔室设有进气口和排气口；吹扫进气管的一端与输出口连通，另一端与进气口连通；吹扫进气管穿过气体冷却器，气体冷却器用于冷却吹扫进气管内的气体温度。本实用新型提供的吹扫系统解决了现有技术中存在的空压机功耗大，燃料电池系统效率低的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种吹扫系统及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统中的核心部件是电堆，电堆是由多个单电池通过堆叠和压装组成的。
电堆的封装结构是多片单电池通过密封圈密封，市面上的电堆均存在外泄漏的问题，包括阴极侧的湿空气混合气、阳极侧湿氢气混合气和冷却侧的微量冷却液等流体泄漏；针对该泄漏的问题，电堆外壳需要预留通风口，以供泄漏物质排出。
传统的燃料电池将空压机压缩后的空气引入电堆外壳内，对外壳进行吹扫，避免泄漏物质的聚集；该种吹扫方式需要使用空压机的压缩气体，增大了空压机的功耗，降低了整个燃料电池系统的效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种吹扫系统及燃料电池系统，以缓解现有技术中存在的空压机功耗大，燃料电池系统效率低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：
第一方面，本实用新型提供的吹扫系统包括：
空压机，所述空压机设有用于输出轴承冷却气的输出口；
电堆壳体，所述电堆壳体具有用于容纳电堆的腔室，且所述腔室设有进气口和排气口；
吹扫进气管，所述吹扫进气管的一端与所述输出口连通，另一端与所述进气口连通；
气体冷却器，所述吹扫进气管穿过所述气体冷却器，所述气体冷却器用于冷却所述吹扫进气管内的气体温度。
更进一步地，所述吹扫系统还包括吹扫出气管，所述吹扫出气管与所述排气口连通。
更进一步地，所述气体冷却器包括：
冷却液进口；
冷却液出口；
冷却腔室，所述冷却液出口和所述冷却液进口均与所述冷却腔室连通，所述吹扫进气管穿过所述冷却腔室。
更进一步地，所述吹扫系统包括：
中冷器，所述中冷器分别与所述空压机的燃料输出口和所述电堆壳体内的所述电堆流体连通；
加湿器，所述加湿器分别与所述中冷器和所述电堆流体连通。
更进一步地，所述吹扫系统还包括尾排管，所述排气口与所述尾排管流体连通；
所述电堆具有阴极进气口和阴极出气口，所述加湿器具有第一通道和第二通道；
所述第一通道的进口与所述中冷器流体连通，所述第一通道的出口与所述阴极进气口流体连通；
所述第二通道的进口与所述阴极出气口流体连通，所述第二通道的出口与所述尾排管流体连通。
更进一步地，所述尾排管安装有消音器，所述消音器用于降低所述尾排管产生的噪音。
更进一步地，所述吹扫系统还包括空气过滤器，所述空气过滤器安装于所述空压机的输入端。
更进一步地，所述电堆包括多个单电池，多个单电池依次堆叠且相互串联。
更进一步地，所述电堆还包括密封圈，多个所述单电池安装于所述密封圈内。
第二方面，本实用新型提供的燃料电池系统包括如上述任一项所述的吹扫系统。
综合上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果分析如下：
本实用新型提供的吹扫系统包括空压机、电堆壳体、吹扫进气管和气体冷却器，空压机设有用于输出轴承冷却气的输出口；电堆壳体具有用于容纳电堆的腔室，且腔室设有进气口和排气口；吹扫进气管的一端与输出口连通，另一端与进气口连通；吹扫进气管穿过气体冷却器，气体冷却器用于冷却吹扫进气管内的气体温度。空压机轴承冷却气自输出口流入吹扫进气管，流经吹扫进气管后自进气口进入电堆壳体，对电堆壳体进行吹扫，避免电堆壳体内泄漏物质的聚集，且自电堆壳体的排气口流出。空压机轴承冷却气流量大，可以满足对电堆壳体的吹扫，即可以稀释和排除电堆壳体内的泄漏物质，有效地降低了电堆壳体中泄漏物质的浓度，保证了燃料电池系统的安全性。气体冷却器对吹扫进气管进行冷却，以使流过吹扫进气管的气体温度满足对电堆壳体进行吹扫的温度要求。利用空压机轴承冷却废气对电堆壳体进行吹扫，在满足对电堆壳体的吹扫的同时，降低了空压机功率消耗，提高了燃料电池系统的效率。
其中，空压机的轴承冷却气是指为了对空压机的轴承进行冷却的气体；空压机在运转时，轴承高速旋转与空气摩擦产生大量的热量，为了降低空压机的运行温度，通常在空压机内设置轴承冷却系统；轴承冷却系统包括冷却空间、进气管道和出气管道，冷却空间设于空压机内部，且围设于轴承外周，进气管道和出气管道分别与冷却空间导通，外接气源依次通过进气管道、冷却空间和出气管道。本实施例中，吹扫进气管与出气管道的输出口连通。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。
