CN108390079A - 燃料电池发动机***和车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种燃料电池发动机***和车辆，包括燃料电池发动机，与该燃料电池发动机的燃料电池堆连接的空气供给单元和氢气供给单元，其中，空气供给单元包括用于存储液态气体的储料罐，以及连通在储料罐和燃料电池堆之间的供气管道，该供气管道包括设置在燃料电池发动机内的冷却管道，且液态气体为液态氧气或液态空气。利用储液罐代替空气压缩机，通过将液态氧气或液态空气通入到冷却管道，通过汽化吸热，带走燃料电池堆工作时产生的热量；并且汽化后的氧气或空气流入到燃料电池堆与氢气进行反应，以能够实现在产生电能的同时使得燃料电池发动机工作时释放的热量通过液态气体汽化吸收，实现自冷功能。

Description

燃料电池发动机***和车辆
技术领域
本公开涉及新能源汽车技术领域，具体地，涉及一种燃料电池发动机***和车辆。
背景技术
为保护环境，减少城市中的大气污染，以燃料电池为动力的车辆普遍受到关注。燃料电池作为一种电化学能量转换器，把化学能直接转化为电能，是一种高效清洁发电装置。然而燃料电池在发电的同时也会产生热量，多余的热量需要从电池堆中排出才能保证电池堆在最佳温度区间工作。目前，燃料电池的冷却通常采用风冷或水冷等方式将热量散发到大气环境中，这种“它冷”的冷却方式往往受限于车辆框架内部空间布局，以及多个热源的散热冷却钳制，使得在高温极端工况下，电堆散热效果并不理想，进而导致燃料电池发电能力下降。
发明内容
本公开的目的是提供一种燃料电池发动机***，该***能够在产生电能的同时实现对于燃料电池堆的冷却散热。
为了实现上述目的，本公开提供一种燃料电池发动机***，包括燃料电池发动机，与该燃料电池发动机的燃料电池堆连接的空气供给单元和氢气供给单元，其中，所述空气供给单元包括用于存储液态气体的储料罐，以及连通在所述储料罐和所述燃料电池堆之间的供气管道，该供气管道包括设置在所述燃料电池发动机内的冷却管道，且所述液态气体为液态氧气或液态空气。
可选地，所述供气管道还包括进液管道和进气管道，所述进液管道连通所述储料罐和所述冷却管道的进口，所述进气管道连通所述冷却管道的出口和所述燃料电池堆。
可选地，所述进液管道上设置有第一开关阀。
可选地，还包括用于容纳所述燃料电池发动机的封闭的壳体，所述壳体上分别开设有用于连通所述冷却管道和所述储料罐的进液口，和用于连通所述冷却管道与所述进气管道的进气端的第一排气口，以及用于连通所述燃料电池堆和所述进气管道的出气端的第一进气口。
可选地，所述进气管道设置在所述壳体的外部。
可选地，所述氢气供应单元包括氢气罐和供氢管道，该供氢管道连通所述氢气罐和所述燃料电池堆。
可选地，所述供氢管道上设置有第二开关阀。
可选地，所述壳体上还开设有用于连通所述氢气罐和所述燃料电池堆的第二进气口。
可选地，所述壳体上还开设有用于排放氢气的第二排气口，以及用于排放氧气或空气的第三排气口。
根据本公开的另一方面，提供一种车辆，包括上述公开的燃料电池发动机。
本技术的有益效果是：通过提供一种存储有液态氧气或液态空气的储料罐代替了原有***中的空气压缩机来供气，同时在通气过程中，首先将液态氧气或液态空气进入到冷却管道，通过汽化吸热，由液态物质转换为气态，带走燃料电池堆工作时产生的热量；而后氧气或空气流入到燃料电池堆与氢气进行反应，以能够实现在产生电能的同时使得燃料电池发动机工作时释放的热量通过液态氧气或液态空气汽化吸收，实现自冷功能。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开提供的一种燃料电池发动机***示意图；
图2是本公开提供的另一种燃料电池发动机***示意图。
附图标记说明
