CN220155576U - 一种燃料电池集成式电堆端板结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种燃料电池集成式电堆端板结构,包括:电堆、电堆端板;所述电堆端板包括燃料控制管理功能区和氧化剂控制管理功能区;所述氧化剂控制管理功能区包括:氧化剂增湿机构、氧化剂换热区域;所述氧化剂换热区域设有中冷器,用于给进入氧化剂换热区域的氧气降温;所述氧化剂增湿机构用于给进入氧化剂换热区域的氧化剂进行增湿;所述氧化剂换热区域与电堆连通,能将降温、增湿后的氧化剂送入电堆中。本实用新型将内外部的空气、氢气、冷却水路集成在一起,省去了冗杂的管路,提升了整个系统的集成度;通过合理利用电堆端板流体进出口之间的空间将系统必要的辅助零件高度集成化,有利于提高系统整体的能量密度。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢燃料电池技术领域,特别涉及一种燃料电池集成式电堆端板结构。
背景技术
在氢燃料电池系统中,电堆组的工作需要输入空气、氢气和冷却液,同时排出未反应完全的废气,需要使用冗杂的管路。为了更加适应电堆反应条件需要对进入堆内的氧化剂及燃料进行压力、温度及湿度控制,然而现有的电堆组装置并未对上述因素进行研究,针对上述问题,本专利对电堆进出的氧化剂、燃料及冷却液管理进行全新集成设计。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题,本实用新型提供一种燃料电池集成式电堆端板结构。
为了实现上述目的,本实用新型技术方案如下:
一种燃料电池集成式电堆端板结构,包括:电堆、电堆端板;所述电堆端板包括燃料控制管理功能区和氧化剂控制管理功能区;
所述氧化剂控制管理功能区包括:氧化剂增湿机构、氧化剂换热区域;所述氧化剂换热区域设有中冷器,用于给进入氧化剂换热区域的氧气降温;所述氧化剂增湿机构用于给进入氧化剂换热区域的氧化剂进行增湿;所述氧化剂换热区域与电堆连通,能将降温、增湿后的氧化剂送入电堆中;
所述燃料控制管理功能区包括燃料压力调节阀、循环燃料缓冲腔、循环燃料引射单元、燃料汽水分离器区域、燃料换热区域;
所述燃料换热区域用于对送入的燃料进行加热;所述燃料换热区域经燃料压力调节阀与循环燃料引射单元连通,将加热后的燃料经过燃料压力调节阀调整为引射需求的压力送入循环燃料引射单元;
所述燃料汽水分离器区域分别与循环燃料缓冲腔、电堆连通,该燃料汽水分离器区域用于分离电堆送出的未反应完全燃料,分离后送入循环燃料缓冲腔中;
所述循环燃料引射单元还分别与循环燃料缓冲腔、电堆连通,将循环燃料缓冲腔中已经经过燃料汽水分离器区域分水后的燃料进行混合后送入电堆内部。
优选的,所述电堆端板上还开设有端板燃料入口、端板氧化剂出口、端板冷却水出口、端板氧化剂入口、端板冷却液入口、端板废气出口;所述端板燃料入口、端板氧化剂出口、端板冷却水出口开设在电堆端板一端,所述端板冷却液入口开设在电堆端板另一端,所述端板氧化剂入口、端板废气出口开设在电堆端板下端。
优选的,所述氧化剂换热区域一端设有中冷器冷却液出口,另一端设有中冷器冷却液进口;所述中冷器冷却液进口与端板冷却液入口连通;所述冷器冷却液出口还与端板冷却水出口连通;所述氧化剂换热区域还与端板氧化剂入口连通;该端板氧化剂入口处还设有氧化剂进出截止阀动力单元。
优选的,所述氧化剂增湿机构包括氧化剂增湿液主管、氧化剂增湿液雾化喷嘴、氧化剂增湿液备用进口、氧化剂增湿液压力开关单元;所述氧化剂增湿液主管一端与端板冷却液入口连通;所述氧化剂增湿液雾化喷嘴安装在氧化剂增湿液主管上,所述氧化剂增湿液雾化喷嘴与氧化剂换热区域连通;所述氧化剂增湿液备用进口开设在氧化剂增湿液主管上,用于添加外部增湿液;所述增湿液压力开关单元用于平衡增湿液与氧化剂的压力差以便于进入氧化剂增湿液主管。
优选的,所述燃料控制管理功能区还包括燃料进口、燃料进口开关阀、燃料排水阀;所述燃料进口设置在端板燃料入口处,该燃料进口经燃料进口开关阀与燃料换热区域连通;所述燃料排水阀与燃料汽水分离器区域连通。
