CN212571063U - 新型燃料电池集成*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型燃料电池集成***，包括支撑框架、电堆模块、氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***，所述的支撑框架为上下布置的双层框架结构，所述的电堆模块布置在支撑框架的上层，所述的氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***布置在支撑框架的下层，结构简单、拆装方便、体积小，能够有效的解决现有集中式燃料电池***拆装困难的问题。

Description

新型燃料电池集成***

技术领域：

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体为一种新型燃料电池集成***。

背景技术：

燃料电池***(Fuel Cell System)被认为是最清洁和高效的新能源发电装置，以质子交换膜电堆为核心发电部件，集成氢气辅助子***、空气辅助子***、冷却液循环子***以及电控子***，以氢气为燃料，以氧气为氧化剂，在质子交换膜两侧发生氧化还原的电化学反应，由于其具有无污染、能量转换率高、响应速度快、静置发电不易疲劳等优点，被誉为21世纪最具潜力能源装置；

目前日本与韩国在氢能源汽车方向研究与应用位居世界领先地位，日本政府在《能源基本计划》中将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源，并提出建设“氢能社会”的愿景日本丰田燃料电池四座商业车MIRAI于2014年在日本上市，本田燃料电池五座商业车Clarity于2016年在日本上市，韩国在《氢能经济发展路线图》中将氢燃料电池汽车和燃料电池作为核心，并于2013年发布量产氢燃料电池汽车；

目前燃料电池***商业化运用主要集中在中、大型客车上，燃料电池***在整车的布置时通常为分布式与集中式两种，分布式将各个子***在整车中分散布置，会造成管路布置复杂，安装、拆装不易，且前期技术交互要求高；集中式将各个子***进行集成，在整车以模块化的封闭形式布置，体积、质量较大，不易拆装零部件且不利散热。

实用新型内容

综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本实用新型提供了一种新型燃料电池集成***，它是设置两层的支撑组件，将燃料电池所需的电堆模块、氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***合理的集成在支撑组件上，结构简单、拆装方便、体积小，能够有效的解决现有集中式燃料电池***拆装困难的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种新型燃料电池集成***，其中：包括支撑框架、电堆模块、氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***，所述的支撑框架为上下布置的双层框架结构，所述的电堆模块布置在支撑框架的上层，所述的氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***布置在支撑框架的下层，

所述的氢气辅助***包括氢气入口、氢气喷射器、氢气进气管路、氢气循环泵、氢气循环管路及分水器，所述的氢气入口通过金属软管与车载氢气发生***连接，所述的氢气入口通过管道与氢气喷射器的进气口连通，所述的氢气喷射器的出气口通过氢气进气管路与电堆模块的氢气进气口连通，所述的电堆模块的氢气出气口通过管道连通分水器的进气口，所述的分水器的回氢口通过氢气循环管路与氢气循环泵的进气口连通，所述的氢气循环泵的出气口通过管道与电堆模块的氢气进气口连通，所述的分水器的出水口通过管道连通排水管，

所述的空气辅助***包括空气过滤装置、空压机、空气进气管路、空气入口及空气冷却加湿装置，所述的空气过滤装置包括两个串联布置的空气滤清器，前一个空气滤清器的进气口连通大气，后一个空气滤清器的出气口连通空压机的进气口，所述的空压机的出气口连通空气冷却加湿装置的进气口，空气冷却加湿装置的出气口连通电堆模块的空气入口，所述的冷却循环***包括主循环***及辅助循环***，所述的主循环***包括两个主水泵，两个主水泵串联连接，前一个主水泵的进液口连通车载冷却水箱的出液口，后一个主水泵的出液口通过管道连通电堆模块的冷却液入口，所述的电堆模块的冷却液出口通过管道连通过滤器的进液口，所述的过滤器的出液口通过管道连通车载冷却水箱的进液口，所述的辅助循环***包括辅助水泵，所述的辅助水泵的进液口通过管道连通车载冷却水箱的出液口，辅助水泵的出液口通过管道连通空压机的冷却***的进液口及电压转换器的冷却***的进液口，所述的空压机的冷却***的出液口及电压转换器的冷却***的出液口分别通过管道连通过滤器的进液口。

