CN220420622U - 燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池装置，包括空压部、中冷器、增湿器、电堆，空压部和中冷器连通，中冷器的流通出口和增湿器的流通入口连通，增湿器的流通出口和电堆的空气入口连通，增湿器的回流出口和中冷器的回流入口连通，中冷器的回流出口和空压部的入口连通，电堆的空气出口和增湿器的回流入口、中冷器的回流入口均连通，燃料电池装置还包括第一截止分流阀，第一截止分流阀设置在与电堆的空气出口连通的管路上且开度可调，以调节从电堆流向增湿器、中冷器的空气的比例。通过本实用新型提供的技术方案，能够解决现有技术中燃料电池无法调节电堆的空气入口空气湿度的问题。

Description

燃料电池装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池装置。

背景技术

燃料电池装置运行过程中，由空压机将空气压缩通入中冷器及增湿器后通入电堆进行电化学反应，产生电能并驱动负载使用。现有的燃料电池装置的中冷器的空气出口通常直接和增湿器的空气入口连通并对流经的空气湿度进行调节，以使得将要进入电堆的空气满足电堆的湿度要求。具体地，从电堆的空气出口回流的空气经过增湿器，并与进入增湿器的空气进行湿度交换，以降低回流的空气的湿度并增大向电堆流动的空气的湿度，达到调节进入增湿器的空气湿度的目的。

现有技术中的燃料电池装置，由于空气的流动(正向流动或者回流)均全部通过增湿器，即增湿器能够对电堆的空气入口处的湿度调节能力固定，无法适用于不同湿度要求的电堆。

实用新型内容

本实用新型提供一种燃料电池系统，以解决现有技术中的燃料电池无法调节电堆的空气入口空气湿度的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种燃料电池装置，包括空压部、中冷器、增湿器、电堆，空压部和中冷器连通，中冷器的流通出口和增湿器的流通入口连通，增湿器的流通出口和电堆的空气入口连通，增湿器的回流出口和中冷器的回流入口连通，中冷器的回流出口和空压部的入口连通，电堆的空气出口和增湿器的回流入口、中冷器的回流入口均连通，燃料电池装置还包括第一截止分流阀，第一截止分流阀设置在与电堆的空气出口连通的管路上且开度可调，以调节从电堆流向增湿器、中冷器的空气的比例。

进一步地，燃料电池装置还包括第一回流管路、第二回流管路、第一回流支路和第二回流支路，第一截止分流阀设置在第一回流管路和第一回流支路之间并和二者均连通，第二回流管路的两端分别和增湿器的回流出口、中冷器的回流入口连通，第二回流支路的两端分别和第一截止分流阀、第二回流管路连通，第一截止分流阀用于调节流经第一回流支路和第二回流支路的空气的比例。

进一步地，第二回流支路与第二回流管路的连通位置为汇流位置，燃料电池装置还包括气液分离器，气液分离器设置第二回流管路上并位于中冷器和汇流位置之间，以对流经第二回流支路、第二回流管路的回流空气进行气液分离，分离出的气相进入中冷器，分离出的液相排出。

进一步地，燃料电池装置还包括第二截止分流阀，第二截止分流阀设置在与中冷器的流通出口连通的管路上且开度可调，以调节从中冷器流向增湿器、电堆的空气的比例。

进一步地，燃料电池装置还包括第一流通管路、第二流通管路、第一流通支路和第二流通支路，第二截止分流阀设置在第一流通管路和第二流通管路之间并和二者均连通，第一流通管路、第二流通管路分别和增湿器的流通出口、电堆的空气入口连通，第一流通支路的两端分别和增湿器的流通入口、中冷器的流通出口连通，第二流通支路的两端分别和第一流通支路、第二截止分流阀连通，第二截止分流阀用于调节流经第一流通支路和第二流通支路的空气的比例。

进一步地，燃料电池装置还包括控制部，和传感器组件，传感器组件设置在空压部背离中冷器的一侧，以测量进入空压部的空气的流量和湿度，控制部，和传感器组件、第一截止分流阀、第二截止分流阀均电连接，以根据传感器组件的监测情况调节第一截止分流阀、第二截止分流阀的开度。