优选的,所述电堆上还设有电堆燃料入口、电堆冷却液入口、电堆废气出口、电堆氧化剂入口、电堆燃料出口;所述电堆燃料入口与循环燃料引射单元连通;所述电堆冷却液入口与端板冷却液入口连通;所述电堆废气出口与端板废气出口连通;所述电堆氧化剂入口与端板氧化剂出口连通;所述电堆燃料出口与燃料汽水分离器区域连通。
采用本实用新型的技术方案,具有以下有益效果:
1、将内外部的空气、氢气、冷却水路集成在一起,省去了冗杂的管路,提升了整个系统的集成度;
2、通过合理利用电堆端板流体进出口之间的空间将系统必要的辅助零件高度集成化,有利于提高系统整体的能量密度;
3、减少了各部分流体分接头,减少泄露风险点,增加系统自动化生产可行性;
4、氧化剂增湿由物理固定增湿方式改为可控增湿方式,有利于提高系统效率;
5、氧化剂、燃料及冷却液集成在高导热材料腔体内,有利于提高系统热管理效率;
6、燃料热交换区域给燃料加热有利于提高堆内反应效率。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图;
图2为本实用新型燃料控制管理功能区和氧化剂控制管理功能区示意图;
图3为本实用新型氧化剂控制管理功能区结构示意图;
图4为本实用新型燃料控制管理功能区结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述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,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,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”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”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“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。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,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,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之
“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1至图4,本实用新型提供一种燃料电池集成式电堆端板,包括:电堆2、电堆端板1;所述电堆端板1包括燃料控制管理功能区13和氧化剂控制管理功能区14;
所述氧化剂控制管理功能区14包括:氧化剂增湿机构、氧化剂换热区域21;所述氧化剂换热区域21设有中冷器,用于给进入氧化剂换热区域的氧气降温;所述氧化剂增湿机构用于给进入氧化剂换热区域21的氧化剂进行增湿;所述氧化剂换热区域21与电堆2连通,能将降温、增湿后的氧化剂送入电堆2中;
所述燃料控制管理功能区13包括燃料压力调节阀25、循环燃料缓冲腔26、循环燃料引射单元27、燃料汽水分离器区域30、燃料换热区域31;
所述燃料换热区域31用于对送入的燃料进行加热;所述燃料换热区域31经燃料压力调节阀25与循环燃料引射单元27连通,将加热后的燃料经过燃料压力调节阀25调整为引射需求的压力送入循环燃料引射单元27;
所述燃料汽水分离器区域30分别与循环燃料缓冲腔26、电堆2连通,该燃料汽水分离器区域30用于分离电堆送出的未反应完全燃料,分离后送入循环燃料缓冲腔26中;
所述循环燃料引射单元27还分别与循环燃料缓冲腔26、电堆2连通,将循环燃料缓冲腔26中已经经过燃料汽水分离器区域30分水后的燃料进行混合后送入电堆2内部。