进一步，所述的支撑框架的下端设置有三个底座，三个底座在支撑框架下端形成叉车孔。

进一步，所述的氢气循环泵外罩装有加热罩，所述的加热罩为罩装在氢气循环泵外的电热板。

进一步，所述的分水器包括外壳、防护罩、隔板及PTC加热片，所述的外壳与支撑框架通过螺栓紧固连接，所述的外壳为封闭结构，其内腔为气水分离腔，所述的外壳的中部设置有与气水分离腔连通的进气口，所述的进气口通过管道连通电堆模块的氢气出气口，所述的外壳的上端设置有排氢口，所述的排氢口上设置有排氢阀，所述的外壳的上部设置有回氢口，回氢口上设置有回氢阀，所述的外壳的上部设置有用于检测分水器内氢气压力用的压力传感器，所述的气水分离腔内设置有多个隔板，隔板与气水分离腔的内壁焊接固定，多个隔板沿气水分离腔的高度方向倾斜向下布置，所述的外壳的下端设置有排水口，所述的外壳的外侧设置有多个防护罩，所述的防护罩与外壳紧固连接，防护罩与外壳外壁之间形成空腔，该空腔内设置有用于加热分水器用的PTC加热片。

进一步，所述的电堆模块的空气入口内设置有温度传感器。

进一步，所述的空气冷却加湿装置包括集成一体的中冷器及增湿器，所述的中冷器的进气口与空压机的出气口连通，中冷器的出气口通过法兰与增湿器的进气口连接，增湿器的出气口连通电堆模块的空气入口，所述的中冷器的出气口与增湿器的进气口连接的法兰盘上设置有温度压力一体传感器。

进一步，所述的主循环***的两个主水泵中的后一个主水泵的出液口与电堆模块的冷却液入口之间的连接管道上设置有去离子装置。

进一步，所述的车载冷却水箱的出液口与主水泵进液口及辅助水泵进液口之间的连接管道上设置有电导率仪。

进一步，所述的电堆模块的氢气进气口上设置有快插式氮气维护口。

进一步，所述的电堆模块的氢气出气口与连通分水器的进气口之间的连接管道外包裹有自粘隔热棉。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型是设置两层的支撑组件，将燃料电池所需的电堆模块、氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***合理的集成在支撑组件上，结构简单、拆装方便、体积小，能够有效的解决现有集中式燃料电池***拆装困难的问题。

2、本实用新型氢气辅助***的氢气入口上设置有快插式氮气维护口，方便快速连接氮气供气***，可实现氢气辅助***内部的快速保压测试；氢气辅助***的分水器内设置有用于冷凝水汽用的隔板，电堆模块内未反应的氢气携带水汽进入分水器，水汽遇到隔板后凝结排放，剩余氢气从分水器的回氢口进入氢气循环泵再次进入电堆模块再次利用，实现氢气回收再利用，提高氢气利用率。本实用新型的分水器外壁与防护罩之间的空腔内设置PTC加热片，PTC加热片的设置，能够防止在高寒地区冬天使用时水汽结冰，本实用新型的分水器上设置检测分水器内氢气压力用的压力传感器，通过压力传感器控制排氢阀及回氢阀的启闭，当分水器内氢气压力满足反应所需压力时，回氢阀打开，分水器内分离出的氢气从回氢口进入氢气循环泵，当分水器内氢气压力过低不满足要求时，排氢阀打开，分水器内的氢气排空。

3、本实用新型的氢气辅助***的氢气循环泵外部设计有加热罩，在***运行发电时，氢气循环泵内部有水汽，在停止时水汽凝结，温度下降到零下时结成冰，加热罩可实现快速消冰，实现快速冷启动。本实用新型的自粘隔热棉的设置，防止冬天时温度过低水汽结冰封堵管道。