进一步地，燃料电池装置还包括设置在中冷器内部的气液分离器，以对回流至中冷器内的空气进行气液分离，分离出的液相通过中冷器的排出口排出。

进一步地，空压部包括顺次连接的压端涡轮、空气压缩机和涡端涡轮，压端涡轮和中冷器的流通入口连通，涡端涡轮和中冷器的回流出口连通，压端涡轮用于压缩进入的空气。

进一步地，燃料电池装置还包括空气滤清器和供气管路，供气管路和空压部的入口连通，以为空压部提供空气，空气滤清器设置在供气管路上，以对流经供气管路的空气进行过滤。

进一步地，中冷器为空空中冷器。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种燃料电池装置，包括空压部、中冷器、增湿器、电堆，空压部和中冷器连通，中冷器的流通出口和增湿器的流通入口连通，增湿器的流通出口和电堆的空气入口连通，增湿器的回流出口和中冷器的回流入口连通，中冷器的回流出口和空压部的入口连通，电堆的空气出口和增湿器的回流入口、中冷器的回流入口均连通，燃料电池装置还包括第一截止分流阀，第一截止分流阀设置在与电堆的空气出口连通的管路上且开度可调，以调节从电堆流向增湿器、中冷器的空气的比例。

采用该方案，空气进入电堆前先顺次通过空压部、中冷器和增湿器，空压部用于将空气压缩至预设压力并维持预设流量，中冷器用于降低向电堆方向流动的空气的温度，增湿器用于对向电堆方向流动的空气进行湿度调节(一般为对空气进行加湿)，之后空气进入电堆反应，反应后的空气从电堆的空气出口排出并分流，一部分空气进入增湿器并与增湿器中向电堆方向流动的空气进行湿度交换，使得回流的空气的湿度降低，从中冷器进入增湿器的空气的湿度增加，其中，进入增湿器的回流空气的量与增湿器对流向电堆的空气的增湿效果成正比，之后该部分空气回流至中冷器并与中冷器中向电堆方向流动的空气换热，使得回流的空气温度升高，从空压部进入中冷器的空气的温度降低；另一部分空气则是直接回流至中冷器并与中冷器中向电堆方向流动的空气换热，分流的两部分空气比例由第一截止分流阀控制。这样设置，通过第一截止分流阀实现对回流至增湿器内的回流空气量的控制，进而实现对增湿器内流向电堆的空气的湿度的调节控制，有利于工作人员根据电堆所需湿度空气对增湿器的增湿效果进行调节和把控，提高了燃料电池系统的适用性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例提供的燃料电池装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型的另一实施例提供的燃料电池装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、空压部；11、压端涡轮；12、空气压缩机；13、涡端涡轮；

20、中冷器；

30、增湿器；

40、电堆；

51、第一截止分流阀；52、第二截止分流阀；

61、第一回流管路；62、第二回流管路；63、第一回流支路；64、第二回流支路；65、第一流通管路；66、第二流通管路；67、第一流通支路；68、第二流通支路；69、供气管路；

70、气液分离器；

81、传感器组件；

90、空气滤清器。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。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。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种燃料电池装置，包括空压部10、中冷器20、增湿器30、电堆40，空压部10和中冷器20连通，中冷器20的流通出口和增湿器30的流通入口连通，增湿器30的流通出口和电堆40的空气入口连通，增湿器30的回流出口和中冷器20的回流入口连通，中冷器20的回流出口和空压部10的入口连通，电堆40的空气出口和增湿器30的回流入口、中冷器20的回流入口均连通，燃料电池装置还包括第一截止分流阀51，第一截止分流阀51设置在与电堆40的空气出口连通的管路上且开度可调，以调节从电堆40流向增湿器30、中冷器20的空气的比例。

在本实施例中，空气进入电堆40前先顺次通过空压部10、中冷器20和增湿器30，空压部10用于将空气压缩至预设压力并维持预设流量，中冷器20用于降低向电堆40方向流动的空气的温度，增湿器30用于对向电堆40方向流动的空气进行湿度调节(一般为对空气进行加湿)，之后空气进入电堆40反应，反应后的空气从电堆40的空气出口排出并分流，一部分空气进入增湿器30并与增湿器30中向电堆40方向流动的空气进行湿度交换，使得回流的空气的湿度降低，从中冷器20进入增湿器30的空气的湿度增加，其中，进入增湿器30的回流空气的量与增湿器30对流向电堆40的空气的增湿效果成正比，之后该部分空气回流至中冷器20并与中冷器20中向电堆40方向流动的空气换热，使得回流的空气温度升高，从空压部10进入中冷器20的空气的温度降低；另一部分空气则是直接回流至中冷器20并与中冷器20中向电堆40方向流动的空气换热，分流的两部分空气比例由第一截止分流阀51控制。这样设置，通过第一截止分流阀51实现对回流至增湿器30内的回流空气量的控制，进而实现对增湿器30内流向电堆40的空气的湿度的调节控制，有利于工作人员根据电堆40所需湿度空气对增湿器30的增湿效果进行调节和把控，提高了燃料电池系统的适用性。

