CN220420625U - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池系统，包括空压机、中冷器、增湿器、电堆、空气调节阀、空气主管、第一空气支管和第二空气支管，空压机和中冷器连接，增湿器和电堆的空气入口连接，空气主管的入口和中冷器的出口连接，空气主管的出口和空气调节阀连接，第一空气支管的两端分别和空气调节阀、增湿器连接，第二空气支管的两端分别和空气调节阀、电堆的空气入口连接。进入空气调节阀的空气部分通过第一空气支管进入增湿器，增湿器对空气增湿，增湿后的空气进入电堆，另一部分空气不增湿，直接通过第二空气支管进入电堆。通过空气调节阀调节进入第一空气支管和第二空气支管内的空气的比例，可以调节进入电堆的空气的湿度。

Description

燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统。

背景技术

目前，燃料电池系统运行过程中，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。当系统启动过程中，电堆的反应速度快于冷却液的升温速度，电堆阴极入口和出口湿度增加，有液态水析出的风险。当系统运行在湿热环境下，由于环境温湿度的增加导致电堆入口空气的湿度增加，以及阴极出口湿度增加引起液态水增多，导致电堆水淹，寿命缩减。燃料电池无法调节电堆的入口空气湿度，导致燃料电池系统在不同的环境下工作会产生损耗。因此，需要一种可以调节电堆入口空气湿度的燃料电池系统。

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入口空气湿度的问题。

本实用新型提供了一种燃料电池系统，包括空压机、中冷器、增湿器、电堆、空气调节阀、空气主管、第一空气支管和第二空气支管，空压机和中冷器连接，增湿器和电堆的空气入口连接，空气主管的入口和中冷器的出口连接，空气主管的出口和空气调节阀连接，第一空气支管的两端分别和空气调节阀、增湿器连接，第二空气支管的两端分别和空气调节阀、电堆的空气入口连接；其中，空气调节阀用于调节进入第一空气支管和第二空气支管内的空气的比例。

进一步地，燃料电池系统还包括第三空气支管和旁通阀，第三空气支管的一端与空气主管连接，第三空气支管与空气主管的连接位置位于中冷器与第二空气支管之间，旁通阀设置在第三空气支管上。

进一步地，燃料电池系统还包括尾排管，尾排管的一端与电堆的氢气出口连接，第三空气支管与尾排管连接。

进一步地，燃料电池系统还包括第一连通管路和第二连通管路，第一连通管路的一端与电堆的空气出口连接，第一连通管路的另一端与增湿器连接，第二连通管路的一端与增湿器连接，电堆的空气出口排出的气体通过增湿器进入第二连通管路进行排弃。

进一步地，燃料电池系统还包括背压阀，背压阀设置在第二连通管路上，背压阀的预设压力值可调。

进一步地，燃料电池系统还包括截止阀，截止阀设置在第一连通管路上，截止阀用于通断第一连通管路。

进一步地，燃料电池系统还包括氢气管路和压力调节阀，氢气管路与电堆连接，氢气管路用于输送氢气进入电堆，压力调节阀设置在氢气管路上，压力调节阀用于调整氢气管路的压力。

进一步地，燃料电池系统还包括气水分离器，气水分离器的入口与电堆的氢气出口连接，气水分离器的第一出口与氢气管路连接，气水分离器用于对电堆的氢气出口输出的气体进行气水分离，分离出的气体进入氢气管路，分离出的水排弃。

进一步地，燃料电池系统还包括排氮排水阀，排氮排水阀设置在气水分离器的第二出口。

进一步地，燃料电池系统还包括氢泵，氢泵设置在气水分离器与氢气管路之间，氢泵将气水分离器中的气体泵送至氢气管路。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种燃料电池系统，包括空压机、中冷器、增湿器、电堆、空气调节阀、空气主管、第一空气支管和第二空气支管，空压机和中冷器连接，增湿器和电堆的空气入口连接，空气主管的入口和中冷器的出口连接，空气主管的出口和空气调节阀连接，第一空气支管的两端分别和空气调节阀、增湿器连接，第二空气支管的两端分别和空气调节阀、电堆的空气入口连接；其中，空气调节阀用于调节进入第一空气支管和第二空气支管内的空气的比例。采用本方案，空压机将空气压缩后送入中冷器，中冷器将空气降低温度，降低温度后的空气通过空气主管进入空气调节阀，进入空气调节阀的空气部分通过第一空气支管进入增湿器，增湿器对空气增湿，增湿后的空气进入电堆，另一部分空气不增湿，直接通过第二空气支管进入电堆。通过空气调节阀调节进入第一空气支管和第二空气支管内的空气的比例，可以调节进入电堆的空气的湿度。