1-燃料电池发动机，2-空气供给单元，21-储料罐，22-供气管道，3-氢气供给单元，31-氢气罐，32-供氢管道，321-第二开关阀，4-进液管道，41-第一开关阀，5-进气管道，6-壳体，61-进液口，62-第一排气口，63-第一进气口，64-第二进气口，65-第二排气口，66-第三排气口。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
如图1所示，本公开提供一种燃料电池发动机***，包括燃料电池发动机1，与该燃料电池发动机1的燃料电池堆连接的空气供给单元2和氢气供给单元3。这样，当燃料电池发动机1工作时，氢气供给单元3需要向燃料电池堆的阳极板供应氢气，并且空气供给单元2需要向燃料电池堆的阴极板供应氧气或空气，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子只能经外部电路到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流，并且电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。也即，氢气通过与氧气一起在燃料电池堆进行化学反应，将化学能转化为电能，并且不会造成环境污染。
由于燃料电池堆在产生电能的同时会产生大量热量，为保证燃料电池堆能够正常工作，在本实施方式中，空气供给单元2包括用于存储液态气体的储料罐21，以及连通在储料罐21和燃料电池堆之间的供气管道22，该供气管道22包括设置在燃料电池发动机1内的冷却管道，且液态气体为液态氧气或液态空气。
这样，在空气供给单元2朝向燃料电池堆供应空气或氧气的过程中，首先，提供一种存储有液态氧气或液态空气的储料罐21代替了原有***中的空气压缩机来供气。同时供气管道22包括冷却管道，因此液态氧气或液态空气会进入到冷却管道，通过汽化吸热，由液态物质转换为气态，带走燃料电池堆工作时产生的热量；而后氧气或空气流入到燃料电池堆与氢气进行反应，以能够实现在产生电能的同时使得燃料电池发动机工作时释放的热量通过液态氧气或液态空气汽化吸收，实现自冷功能。换言之，在空气供给单元2供气过程中实现对于燃料电池堆的冷却散热，并且节省了原有结构的空气压缩机，不受车辆框架内空间布局。
进一步地，在本实施方式中，供气管道22还包括进液管道4和进气管道5，进液管道4连通储料罐21和冷却管道的进口，进气管道5连通冷却管道的出口和燃料电池堆。
并且，氢气供给单元3包括氢气罐31和供氢管道32，该供氢管道32连通氢气罐31和燃料电池堆。
具体工作过程为：当燃料电池发动机1开始工作时，储料罐21中的液态氧气或液态空气沸腾、雾化，液态氧气或液态空气的小液滴通过进液管道4首先进入燃料电池发动机1内部的冷却管道，通过液态氧气或液态空气的小液滴汽化吸热，带走燃料电池发动机1工作时的散热量，汽化后的氧气或空气再经进气管道5进入到燃料电池发动机1内燃料电池堆的阴极板；同时，氢气罐31中的氢气通过供氢管道32进入到燃料电池堆的阳极板，与上述的氧气或空气一起在燃料电池堆发生化学反应，输出电能。
为了方便控制储料罐21的供气，在本实施方式中，进液管道4上设置有第一开关阀41。在燃料电池堆工作时，车辆控制***打开第一开关阀41，实现供气。
同样地，为了方便控制氢气罐31的供气，在本实施方式中，供氢管道32上设置有第二开关阀321。在燃料电池堆工作时，车辆控制***打开第二开关阀321，实现氢气的供应。
如图2所示，示出另一种燃料电池发动机的实施例，为了能够保护燃料电池发动机1，在本实施方式中，燃料电池发动机***还包括用于容纳燃料电池发动机1的封闭的壳体6，壳体6上分别开设有用于连通冷却管道和储料罐21的进液口61，和用于连通冷却管道与进气管道5的进气端的第一排气口62，以及用于连通燃料电池堆和进气管道5的出气端的第一进气口63。
同时，壳体6上还开设有用于连通氢气罐31和燃料电池堆的第二进气口64。
