CN217589017U - 一种风冷型燃料电池空气循环*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了本实用新型提供了一种风冷型燃料电池空气循环***，包括电池电堆、空气循环组件，电池电堆设置有出气口和进气口，出气口连接有空气进气流道，进气口连接有空气出气流道；空气循环组件包括空气循环管道，空气循环管道具有进气端和出气端，进气端设置于空气出气流道中，出气端设置于空气进气流道中。在风冷型燃料电池空气循环***运行时，空气从空气进气流道流进，经过电池电堆内部后从空气出气流道流出，同时携带水分，成为了湿润空气，湿润空气经空气循环管道进到空气进气流道中，与干燥空气混合进入电池电堆内部，改善电池电堆内部工作时的湿度，提高电池电堆内部的性能。

Description

一种风冷型燃料电池空气循环***

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种风冷型燃料电池空气循环***。

背景技术

燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的装置，具有效率高、噪音低、零污染等优点。燃料电池通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装成电堆，主要构成部件有双极板、膜电极(MEA)、端板和紧固件等。其中的风冷型燃料电池指通过空气流动进行控温的燃料电池，其双极板没有冷却流道。因此，风冷型燃料电池具有结构简单，成本低廉，可靠性好等优点。

现有的风冷型燃料电池由于冷却的需要，其双极板的特点是空气流道尺寸相对较大，过量的空气进入燃料电池电堆，使得燃料电池得到冷却控温的效果。

但是在燃料电池电堆运行初期，内部的湿度对燃料电池的性能起到重要的影响，需要一定的湿度才能使质子交换膜有较高的质子传导能力。目前的解决办法一般是增加增湿器，但是增湿器的价格昂贵，极大地增加了风冷型燃料电池的制造成本。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种风冷型燃料电池空气循环***，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本实用新型提供了一种风冷型燃料电池空气循环***，包括电池电堆、空气循环组件，电池电堆设置有出气口和进气口，所述出气口连接有空气进气流道，所述进气口连接有空气出气流道；空气循环组件包括空气循环管道，所述空气循环管道具有进气端和出气端，所述进气端设置于所述空气出气流道中，所述出气端设置于所述空气进气流道中。

本实用新型的有益效果是：

在风冷型燃料电池空气循环***运行时，空气从空气进气流道流进，经过电池电堆内部后从空气出气流道流出，同时携带水分，成为了湿润空气，湿润空气经空气循环管道进到空气进气流道中，与干燥空气混合进入电池电堆内部，改善电池电堆内部工作时的湿度，提高电池电堆内部的性能。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气循环管道连接有流量调节装置，可根据电池电堆不同的状态调节通过空气循环管道的湿度，以更好的达到电池电极内部的水热平衡。

作为上述技术方案的进一步改进，所述流量调节装置包括循环抽气泵。循环抽气泵既可以促进湿润空气进入空气进气流道中，也可以调节湿润空气循环量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述风冷型燃料电池空气循环***还包括电堆抽气装置，所述电堆抽气装置连接于空气进气流道，所述电堆抽气装置的功率大于所述循环抽气泵的功率，使得气体在空气循环管道内的流速大于所述空气出气流道的流速，使得气体在空气循环流道的流速大于空气流道出口流速，产生压力差，方便湿润空气吸入循环。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气循环管道包括在设置所述电池电堆上方的弯曲段，所述弯曲段向上拱起，冷凝水在重力作用下流出空气循环管道，减少冷凝水堆积在空气循环管道内，避免影响湿润空气的循环。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气循环管道包括第一管段、第二管段、第三管段和第四管段，所述第一管段、第二管段、第三管段和第四管段依次连接，所述第二管段和第三管段设置于所述电池电堆上方，所述第二管段和第三管段呈上下倾斜设置，所述第二管段和第三管段在前后方向上投影面的形状呈倒V型，所述第一管段伸入所述空气进气流道中，所述第二管段伸入所述空气出气流道中。冷凝水能及时沿着第二管段和第三管段排出，而不会堵塞在空气循环管道内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一管段和第二管段的连接处设置有圆角结构，所述第三管段和第四管段的连接处设置有圆角结构，防止冷凝水堆积堵塞空气循环管道。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气循环管道包括设置于所述空气进气流道内的出气管段，所述出气管段设置有多个出气孔，所述出气管段在垂直所述空气进气流道的进气方向的平面内弯曲设置。使得出气孔均匀设置在垂直所述空气进气流道的进气方向的平面内，从出气孔出来的湿润空气与空气进气流道进来的干燥空气混合均匀进入电池电堆内部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述出气管段呈圆环状，所述出气孔沿着所述空气进气流道的进气方向贯穿所述出气管段，多个所述出气孔呈环形间隔设置于所述出气管段，圆环状以及出气孔贯穿出气管段均为干燥空气的进入流足够的空间，同时使得干燥空气与湿润空气充分混合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气循环管道包括设置于所述空气出气流道内的进气管段，所述进气管段连接有喇叭状的吸气口，所述吸气口朝向出气口，方便湿润空气吸入。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明；