图1为本实用新型实施例提供的吹扫系统的示意图一；
图2为本实用新型实施例提供的吹扫系统的示意图二。
图标：
110-空压机；120-电堆壳体；121-电堆；130-吹扫进气管；140-吹扫出气管；150-气体冷却器；151-冷却液进口；152-冷却液出口；160-中冷器；170-加湿器；180-尾排管；181-消音器；190-空气过滤器。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
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定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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实用新型中的具体含义。
下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
电堆的封装结构是多片单电池通过密封圈密封，市面上的电堆均存在外泄漏的问题；针对该泄漏的问题，电堆外壳需要预留通风口，以供泄漏物质排出。传统的燃料电池将空压机压缩后的空气引入电堆外壳内，对电堆外壳进行吹扫，避免泄漏物质的聚集；由于电堆外壳吹扫气体流量占到空压机压缩气体总流量的约5％，空压机为燃料电池系统中的最大功耗部件，以燃料电池系统输出110KW为例，此时空压机功耗约为20KW，则电堆壳体吹扫气通风所需的功耗为1KW。该种吹扫方式虽然实现了电堆外壳的吹扫，但是增大了空压机的功耗，降低了整个燃料电池系统的效率。
有鉴于此，本实用新型实施例提供的吹扫系统包括空压机110、电堆壳体120和吹扫进气管130，空压机110设有用于输出轴承冷却气的输出口；电堆壳体120设有进气口和排气口；吹扫进气管130的一端与输出口连通，另一端与进气口连通。空压机110的轴承冷却气自输出口流入吹扫进气管130，流经吹扫进气管130后自进气口进入电堆壳体120，对电堆壳体120进行吹扫，避免电堆壳体120内泄漏物质的聚集，且自电堆壳体120的排气口流出。电堆壳体120需要约5％的吹扫气，空压机110的轴承需要约5％的冷却气，空压机110的轴承冷却气流量足够大，可以满足对电堆壳体120的吹扫，即可以稀释和排除电堆壳体120内的泄漏物质，有效地降低了电堆壳体120中泄漏物质的浓度，保证了燃料电池系统的安全性。利用空压机110的轴承冷却废气对电堆壳体120进行吹扫，在满足对电堆壳体120的吹扫的同时，降低了空压机110功率消耗，提高了燃料电池系统的效率。
其中，空压机110的轴承冷却气是指为了对空压机110的轴承进行冷却的气体；空压机110在运转时，轴承高速旋转与空气摩擦产生大量的热量，为了降低空压机110的运行温度，通常在空压机110内设置轴承冷却系统；轴承冷却系统包括冷却空间、进气管道和出气管道，冷却空间设于空压机110内部，且围设于轴承外周，进气管道和出气管道分别与冷却空间导通，外接气源依次通过进气管道、冷却空间和出气管道。本实施例中，吹扫进气管130与出气管道的输出口连通。
以下对吹扫系统的结构进行详细说明：
本实用新型实施例的可选方案中，吹扫系统还包括吹扫出气管140，吹扫出气管140与排气口连通。
具体地，请参见图1和图2，吹扫出气管140的一端与电堆壳体120的排气口连通，另一端与尾排管180连通，实现将废气定向输送至尾排管180内后进行统一处理。
吹扫出气管140与排气口连通，将经过电堆壳体120的气体定向排出，实现燃料电池系统的废气统一处理。
本实用新型实施例的可选方案中，吹扫系统包括流量控制阀，流量控制阀分别与吹扫进气管130和电堆壳体120连通。
具体地，本实施例中，流量控制阀安装于所述吹扫进气管130的出口，即当流量控制阀开启时，吹扫进气管130将气体输送至电堆壳体120内。较为优选地，流量控制阀采用电磁阀。
流量控制阀用于调节吹扫进气管130输入电堆壳体120的气体流量，以控制对电堆壳体120内部的吹扫或停止。
本实用新型实施例的可选方案中，吹扫系统还包括气体冷却器150，吹扫进气管130穿过气体冷却器150，气体冷却器150用于冷却吹扫进气管130内的气体温度。
具体地，由于电堆壳体120吹扫对进气温度有要求，通常不高于100℃。请参见图1，若空压机110的轴承冷却气输出时温度低于100℃，则不需要设置气体冷却器150；请参见图2，若空压机110的轴承冷却气输出时温度高于100℃，则需要设置气体冷却器150。
气体冷却器150对吹扫进气管130进行冷却，以使流过吹扫进气管130的气体温度满足对电堆壳体120进行吹扫的温度要求。