4、本实用新型的空气辅助***设置两个空气滤清器，能够有效的过滤空气中的粉尘杂质，两个空气滤清器串联使用，能够有效的保证空气滤清器使用寿命。本实用新型的空气辅助***的空气冷却加湿装置包括集成一体的中冷器及增湿器，中冷器的出气口通过法兰与增湿器的进气口连接，增湿器的出气口连通电堆模块的空气入口，空压机压缩后的空气经过中冷器冷却，直接进入增湿器，不需要再经过外接管路，有效减小体积，缩短总体管路长度，提高***整体体积功率密度，中冷器的出气口与增湿器的进气口连接的法兰盘上设置有温度压力一体传感器，用以测量冷却后的空气温度及压力。

附图说明：

图1为本实用新型的一个角度的立体结构示意图；

图2为本实用新型的另一个角度的立体结构示意图；

图3为本实用新型的分水器的结构示意图；

图4为本实用新型图3的A-A剖视结构示意图；

图5为本实用新型的图3的B-B剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种新型燃料电池集成***，包括支撑框架1、电堆模块2、氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***，所述的支撑框架1为上下布置的双层框架结构，所述的支撑框架1的下端设置有三个底座3，三个底座3在支撑框架1下端形成叉车孔。所述的电堆模块2布置在支撑框架1的上层，所述的氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***布置在支撑框架1的下层，所述的氢气辅助***包括氢气入口4、氢气喷射器5、氢气进气管路、氢气循环泵6、氢气循环管路及分水器，所述的氢气入口4通过金属软管与车载氢气发生***连接，所述的氢气入口4通过管道与氢气喷射器5的进气口连通，所述的氢气喷射器5的出气口通过氢气进气管路与电堆模块2的氢气进气口连通，所述的氢气喷射器5的出气口上设置有压力传感器13，利用压力传感器13测量喷射出的氢气的压力，所述的电堆模块2的氢气出气口通过管道连通分水器的进气口，所述的分水器的回氢口21通过氢气循环管路与氢气循环泵6的进气口连通，所述的氢气循环泵6的出气口通过管道与电堆模块2的氢气进气口连通，所述的分水器的出水口通过管道连通排水管，所述的氢气循环泵6外罩装有加热罩，所述的加热罩为罩装在氢气循环泵6外的电热板。

如图3、图4及图5所示，所述的分水器包括外壳15、防护罩16、隔板17及PTC加热片18，所述的外壳15与支撑框架1通过螺栓紧固连接，所述的外壳15为封闭结构，其内腔为气水分离腔19，所述的外壳15的中部设置有与气水分离腔19连通的进气口，所述的进气口通过管道连通电堆模块2的氢气出气口，所述的外壳15的上端设置有排氢口22，所述的排氢口22上设置有排氢阀，所述的外壳15的上部设置有回氢口21，回氢口21上设置有回氢阀，所述的外壳15的上部设置有用于检测分水器内氢气压力用的压力传感器20，所述的气水分离腔19内设置有多个隔板17，隔板17与气水分离腔19的内壁焊接固定，多个隔板17沿气水分离腔19的高度方向倾斜向下布置，所述的外壳15的下端设置有排水口，所述的外壳15的外侧设置有多个防护罩16，所述的防护罩16与外壳15紧固连接，防护罩16与外壳15外壁之间形成空腔，该空腔内设置有用于加热分水器用的PTC加热片18。

所述的电堆模块2的空气入口8内设置有温度传感器。所述的电堆模块的氢气进气口上设置有快插式氮气维护口14。快插式氮气维护口14的设置方便快速连接氮气供气***，可实现氢气辅助***内部的快速保压测试。所述的电堆模块2的氢气出气口与连通分水器的进气口之间的连接管道外包裹有自粘隔热棉。

所述的空气辅助***包括空气过滤装置、空压机7、空气进气管路、空气入口8及空气冷却加湿装置，所述的空气过滤装置包括两个串联布置的空气滤清器，前一个空气滤清器的进气口连通大气，后一个空气滤清器的出气口连通空压机7的进气口，所述的空压机7的出气口连通空气冷却加湿装置的进气口，空气冷却加湿装置的出气口连通电堆模块2的空气入口8，所述的电堆模块2的排气口连接***的进气口，所述的***的出气口连通排气管，所述的空气冷却加湿装置包括集成一体的中冷器及增湿器，所述的中冷器的进气口与空压机的出气口连通，中冷器的出气口通过法兰与增湿器的进气口连接，增湿器的出气口连通电堆模块的空气入口，所述的中冷器的出气口与增湿器的进气口连接的法兰盘上设置有温度压力一体传感器。