具体地，燃料电池装置还包括第一回流管路61、第二回流管路62、第一回流支路63和第二回流支路64，第一截止分流阀51设置在第一回流管路61和第一回流支路63之间并和二者均连通，第二回流管路62的两端分别和增湿器30的回流出口、中冷器20的回流入口连通，第二回流支路64的两端分别和第一截止分流阀51、第二回流管路62连通，第一截止分流阀51用于调节流经第一回流支路63和第二回流支路64的空气的比例。

在本实施例中，对第一截止分流阀51的位置进行了限定，使其设置在了电堆40的空气出口与增湿器30的回流入口连通的管路上(即位于第一回流支路63和第一回流管路61之间)，通过第一截止分流阀51实现对电堆40与增湿器30以及电堆40与中冷器20的间断，保证在燃料电池装置停机时，第一截止分流阀51对第一回流管路61、第二回流管路62和第一回流支路63三者之间的间断效果，避免回流空气再次回流，流经增湿器30并从电堆40的空气入口流入电堆40的情况，保证燃料电池装置的可靠性。

如图1所示，第二回流支路64与第二回流管路62的连通位置为汇流位置，燃料电池装置还包括气液分离器70，气液分离器70设置第二回流管路62上并位于中冷器20和汇流位置之间，以对第二回流支路64、第二回流管路62回流的空气进行气液分离，分离出的气相进入中冷器20，分离出的液相排出。这样设置，通过气液分离器70实现对所回流的空气的气液分离并将液相排出，避免液相随着分离后的气相回流至中冷器20后影响中冷器20的功能或换热效果，减少或消除尾排液态水，提高了空压部10寿命，保证燃料电池装置的可靠性和稳定性。

如图1所示，燃料电池装置还包括第二截止分流阀52，第二截止分流阀52设置在与中冷器20的流通出口连通的管路上且开度可调，以调节从中冷器20流向增湿器30、电堆40的空气的比例。

在本实施例中，通过第二截止分流阀52实现对中冷器20流向电堆40的空气的分流，进而实现对流向电堆40的空气湿度的调节，具体地，从中冷器20的流通出口流出的空气部分流向增湿器30并在增湿器30内进行增湿，以使得空气满足电堆的湿度要求，增湿后的空气从增湿器30的流通出口排出并进入电堆40，另一部分空气则直接流入电堆40。这样设置，通过第二截止分流阀52实现对流向电堆40的空气的湿度的调节控制，有利于工作人员根据电堆40所需湿度空气对增湿器30的增湿效果进行调节和把控，进一步提高了燃料电池系统的适用性。

具体地，燃料电池装置还包括第一流通管路65、第二流通管路66、第一流通支路67和第二流通支路68，第二截止分流阀52设置在第一流通管路65和第二流通管路66之间并和二者均连通，第一流通管路65、第二流通管路66分别和增湿器30的流通出口、电堆40的空气入口连通，第一流通支路67的两端分别和增湿器30的流通入口、中冷器20的流通出口连通，第二流通支路68的两端分别和第一流通支路67、第二截止分流阀52连通，第二截止分流阀52用于调节流经第一流通支路67和第二流通支路68的空气的比例。

在本实施例中，对第二截止分流阀52的位置进行了限定，使其设置在了电堆40的空气入口与增湿器30的流通出口连通的管路上(即位于第二流通管路66、第一流通管路65之间)，避免回流空气再次回流，流经增湿器30并从电堆40的空气入口流入的情况。具体地，若第二流通管路66和第一流通管路65直接连通，第二截止分流阀52设置在第一流通支路67或第二流通支路68上，在燃料电池装置停机时，由于增湿器30内部密封效果以及增湿器30与外接流路之间的密封效果一般，滞留在第二回流支路64内的空气会流动并进入增湿器30内，接着通过第一流通管路65、第二流通管路66流向电堆40，进而影响电堆40的再次启动。本实施例中，将第二截止分流阀52设置在了第二流通管路66、第一流通管路65，以对停机时从第二回流支路64回流的空气进行止挡，防止其进入电堆40。另一方面，通过第二截止分流阀52实现对电堆40与增湿器30以及电堆40与中冷器20的间断，保证在燃料电池装置停机时，第二截止分流阀52对第二流通管路66、第一流通管路65和第二流通支路68三者之间的间断效果，保证燃料电池装置的可靠性。