进一步的,所述电堆端板1上还开设有端板燃料入口11、端板氧化剂出口10、端板冷却水出口9、端板氧化剂入口8、端板冷却液入口7、端板废气出口6;所述端板燃料入口11、端板氧化剂出口10、端板冷却水出口9开设在电堆端板1一端,且并排设置;所述端板冷却液入口7开设在电堆端板1另一端,所述端板氧化剂入口8、端板废气出口6开设在电堆端板下端。
进一步的,所述氧化剂换热区域21一端设有中冷器冷却液出口22,另一端设有中冷器冷却液进口19;所述中冷器冷却液进口19与端板冷却液入口7连通;所述冷器冷却液出口22还与端板冷却水出口9连通;所述氧化剂换热区域21还与端板氧化剂入口8连通;该端板氧化剂入口8处还设有氧化剂进出截止阀动力单元20,且安装在端板氧化剂入口8与端板废气出口6之间。
进一步的,所述氧化剂增湿机构包括氧化剂增湿液主管15、氧化剂增湿液雾化喷嘴16、氧化剂增湿液备用进口17、氧化剂增湿液压力开关单元18;所述氧化剂增湿液主管15一端与端板冷却液入口7连通;所述氧化剂增湿液雾化喷嘴16安装在氧化剂增湿液主管15上,所述氧化剂增湿液雾化喷嘴16与氧化剂换热区域21连通;所述氧化剂增湿液备用进口17开设在氧化剂增湿液主管15上,用于添加外部增湿液;所述增湿液压力开关单元18用于平衡增湿液与氧化剂的压力差以便于进入氧化剂增湿液主管15。
进一步的,所述燃料控制管理功能区13还包括燃料进口23、燃料进口开关阀24、燃料排水阀28;所述燃料进口23设置在端板燃料入口11处,该燃料进口23经燃料进口开关阀24与燃料换热区域31连通;所述燃料排水阀28与燃料汽水分离器区域30连通。
进一步的,所述电堆2上还设有电堆燃料入口3、电堆冷却液入口4、电堆废气出口5、电堆氧化剂入口12、电堆燃料出口29;所述电堆燃料出口3与循环燃料引射单元27连通;所述电堆冷却液入口4与端板冷却液入口7连通;所述电堆废气出口5与端板废气出口6连通;所述电堆氧化剂入口12与端板氧化剂出口10连通;所述电堆燃料出口29与燃料汽水分离器区域30连通。
本实用新型工作原理如下:
系统反应所需氧化剂通过端板氧化剂入口8经过氧化剂进出截止阀动力单元20控制进入电堆端板1内的氧化剂换热区域21,在氧化剂换热区域21内进行降温,降到合适的温度然后进入电堆2内进行反应。电堆2内反应后的废气经过氧化剂进出截止阀动力单元20开关动作排出系统外部。氧化剂换热区域21内部换热冷却液由端板冷却液入口7提供经过中冷器冷却液进口19进入中冷器,换热后冷却液经过中冷器冷却液出口22汇入端板冷却液出口9输出到系统外部循环。同时进入堆内的氧化剂还是要特定的湿度,氧化剂增湿液由端板冷却液入口7经过增湿液压力开关单元18控制通断及补充额外的压力平衡增湿液与氧化剂的压力差以便于进入氧化剂增湿液主管15顺利通过氧化剂增湿液雾化喷嘴16将增湿液雾化以便于给氧化剂增湿。如若系统内部冷却液非纯水时则通过氧化剂增湿液备用进口17添加外部增湿液,通过压力的变化来控制增湿液进入氧化剂换热区域21的流量,以达到控制氧化剂进堆的湿度从电堆氧化剂入口12进入堆内反应。
系统反应所需燃料从端板燃料入口11进入,由燃料进口开关阀24控制燃料通断,燃料进入燃料换热区域31进行加热,该区域热交换热量来自于中冷器,加热后的燃料经过燃料压力调节阀25调整为还是引射器引射需求的压力进入循环燃料引射单元27,循环燃料引射单元27将循环燃料缓冲腔26中已经经过燃料汽水分离器区域30分水后的燃料进行混合然后进入电堆内部;未反应完全的燃料经过电堆燃料出口29进入端板的燃料汽水分离器区域30进行气、液分离,分离后的燃料进入循环燃料缓冲腔26进行下一次循环,分离出来的液体通过燃料排水阀28排放到系统外部。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是在本实用新型的实用新型构思下,利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种燃料电池集成式电堆端板结构,其特征在于,包括:电堆(2)、电堆端板(1);所述电堆端板(1)包括燃料控制管理功能区(13)和氧化剂控制管理功能区(14);