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示出了本实用新型提供的燃料电池系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、空压机；12、中冷器；13、增湿器；14、电堆；

21、空气调节阀；22、空气主管；23、第一空气支管；24、第二空气支管；25、第三空气支管；26、旁通阀；

31、第一连通管路；32、第二连通管路；33、背压阀；34、截止阀；35、尾排管；

41、氢气管路；42、压力调节阀；43、气水分离器；44、排氮排水阀。

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，本实用新型实施例提供一种燃料电池系统，包括空压机11、中冷器12、增湿器13、电堆14、空气调节阀21、空气主管22、第一空气支管23和第二空气支管24，空压机11和中冷器12连接，增湿器13和电堆14的空气入口连接，空气主管22的入口和中冷器12的出口连接，空气主管22的出口和空气调节阀21连接，第一空气支管23的两端分别和空气调节阀21、增湿器13连接，第二空气支管24的两端分别和空气调节阀21、电堆14的空气入口连接；其中，空气调节阀21用于调节进入第一空气支管23和第二空气支管24内的空气的比例。

采用本方案，空压机11将空气压缩后送入中冷器12，中冷器12将空气降低温度，降低温度后的空气通过空气主管22进入空气调节阀21，进入空气调节阀21的空气部分通过第一空气支管23进入增湿器13，增湿器13对空气增湿，增湿后的空气进入电堆14，另一部分空气不增湿，直接通过第二空气支管24进入电堆。通过空气调节阀21调节进入第一空气支管23和第二空气支管24内的空气的比例，可以调节进入电堆14的空气的湿度。

在一个具体实施例中，当环境湿度大，则调整空气调节阀21，使得进入第一空气支管23的空气变少，进入第二空气支管24的空气变多，减小进入电堆14的空气的湿度，避免电堆14发生水淹。

如图1所示，燃料电池系统还包括第三空气支管25和旁通阀26，第三空气支管25的一端与空气主管22连接，第三空气支管25与空气主管22的连接位置位于中冷器12与第二空气支管24之间，旁通阀26设置在第三空气支管25上。

当旁通阀26开启，中冷器12中的空气通过第三空气支管25排出，当旁通阀26关闭，第三空气支管25封闭。如此设置，当旁通阀26开启，中冷器12中的空气通过第三空气支管25排出。电堆14本身对于气体有一定压力，当旁通阀26开启，空气直接从第三空气支管25排出，不再通过空气调节阀21进入电堆14。在一个具体实施例中，当空压机11压力过大发生喘振，可以通过开启旁通阀26卸去压力，避免对电堆14造成损害。

如图1所示，燃料电池系统还包括尾排管35，尾排管35的一端与电堆14的氢气出口连接，第三空气支管25与尾排管35连接。如此设置，当旁通阀26开启，进入第三空气支管25的空气可以进入尾排管35排弃。电堆14的氢气出口位于电堆14的氢气侧，在电堆14内发生反应后氢气侧生成的混合气体从电堆14的氢气出口输出，混合气体可以从尾排管35排弃。

如图1所示，燃料电池系统还包括第一连通管路31和第二连通管路32，第一连通管路31的一端与电堆14的空气出口连接，第一连通管路31的另一端与增湿器13连接，第二连通管路32的一端与增湿器13连接，电堆14的空气出口排出的气体通过增湿器13进入第二连通管路32进行排弃。

如此设置，电堆14中的空气经过反应后得到的气体可以从空气出口进入第一连通管路31。从空气出口进入第一连通管路31的气体裹挟着电堆14内发生反应产生的水分，从中冷器12进入增湿器13的空气和从第一连通管路31进入增湿器13的气体可以在增湿器13内进行湿度的交换，将中冷器12进入增湿器13的空气增湿。从第一连通管路31进入增湿器13的气体输送到第二连通管路32中进行排弃。

如图1所示，燃料电池系统还包括背压阀33，背压阀33设置在第二连通管路32上，背压阀33的预设压力值可调。如此设置，从空压机11到背压阀33形成一个封闭管路，当封闭管路中的压力大于背压阀33的预设压力时，第二连通管路32中的气体可以穿过背压阀33排弃。在一个具体实施例中，可以通过调整背压阀33的预设压力值调整电堆14中的压力，保证电堆14中的反应可以顺利进行。

如图1所示，燃料电池系统还包括截止阀34，截止阀34设置在第一连通管路31上，截止阀34用于通断第一连通管路31。如此设置，截止阀34设置在第一连通管路31上，当燃料电池系统关机时关闭截止阀34，避免在燃料电池系统关机时外界的空气进入电堆14内部引起电堆14内部的腐蚀损坏。