如图1所示，燃料电池装置还包括控制部(无图示)，和传感器组件81，传感器组件81设置在空压部10背离中冷器20的一侧，以测量进入空压部10的空气的流量和湿度，控制部，和传感器组件81、第一截止分流阀51、第二截止分流阀52均电连接，以根据传感器组件81的监测情况调节第一截止分流阀51、第二截止分流阀52的开度。

在本实施例中，传感器组件81包括流量湿度传感器，通过流量湿度传感器实现对进入燃料电池装置的空气的湿度和流量的监控，控制部通过上述监控参数实现对第一截止分流阀51、第二截止分流阀52的开度控制，进而实现对增湿器30内流向电堆40的空气的湿度的自动调节控制，有利于燃料电池装置的自动化调节。

具体地，空压部10包括顺次连接的压端涡轮11、空气压缩机12和涡端涡轮13，压端涡轮11和中冷器20的流通入口连通，涡端涡轮13和中冷器20的回流出口连通，压端涡轮11用于压缩进入的空气。

这样设置，空压部10采用涡轮空压，成本低、功率高、可靠性高，降低了空压部10功耗，提高了燃料电池装置的效率。其中，涡端涡轮13和压端涡轮11的预设压力可调，涡端涡轮13的功能同背压阀，其设置在与中冷器20的回流出口连通的管路上，如此设置，在空气的流动方向上，压端涡轮11和涡端涡轮13之间形成一个封闭管路，当封闭管路中的压力大于涡端涡轮13的预设压力时，从与中冷器20的回流出口连通的管路排出的回流空气可以穿过涡端涡轮13排弃。

如图1所示，燃料电池装置还包括空气滤清器90和供气管路69，供气管路69和空压部10的入口连通，以为空压部10提供空气，空气滤清器90设置在供气管路69上，以对流经供气管路69的空气进行过滤。这样设置，通过空气滤清器90实现对进入空压部10的空气的过滤，避免有杂质进入燃料电池装置导致燃料电池装置受损或卡死的情况，保证燃料电池装置的可靠性。

具体地，中冷器20为空空中冷器。这样设置，通过空气作为冷媒对中冷器进行冷却，降低了冷媒为液体的中冷器对于整车或系统散热的要求。

其中，本实用新型提供的燃料电池装置的工作原理包括：

空气经过空气滤清器90过滤并流经传感器组件81，传感器组件81的流量湿度传感器判断空气湿度(也可以通过监测环境湿度以判断空气湿度)是否满足或接近电堆40所需湿度，若是，则空气顺次经过空压部10的压端涡轮11和空空中冷器并分流，小部分流经增湿器30进行增湿后再进入电堆40，大部分直接进入电堆40，以将进入电堆的空气湿度控制在一定阈值范围内。若否，则操作人员根据实际湿度情况调节第二截止分流阀52，以调节分流比例并使得空气满足电堆的湿度要求。同理，回流分流也要根据上述判断进行比例调节，回流后的空气汇流并顺次流经空空中冷器和涡端涡轮13，最终排出至外界环境。

另一方面，传感器组件81还包括采集环境温度的温度传感器，其通过采集实际温度，以判断电堆40所需控制温度是否高于实际进气温度，若是，因增湿器30对系统进气仍有“降温作用”，操作人员需要控制第一截止分流阀51和第二截止分流阀52使得二者与增湿器30连通的流路断开，电堆40回流的空气通过空空中冷器与向电堆40方向流动的进气换热，使得进气温度能够迅速达到电堆40所需温度。在达到该温度后，逐步调节第一截止分流阀51和第二截止分流阀52，使得流经增湿器30的流量逐渐变高，并根据流量湿度传感器的湿度判断调节两个截止分流阀的开度。这样设置，可以有效利用空空中冷器的换热效果，使得进气温度达到电堆40所需温度，之后在不影响温度的情况下再对进气湿度进行调节，保证燃料电池装置的可靠性。

本实用新型的另一实施例提供了一种燃料电池装置，燃料电池装置还包括设置在中冷器20内部的气液分离器70，以对回流至中冷器20内的空气进行气液分离，分离出的液相通过中冷器20的排出口排出。在本实施例中，将气液分离器70集成在了中冷器20内，回流至中冷器20内的空气先进行气液分离后再进行换热，分离出的液相从中冷器20的排出口排出，避免液相影响中冷器20的功能或换热效果，减少或消除尾排液态水，提高了空压部10寿命，保证燃料电池装置的可靠性和稳定性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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)