所述的冷却循环***包括主循环***及辅助循环***，所述的主循环***包括两个主水泵9，两个主水泵9串联连接，前一个主水泵9的进液口连通车载冷却水箱的出液口，后一个主水泵9的出液口通过管道连通电堆模块2的冷却液入口11，所述的电堆模块2的冷却液出口12通过管道连通过滤器的进液口，所述的过滤器的出液口通过管道连通车载冷却水箱的进液口，所述的辅助循环***包括辅助水泵，所述的辅助水泵的进液口通过管道连通车载冷却水箱的出液口，辅助水泵的出液口通过管道连通空压机7的冷却***的进液口及电压转换器10的冷却***的进液口，所述的空压机7的冷却***的出液口及电压转换器10的冷却***的出液口分别通过管道连通过滤器的进液口。所述的主水泵9的扬程大于辅助水泵的扬程。所述的主循环***的两个主水泵9中的后一个主水泵9的出液口与电堆模块2的冷却液入口11之间的连接管道上设置有去离子装置。所述的车载冷却水箱的出液口与主水泵9进液口及辅助水泵进液口之间的连接管道上设置有电导率仪。

使用时，车载氢气发生***生产的氢气从氢气入口4进入，经氢气喷射器5增压后喷射进入电堆模块2，与空气辅助***提供的空气中的氧气在电堆模块2内发生反应产生电能，一次反应不完的剩余氢气从电堆模块2的氢气出气口流出，进入分水器进行水气分离，由于该部分氢气内携带有水汽，分水器内设置有隔板，水汽遇到隔板后冷凝成水滴，从排水管排出，分水器分离出的氢气进入氢气循环管路，经氢气循环泵6增压后再次进入电堆模块2进行化学反应。

空气经过依次经过两个空气滤清器过滤后进入空压机7增压，此时空气的温度及压力均升高，为了防止空气温度过高，经空压机7增压后的空气进入空气冷却加湿装置冷却降温及加湿后进入电堆模块2参与反应产生电能，空气中的氧气和氢离子在电堆模块2中反应生成水，空气中参与反应的其它气体及水汽从电堆模块2的排气口及排气管进入***消声后排出。冷却循环***的主循环***为电堆模块2降温冷却，两个串联的主水泵9将车载冷却水箱内的冷却液经两次增压后送入电堆模块2，在电堆模块2内循环吸收电堆模块2的热量后经过管道进入过滤器过滤，之后再回到冷却水箱内存储，辅助循环***的辅助水泵将车载冷却水箱内的冷却液输送至空压机7的冷却***及电压转换器10的冷却***，对电压转换器10及空压机7进行降温冷却处理。电堆模块2产生的电能输送至电压转换器10，被电压转换器10转换成预定范围电压。