所述氧化剂控制管理功能区(14)包括:氧化剂增湿机构、氧化剂换热区域(21);所述氧化剂换热区域(21)设有中冷器,用于给进入氧化剂换热区域的氧气降温;所述氧化剂增湿机构用于给进入氧化剂换热区域(21)的氧化剂进行增湿;所述氧化剂换热区域(21)与电堆(2)连通,能将降温、增湿后的氧化剂送入电堆(2)中;
所述燃料控制管理功能区(13)包括燃料压力调节阀(25)、循环燃料缓冲腔(26)、循环燃料引射单元(27)、燃料汽水分离器区域(30)、燃料换热区域(31);
所述燃料换热区域(31)用于对送入的燃料进行加热;所述燃料换热区域(31)经燃料压力调节阀(25)与循环燃料引射单元(27)连通,将加热后的燃料经过燃料压力调节阀(25)调整为引射需求的压力送入循环燃料引射单元(27);
所述燃料汽水分离器区域(30)分别与循环燃料缓冲腔(26)、电堆(2)连通,该燃料汽水分离器区域(30)用于分离电堆送出的未反应完全燃料,分离后送入循环燃料缓冲腔(26)中;
所述循环燃料引射单元(27)还分别与循环燃料缓冲腔(26)、电堆(2)连通,将循环燃料缓冲腔(26)中已经经过燃料汽水分离器区域(30)分水后的燃料进行混合后送入电堆(2)内部。
2.根据权利要求1所述的燃料电池集成式电堆端板结构,其特征在于,所述电堆端板(1)上还开设有端板燃料入口(11)、端板氧化剂出口(10)、端板冷却水出口(9)、端板氧化剂入口(8)、端板冷却液入口(7)、端板废气出口(6);所述端板燃料入口(11)、端板氧化剂出口(10)、端板冷却水出口(9)开设在电堆端板(1)一端,所述端板冷却液入口(7)开设在电堆端板(1)另一端,所述端板氧化剂入口(8)、端板废气出口(6)开设在电堆端板下端。
3.根据权利要求2所述的燃料电池集成式电堆端板结构,其特征在于,所述氧化剂换热区域(21)一端设有中冷器冷却液出口(22),另一端设有中冷器冷却液进口(19);所述中冷器冷却液进口(19)与端板冷却液入口(7)连通;所述冷器冷却液出口(22)还与端板冷却水出口(9)连通;所述氧化剂换热区域(21)还与端板氧化剂入口(8)连通;该端板氧化剂入口(8)处还设有氧化剂进出截止阀动力单元(20)。
4.根据权利要求1所述的燃料电池集成式电堆端板结构,其特征在于,所述氧化剂增湿机构包括氧化剂增湿液主管(15)、氧化剂增湿液雾化喷嘴(16)、氧化剂增湿液备用进口(17)、氧化剂增湿液压力开关单元(18);所述氧化剂增湿液主管(15)一端与端板冷却液入口(7)连通;所述氧化剂增湿液雾化喷嘴(16)安装在氧化剂增湿液主管(15)上,所述氧化剂增湿液雾化喷嘴(16)与氧化剂换热区域(21)连通;所述氧化剂增湿液备用进口(17)开设在氧化剂增湿液主管(15)上,用于添加外部增湿液;所述增湿液压力开关单元(18)用于平衡增湿液与氧化剂的压力差以便于进入氧化剂增湿液主管(15)。
5.根据权利要求2所述的燃料电池集成式电堆端板结构,其特征在于,所述燃料控制管理功能区(13)还包括燃料进口(23)、燃料进口开关阀(24)、燃料排水阀(28);所述燃料进口(23)设置在端板燃料入口(11)处,该燃料进口(23)经燃料进口开关阀(24)与燃料换热区域(31)连通;所述燃料排水阀(28)与燃料汽水分离器区域(30)连通。
6.根据权利要求5所述的燃料电池集成式电堆端板结构,其特征在于,所述电堆(2)上还设有电堆燃料入口(3)、电堆冷却液入口(4)、电堆废气出口(5)、电堆氧化剂入口(12)、电堆燃料出口(29);所述电堆燃料入口(3)与循环燃料引射单元(27)连通;所述电堆冷却液入口(4)与端板冷却液入口(7)连通;所述电堆废气出口(5)与端板废气出口(6)连通;所述电堆氧化剂入口(12)与端板氧化剂出口(10)连通;所述电堆燃料出口(29)与燃料汽水分离器区域(30)连通。
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