1.一种燃料电池装置，包括空压部(10)、中冷器(20)、增湿器(30)、电堆(40)，所述空压部(10)和所述中冷器(20)连通，所述中冷器(20)的流通出口和所述增湿器(30)的流通入口连通，所述增湿器(30)的流通出口和所述电堆(40)的空气入口连通，所述增湿器(30)的回流出口和所述中冷器(20)的回流入口连通，所述中冷器(20)的回流出口和所述空压部(10)的入口连通，其特征在于，所述电堆(40)的空气出口和所述增湿器(30)的回流入口、所述中冷器(20)的回流入口均连通，所述燃料电池装置还包括第一截止分流阀(51)，所述第一截止分流阀(51)设置在与所述电堆(40)的空气出口连通的管路上且开度可调，以调节从所述电堆(40)流向所述增湿器(30)、所述中冷器(20)的空气的比例。

2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池装置还包括第一回流管路(61)、第二回流管路(62)、第一回流支路(63)和第二回流支路(64)，所述第一截止分流阀(51)设置在所述第一回流管路(61)和所述第一回流支路(63)之间并和二者均连通，所述第二回流管路(62)的两端分别和所述增湿器(30)的回流出口、所述中冷器(20)的回流入口连通，所述第二回流支路(64)的两端分别和所述第一截止分流阀(51)、所述第二回流管路(62)连通，所述第一截止分流阀(51)用于调节流经所述第一回流支路(63)和所述第二回流支路(64)的空气的比例。

3.根据权利要求2所述的燃料电池装置，其特征在于，所述第二回流支路(64)与所述第二回流管路(62)的连通位置为汇流位置，所述燃料电池装置还包括气液分离器(70)，所述气液分离器(70)设置所述第二回流管路(62)上并位于所述中冷器(20)和所述汇流位置之间，以对流经所述第二回流支路(64)、所述第二回流管路(62)的回流空气进行气液分离，分离出的气相进入所述中冷器(20)，分离出的液相排出。

4.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池装置还包括第二截止分流阀(52)，所述第二截止分流阀(52)设置在与所述中冷器(20)的流通出口连通的管路上且开度可调，以调节从所述中冷器(20)流向所述增湿器(30)、所述电堆(40)的空气的比例。

5.根据权利要求4所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池装置还包括第一流通管路(65)、第二流通管路(66)、第一流通支路(67)和第二流通支路(68)，所述第二截止分流阀(52)设置在所述第一流通管路(65)和所述第二流通管路(66)之间并和二者均连通，所述第一流通管路(65)、所述第二流通管路(66)分别和所述增湿器(30)的流通出口、所述电堆(40)的空气入口连通，所述第一流通支路(67)的两端分别和所述增湿器(30)的流通入口、所述中冷器(20)的流通出口连通，所述第二流通支路(68)的两端分别和所述第一流通支路(67)、所述第二截止分流阀(52)连通，所述第二截止分流阀(52)用于调节流经所述第一流通支路(67)和所述第二流通支路(68)的空气的比例。

6.根据权利要求4所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池装置还包括控制部，和传感器组件(81)，所述传感器组件(81)设置在所述空压部(10)背离所述中冷器(20)的一侧，以测量进入所述空压部(10)的空气的流量和湿度，所述控制部，和所述传感器组件(81)、所述第一截止分流阀(51)、所述第二截止分流阀(52)均电连接，以根据所述传感器组件(81)的监测情况调节所述第一截止分流阀(51)、所述第二截止分流阀(52)的开度。

7.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池装置还包括设置在所述中冷器(20)内部的气液分离器(70)，以对回流至所述中冷器(20)内的空气进行气液分离，分离出的液相通过所述中冷器(20)的排出口排出。

8.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述空压部(10)包括顺次连接的压端涡轮(11)、空气压缩机(12)和涡端涡轮(13)，所述压端涡轮(11)和所述中冷器(20)的流通入口连通，所述涡端涡轮(13)和所述中冷器(20)的回流出口连通，所述压端涡轮(11)用于压缩进入的空气。

9.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述燃料电池装置还包括空气滤清器(90)和供气管路(69)，所述供气管路(69)和所述空压部(10)的入口连通，以为所述空压部(10)提供空气，所述空气滤清器(90)设置在所述供气管路(69)上，以对流经所述供气管路(69)的空气进行过滤。

10.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述中冷器(20)为空空中冷器。