也即，为了能够实现各个管道之间的连通，壳体6上分别开设各个孔口，以将管道连通，实现气体的运输，最终实现将氧气和氢气运送到燃料电池堆进行化学反应。当然，也可以为如图1所示出的一种实施例，不外设壳体，直接将燃料电池发动机内部的相应管路与上述的进液管道4、进气管道5和供氢管道32连通，以实现空气和氢气的供给和传输。
另外，在本实施方式中，进气管道5设置在壳体6的外部。这样，便于对汽化后的氧气或空气进行温度管理和监控，如若气体温度较低，可以例如通过设置加热装置，来提高氧气或空气的温度，满足后续与氢气的反应。
进一步地，在本实施方式中，壳体6上还开设有用于排放氢气的第二排气口65，以及用于排放氧气或空气的第三排气口66。这样，燃料电池发动机内部的氢气排放管道可以通过第二排气口65，将在经过燃料电池堆反应后剩余的氢气从壳体6的第二排气口65排出，同时可以在排出的同时重新收集，循环利用；而空气排放管道则相应穿过第三排气口66，以将经过燃料电池堆反应后剩余的空气或氧气从壳体6的第三排气口66直接排放到大气中。
其中，需要说明的是，在图1示出的实施例中，由于没有外设壳体，只需通过氢气排放管道直接将多余氢气排出即可，同样地，排放空气或氧气的空气排放管道可以将多余的空气和氧气直接排放到大气中。
根据本公开的另一方面，还提供一种车辆，该车辆包括上述公开的燃料电池发动机***。该燃料电池发动机能够在产生电能的同时通过液态氧气或液态空气汽化吸收其在工作时释放的热量，实现自冷却功能，保证燃料电池堆的正常工作，能够适应更加恶劣的气体环境工况。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机***，包括燃料电池发动机(1)，与该燃料电池发动机(1)的燃料电池堆连接的空气供给单元(2)和氢气供给单元(3)，其特征在于，所述空气供给单元(2)包括用于存储液态气体的储料罐(21)，以及连通在所述储料罐(21)和所述燃料电池堆之间的供气管道(22)，该供气管道(22)包括设置在所述燃料电池发动机(1)内的冷却管道，且所述液态气体为液态氧气或液态空气。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机***，其特征在于，所述供气管道(22)还包括进液管道(4)和进气管道(5)，所述进液管道(4)连通所述储料罐(21)和所述冷却管道的进口，所述进气管道(5)连通所述冷却管道的出口和所述燃料电池堆。
3.根据权利要求2所述的燃料电池发动机***，其特征在于，所述进液管道(4)上设置有第一开关阀(41)。
4.根据权利要求2所述的燃料电池发动机***，其特征在于，还包括用于容纳所述燃料电池发动机(1)的封闭的壳体(6)，所述壳体(6)上分别开设有用于连通所述冷却管道和所述储料罐(21)的进液口(61)，和用于连通所述冷却管道与所述进气管道(5)的进气端的第一排气口(62)，以及用于连通所述燃料电池堆和所述进气管道(5)的出气端的第一进气口(63)。
5.根据权利要求4所述的燃料电池发动机***，其特征在于，所述进气管道(5)设置在所述壳体(6)的外部。
6.根据权利要求4所述的燃料电池发动机***，其特征在于，所述氢气供给单元(3)包括氢气罐(31)和供氢管道(32)，该供氢管道(32)连通所述氢气罐(31)和所述燃料电池堆。
7.根据权利要求6所述的燃料电池发动机***，其特征在于，所述供氢管道(32)上设置有第二开关阀(321)。
8.根据权利要求6所述的燃料电池发动机***，其特征在于，所述壳体(6)上还开设有用于连通所述氢气罐(31)和所述燃料电池堆的第二进气口(64)。
9.根据权利要求6所述的燃料电池发动机***，其特征在于，所述壳体(6)上还开设有用于排放氢气的第二排气口(65)，以及用于排放氧气或空气的第三排气口(66)。
10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任意一项所述的燃料电池发动机***。
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