图1是本实用新型所提供的一种风冷型燃料电池空气循环***，其一实施例出气管段结构示意图；

图2是本实用新型所提供的一种风冷型燃料电池空气循环***，其一实施例出气管段结构示意图；

图3是本实用新型所提供的一种风冷型燃料电池空气循环***，其一实施例的结构示意图，其中两箭头分别表示上向和下向。

附图标记：

电池电堆100、空气进气流道110、空气出气流道120、空气循环管道200、第一管段201、第二管段202、第三管段203、第四管段 204、出气管段210、进气管段220、出气孔211、流量调节装置300、电堆抽气装置400。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本实用新型的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

现有的风冷型燃料电池由于冷却的需要，其双极板的特点是空气流道尺寸相对较大，过量的空气进入燃料电池电堆，使得燃料电池得到冷却控温的效果。但是在燃料电池电堆运行初期，内部的湿度可以保持电池电极内部的水热平衡，这对燃料电池***的效率、性能、安全和寿命有重大影响，其主要作用是为进入电堆的干空气进行加湿，以提高反应气体的传质效率与质子传导性、提高***效率、保证运行的稳定性，并延长电池寿命。通常为了达到增湿效果，本实用新型设置了空气循环组件，将电池电堆内部的湿润空气循环回风电池电堆的进气口，解决了现有技术下风冷型燃料电池电堆内部湿度调节困难，增加加湿器成本高的问题，提高了风冷型燃料电池电堆工作时的电堆性能。

参照图1至图3，本实用新型的一种风冷型燃料电池空气循环***作出如下实施例：

在一些实施例中，一种风冷型燃料电池空气循环***，电池电堆 100设置有出气口和进气口，出气口连接有空气进气流道110，进气口连接有空气出气流道120；空气循环组件包括空气循环管道200，空气循环管道200具有进气端和出气端，进气端设置于空气出气流道 120中，出气端设置于空气进气流道110中。在风冷型燃料电池空气循环***运行时，在电堆抽气装置400的作用下，空气由从空气进气流道110流进电池电堆100内部，作为阴极反应气体参与反应后从空气出气流道120流出，同时携带水分。在湿润空气被排出的同时，湿润空气在循环抽气泵的作用下经空气循环管道200循环进到空气进气流道110中，与干燥空气混合进入电池电堆100内部，改善电池电堆100内部工作时的湿度，提高电池电堆100内部的性能。

其中，循环抽气泵为流量调节装置300中的一种，流量调节装置 300可采用各种调节阀，例如电动调节阀、手动调节阀等。可根据电池电堆100不同的状态调节通过空气循环管道200的湿度，例如电池电堆100老化的情况，以更好的达到电池电极内部的水热平衡。而循环抽气泵既可以促进湿润空气进入空气进气流道110中，也可以调节湿润空气循环量。循环抽气泵还可自动控制调控。

在另一些实施例中，也可不设置流量调节装置300，直接利用，电堆抽气装置400使得湿润空气经空气循环管道200进到空气进气流道110中，但是其不可控制循环空气量。

进一步地，当电堆抽气装置400的功率大于循环抽气泵的功率时，可使得气体在空气循环管道200内的流速大于空气出气流道120 的流速，进而使得气体在空气循环流道的流速大于空气流道出口流速，产生压力差，方便湿润空气吸入循环。