如图1所示，燃料电池系统还包括氢气管路41和压力调节阀42，氢气管路41与电堆14连接，氢气管路41用于输送氢气进入电堆14，压力调节阀42设置在氢气管路41上，压力调节阀42用于调整氢气管路41的压力。如此设置，氢气管路41用于向电堆14供给氢气，压力调节阀42可以调节氢气管路41内的压力，使得电堆14内的氢气具有合适的压力。

如图1所示，燃料电池系统还包括气水分离器43，气水分离器43的入口与电堆14的氢气出口连接，气水分离器43的第一出口与氢气管路41连接，气水分离器43用于对电堆14的氢气出口输出的气体进行气水分离，分离出的气体进入氢气管路41，分离出的水排弃。

如此设置，从电堆14的氢气出口输出的混合气体进入气水分离器43，气水分离器43对混合气体进行气水分离，将分离出的气体重新输送回氢气管路41再次进入电堆14进行反应，分离出的水排弃。

如图1所示，燃料电池系统还包括排氮排水阀44，排氮排水阀44设置在气水分离器43的第二出口。

当排氮排水阀44打开，气水分离器43中的气体和水进行排弃，当排氮排水阀44关闭，气水分离器43中的气体进入氢气管路41。如此设置，当燃料电池系统每运行一段时间，打开排氮排水阀44进行排弃，使得电堆14的氢气侧反应产生的混合气体和水都进入尾排管35进行排弃。当排氮排水阀44关闭，气水分离器43中的气体仍然汇入氢气管路41重新进入电堆14进行反应。

如图1所示，燃料电池系统还包括氢泵，氢泵设置在气水分离器43与氢气管路41之间，氢泵将气水分离器43中的气体泵送至氢气管路41。如此设置，氢泵可以将气水分离器43分离出的气体泵入氢气管路41。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。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。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。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。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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

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)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括空压机(11)、中冷器(12)、增湿器(13)、电堆(14)、空气调节阀(21)、空气主管(22)、第一空气支管(23)和第二空气支管(24)，所述空压机(11)和所述中冷器(12)连接，所述增湿器(13)和所述电堆(14)的空气入口连接，所述空气主管(22)的入口和所述中冷器(12)的出口连接，所述空气主管(22)的出口和所述空气调节阀(21)连接，所述第一空气支管(23)的两端分别和所述空气调节阀(21)、所述增湿器(13)连接，所述第二空气支管(24)的两端分别和所述空气调节阀(21)、所述电堆(14)的空气入口连接；其中，所述空气调节阀(21)用于调节进入所述第一空气支管(23)和所述第二空气支管(24)内的空气的比例。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括第三空气支管(25)和旁通阀(26)，所述第三空气支管(25)的一端与所述空气主管(22)连接，所述第三空气支管(25)与所述空气主管(22)的连接位置位于所述中冷器(12)与所述第二空气支管(24)之间，所述旁通阀(26)设置在所述第三空气支管(25)上。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括尾排管(35)，所述尾排管(35)的一端与所述电堆(14)的氢气出口连接，所述第三空气支管(25)与所述尾排管(35)连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括第一连通管路(31)和第二连通管路(32)，所述第一连通管路(31)的一端与所述电堆(14)的空气出口连接，所述第一连通管路(31)的另一端与所述增湿器(13)连接，所述第二连通管路(32)的一端与所述增湿器(13)连接，所述电堆(14)的空气出口排出的气体通过所述增湿器(13)进入所述第二连通管路(32)进行排弃。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括背压阀(33)，所述背压阀(33)设置在所述第二连通管路(32)上，所述背压阀(33)的预设压力值可调。

6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括截止阀(34)，所述截止阀(34)设置在所述第一连通管路(31)上，所述截止阀(34)用于通断所述第一连通管路(31)。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括氢气管路(41)和压力调节阀(42)，所述氢气管路(41)与所述电堆(14)连接，

所述氢气管路(41)用于输送氢气进入所述电堆(14)，所述压力调节阀(42)设置在所述氢气管路(41)上，所述压力调节阀(42)用于调整所述氢气管路(41)的压力。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括气水分离器(43)，所述气水分离器(43)的入口与所述电堆(14)的氢气出口连接，所述气水分离器(43)的第一出口与所述氢气管路(41)连接，所述气水分离器(43)用于对所述电堆(14)的氢气出口输出的气体进行气水分离，分离出的气体进入所述氢气管路(41)，分离出的水排弃。

9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括排氮排水阀(44)，所述排氮排水阀(44)设置在所述气水分离器(43)的第二出口。

10.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括氢泵，所述氢泵设置在所述气水分离器(43)与所述氢气管路(41)之间，所述氢泵将所述气水分离器(43)中的气体泵送至所述氢气管路(41)。