需要说明的是，以上所述实施例是对本实用新型技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本实用新型技术方案的思路和范围，均应包含在本实用新型所要求的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种新型燃料电池集成***，其特征在于：包括支撑框架(1)、电堆模块(2)、氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***，所述的支撑框架(1)为上下布置的双层框架结构，所述的电堆模块(2)布置在支撑框架(1)的上层，所述的氢气辅助***、空气辅助***及冷却循环***布置在支撑框架(1)的下层，所述的氢气辅助***包括氢气入口(4)、氢气喷射器(5)、氢气进气管路、氢气循环泵(6)、氢气循环管路及分水器，所述的氢气入口(4)通过金属软管与车载氢气发生***连接，所述的氢气入口(4)通过管道与氢气喷射器(5)的进气口连通，所述的氢气喷射器(5)的出气口通过氢气进气管路与电堆模块(2)的氢气进气口连通，所述的电堆模块(2)的氢气出气口通过管道连通分水器的进气口，所述的分水器的回氢口(21)通过氢气循环管路与氢气循环泵(6)的进气口连通，所述的氢气循环泵(6)的出气口通过管道与电堆模块(2)的氢气进气口连通，所述的分水器的出水口通过管道连通排水管，所述的空气辅助***包括空气过滤装置、空压机(7)、空气进气管路、空气入口(8)及空气冷却加湿装置，所述的空气过滤装置包括两个串联布置的空气滤清器，前一个空气滤清器的进气口连通大气，后一个空气滤清器的出气口连通空压机(7)的进气口，所述的空压机(7)的出气口连通空气冷却加湿装置的进气口，空气冷却加湿装置的出气口连通电堆模块(2)的空气入口(8)，所述的冷却循环***包括主循环***及辅助循环***，所述的主循环***包括两个主水泵(9)，两个主水泵(9)串联连接，前一个主水泵(9)的进液口连通车载冷却水箱的出液口，后一个主水泵(9)的出液口通过管道连通电堆模块(2)的冷却液入口(11)，所述的电堆模块(2)的冷却液出口(12)通过管道连通过滤器的进液口，所述的过滤器的出液口通过管道连通车载冷却水箱的进液口，所述的辅助循环***包括辅助水泵，所述的辅助水泵的进液口通过管道连通车载冷却水箱的出液口，辅助水泵的出液口通过管道连通空压机(7)的冷却***的进液口及电压转换器(10)的冷却***的进液口，所述的空压机(7)的冷却***的出液口及电压转换器(10)的冷却***的出液口分别通过管道连通过滤器的进液口。

2.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的支撑框架(1)的下端设置有三个底座(3)，三个底座(3)在支撑框架(1)下端形成叉车孔。

3.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的氢气循环泵(6)外罩装有加热罩，所述的加热罩为罩装在氢气循环泵(6)外的电热板。

4.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的分水器包括外壳(15)、防护罩(16)、隔板(17)及PTC加热片(18)，所述的外壳(15)与支撑框架(1)通过螺栓紧固连接，所述的外壳(15)为封闭结构，其内腔为气水分离腔(19)，所述的外壳(15)的中部设置有与气水分离腔(19)连通的进气口，所述的进气口通过管道连通电堆模块(2)的氢气出气口，所述的外壳(15)的上端设置有排氢口(22)，所述的排氢口(22)上设置有排氢阀，所述的外壳(15)的上部设置有回氢口(21)，回氢口(21)上设置有回氢阀，所述的外壳(15)的上部设置有用于检测分水器内氢气压力用的压力传感器(20)，所述的气水分离腔(19)内设置有多个隔板(17)，隔板(17)与气水分离腔(19)的内壁焊接固定，多个隔板(17)沿气水分离腔(19)的高度方向倾斜向下布置，所述的外壳(15)的下端设置有排水口，所述的外壳(15)的外侧设置有多个防护罩(16)，所述的防护罩(16)与外壳(15)紧固连接，防护罩(16)与外壳(15)外壁之间形成空腔，该空腔内设置有用于加热分水器用的PTC加热片(18)。

5.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的电堆模块(2)的空气入口(8)内设置有温度传感器。

6.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的空气冷却加湿装置包括集成一体的中冷器及增湿器，所述的中冷器的进气口与空压机(7)的出气口连通，中冷器的出气口通过法兰与增湿器的进气口连接，增湿器的出气口连通电堆模块(2)的空气入口(8)，所述的中冷器的出气口与增湿器的进气口连接的法兰盘上设置有温度压力一体传感器。

7.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的主循环***的两个主水泵(9)中的后一个主水泵(9)的出液口与电堆模块(2)的冷却液入口(11)之间的连接管道上设置有去离子装置。

8.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的车载冷却水箱的出液口与主水泵进液口及辅助水泵进液口之间的连接管道上设置有电导率仪。

9.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的电堆模块(2)的氢气进气口上设置有快插式氮气维护口(14)。

10.根据权利要求1所述的新型燃料电池集成***，其特征在于：所述的电堆模块(2)的氢气出气口与连通分水器的进气口之间的连接管道外包裹有自粘隔热棉。

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