作为另一种实施方式，延长吹扫进气管130，使流经吹扫进气管130的气体冷却。
本实用新型实施例的可选方案中，吹扫进气管130设有温度传感器。
具体地，气体冷却器150包括控制模块，温度传感器与控制模块信号连接；即当温度传感器识别到吹扫进气管130内气体温度高于100℃时，控制模块控制气体冷却器150运行，对吹扫进气管130内的气体进行冷却；当温度传感器识别到吹扫进气管130内气体温度低于100℃时，控制模块控制气体冷却器150关闭。当然，控制模块可将额定温度设置为其他数值，例如90℃、95℃或99℃等，以确保流入电堆壳体120内的气体温度满足要求。
温度传感器对吹扫进气管130内的气体温度进行监测，以免输入至电堆壳体120内的气体温度过高。
本实用新型实施例的可选方案中，气体冷却器150包括冷却液进口151、冷却液出口152和冷却腔室，冷却液出口152和冷却液进口151均与冷却腔室连通，吹扫进气管130穿过冷却腔室。
具体地，冷却液自冷却液进口151流入冷却腔室，流经冷却腔室后自冷却液出口152流出。
吹扫进气管130穿过冷却腔室，实现气体冷却器150对吹扫进气管130的冷却。
本实用新型实施例的可选方案中，吹扫系统包括中冷器160和加湿器170，中冷器160分别与空压机110的燃料输出口和电堆壳体120内的电堆121流体连通；加湿器170分别与中冷器160和电堆121流体连通。
具体地，请参见图1和图2，空压机110输出的燃料反应气体流经中冷器160和加湿器170后，流入电堆壳体120内的电堆121进行反应。
中冷器160用来降低空压机110输入至电堆121的反应气体的温度。加湿器170用来使空压机110输入至电堆121的反应气体湿润。
本实用新型实施例的可选方案中，吹扫系统还包括尾排管180，排气口与尾排管180流体连通；电堆121具有阴极进气口和阴极出气口，加湿器170具有第一通道和第二通道；第一通道的进口与中冷器160流体连通，第一通道的出口与阴极进气口流体连通；第二通道的进口与阴极出气口流体连通，第二通道的出口与尾排管180流体连通。
具体地，空压机110的燃料输出口向中冷器160内输入燃料反应气体，燃料反应气经过中冷器160和加湿器170的第一通道后流入阴极进气口，进行反应。反应后的流体经阴极出气口输送至加湿器170的第二通道。加湿器170具有第一通道和第二通道，实现对反应前的反应气体和反应后的气体进行加湿。更进一步地，请参见图1和图2，经过电堆121反应后的气体流入加湿器170的第二通道，且经过第二通道后流入尾排管180。
尾排管180分别与第二通道和排气口流体连通，则反应后气体和冷却废气均流入尾排管180，实现燃料电池系统可统一对废气进行处理，提高效率。
本实用新型实施例的可选方案中，尾排管180安装有消音器181，消音器181用于降低尾排管180产生的噪音。
具体地，请参见图1和图2，消音器181安装于吹扫出气管140和尾排管180的连接处的下游侧，提高消音器181的效率。
本实用新型实施例的可选方案中，吹扫系统还包括空气过滤器190，空气过滤器190安装于空压机110的输入端。
具体地，空气过滤器190内安装有过滤元件，过滤元件包括物理过滤层和化学过滤层。物理过滤层包括无纺布过滤层和玻璃纤维纸质过滤层；化学过滤层包括第一吸附层、第二吸附层、第三吸附层和高效粉尘过滤层，第一吸附层吸附空气中的一氧化碳、二氧化碳，第二吸附层吸附空气中的二氧化硫、硫化氢，第三吸附层吸附空气中的氨气，高效粉尘过滤层用于阻挡第一吸附层、第二吸附层和第三吸附层中的颗粒材料。
空气过滤器190能有效地除去空气中的颗粒及有害气体，增加燃料电池系统的寿命。
本实用新型实施例的可选方案中，电堆121包括多个单电池，多个单电池依次堆叠且相互串联。
具体地，单电池由双极板和膜电极组成。双极板是由极板和流场组成，主要作用是气体分配、集流、导热和密封。
多个单电池以串联方式层叠组合构成输出电压满足实际负载需要的电堆121。
本实用新型实施例的可选方案中，电堆121还包括密封圈，多个单电池安装于密封圈内。
具体地，多片单电池通过密封圈密封，经前端板和后端板压紧后用螺杆紧固，构成电堆121。
密封圈对单电池进行密封，避免泄漏。
以下对吹扫系统中的气体流向进行详细说明：
空压机110内安装有轴承冷却系统，轴承冷却系统包括冷却空间、进气管道和出气管道，冷却空间设于空压机110内部，且围设于轴承外周，进气管道和出气管道分别与冷却空间导通，外接气源依次通过进气管道、冷却空间和出气管道。
吹扫系统包括空压机110、电堆壳体120和吹扫进气管130，空压机110设有用于输出轴承冷却气的输出口；电堆壳体120设有进气口和排气口；吹扫进气管130的一端与输出口连通，另一端与进气口连通。
外接气源依次通过进气管道、冷却空间、出气管道、吹扫进气管130、电堆壳体120、吹扫出气管140和尾排管180。
实施例二
本实用新型实施例提供的燃料电池系统，包括了实施例一中的吹扫系统，因此，也具备了实施例一中的一切有益效果，在此不再赘述。
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 (10)
1.一种吹扫系统，其特征在于，包括：
空压机(110)，所述空压机(110)设有用于输出轴承冷却气的输出口；
电堆壳体(120)，所述电堆壳体(120)具有用于容纳电堆(121)的腔室，且所述腔室设有进气口和排气口；
吹扫进气管(130)，所述吹扫进气管(130)的一端与所述输出口连通，另一端与所述进气口连通；
气体冷却器(150)，所述吹扫进气管(130)穿过所述气体冷却器(150)，所述气体冷却器(150)用于冷却所述吹扫进气管(130)内的气体温度。
2.根据权利要求1所述的吹扫系统，其特征在于，所述吹扫系统还包括吹扫出气管(140)，所述吹扫出气管(140)与所述排气口连通。
3.根据权利要求1所述的吹扫系统，其特征在于，所述气体冷却器(150)包括：
冷却液进口(151)；
冷却液出口(152)；
冷却腔室，所述冷却液出口(152)和所述冷却液进口(151)均与所述冷却腔室连通，所述吹扫进气管(130)穿过所述冷却腔室。
4.根据权利要求1-3任一项所述的吹扫系统，其特征在于，所述吹扫系统包括：
中冷器(160)，所述中冷器(160)分别与所述空压机(110)的燃料输出口和所述电堆壳体(120)内的所述电堆(121)流体连通；
加湿器(170)，所述加湿器(170)分别与所述中冷器(160)和所述电堆(121)流体连通。
5.根据权利要求4所述的吹扫系统，其特征在于，所述吹扫系统还包括尾排管(180)，所述排气口与所述尾排管(180)流体连通；
所述电堆(121)具有阴极进气口和阴极出气口，所述加湿器(170)具有第一通道和第二通道；
所述第一通道的进口与所述中冷器(160)流体连通，所述第一通道的出口与所述阴极进气口流体连通；
所述第二通道的进口与所述阴极出气口流体连通，所述第二通道的出口与所述尾排管(180)流体连通。
6.根据权利要求5所述的吹扫系统，其特征在于，所述尾排管(180)安装有消音器(181)，所述消音器(181)用于降低所述尾排管(180)产生的噪音。
7.根据权利要求5所述的吹扫系统，其特征在于，所述吹扫系统还包括空气过滤器(190)，所述空气过滤器(190)安装于所述空压机(110)的输入端。
8.根据权利要求5所述的吹扫系统，其特征在于，所述电堆(121)包括多个单电池，多个单电池依次堆叠且相互串联。
9.根据权利要求8所述的吹扫系统，其特征在于，所述电堆(121)还包括密封圈，多个所述单电池安装于所述密封圈内。
10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的吹扫系统。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321042473.9U CN219658754U (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 吹扫系统及燃料电池系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321042473.9U CN219658754U (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 吹扫系统及燃料电池系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN219658754U true CN219658754U (zh) | 2023-09-08 |
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Family Applications (1)
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| CN202321042473.9U Active CN219658754U (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 吹扫系统及燃料电池系统 |
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