为及时排出冷凝水，空气循环管道200包括第一管段201、第二管段202、第三管段203和第四管段204，第一管段201、第二管段 202、第三管段203和第四管段204依次连接，第二管段202和第三管段203设置于电池电堆100上方，第二管段202和第三管段203呈上下倾斜设置，第二管段202和第三管段203在前后方向上投影面的形状呈倒V型，第一管段201伸入空气进气流道110中，第二管段 202伸入空气出气流道120中。冷凝水能及时沿着第二管段202和第三管段203排出，而不会堵塞在空气循环管道200内。

又为了更好地排出冷凝水，第一管段201和第二管段202的连接处设置有圆角结构，第三管段203和第四管段204的连接处设置有圆角结构，防止冷凝水堆积堵塞空气循环管道200。

在另一些实施例中，空气循环管道200包括设置电池电堆100旁侧的弯曲段，弯曲段往外拱起，当弯曲段设置在电池电堆100上方，弯曲段向上拱起，冷凝水在重力作用下流出空气循环管道200，减少冷凝水堆积在空气循环管道200内，避免影响湿润空气的循环。

此外，由于空气进气流道110的管径比较大，还考虑到电池电堆 100内设置有多个气体通道，多个气体通道的进气端均与空气进气流道110连通，多个气体通道的出气端均空气出气流道120连通。在电池电堆100内部反应时，空气进气流道110的空气会被分别进入多个气体通道内。空气进气流道110内干燥空气和湿润空气快速混合均匀，保持电池电极内部的水热平衡效果越好。

因此还设置了出气管段210，出气管段210设置于空气进气流道 110内，出气管段210与第一管段201指的是同一管段，出气管段210 可以参照图3所示，为一条伸入空气进气流道110的直管，此时出气管段210设置有多个朝向进气口的出气孔211。第一管段201也可设置呈圆环状。

在另一些实施例中，出气管段210设置有多个出气孔211，出气管段210在垂直空气进气流道110的进气方向的平面内弯曲设置。使得出气孔211均匀设置在垂直空气进气流道110的进气方向的平面内，从出气孔211出来的湿润空气与空气进气流道110进来的干燥空气混合均匀进入电池电堆100内部。多个出气孔211呈环形间隔均布设置于出气管段210，干燥空气与湿润空气混合更加均匀。

进一步地，为了方便湿润空气吸入，设置进气管段220，进气管段220设置于空气出气流道120内，进气管段220连接有喇叭状的吸气口，吸气口朝向出气口，方便湿润空气吸入。

以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于，包括：

电池电堆(100)，其设置有出气口和进气口，所述出气口连接有空气进气流道(110)，所述进气口连接有空气出气流道(120)；

空气循环组件，其包括空气循环管道(200)，所述空气循环管道(200)具有进气端和出气端，所述进气端设置于所述空气出气流道(120)中，所述出气端设置于所述空气进气流道(110)中。

2.根据权利要求1所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述空气循环管道(200)连接有流量调节装置(300)。

3.根据权利要求2所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述流量调节装置(300)包括循环抽气泵。

4.根据权利要求3所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述风冷型燃料电池空气循环***还包括电堆抽气装置(400)，所述电堆抽气装置(400)连接于空气进气流道(110)，所述电堆抽气装置(400)的功率大于所述循环抽气泵的功率，使得气体在空气循环管道(200)内的流速大于所述空气出气流道(120)的流速。

5.根据权利要求1所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述空气循环管道(200)包括设置在所述电池电堆(100)上方的弯曲段，所述弯曲段向上拱起。

6.根据权利要求1所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述空气循环管道(200)包括第一管段(201)、第二管段(202)、第三管段(203)和第四管段(204)，所述第一管段(201)、第二管段(202)、第三管段(203)和第四管段(204)依次连接，所述第二管段(202)和第三管段(203)设置于所述电池电堆(100)上方，所述第二管段(202)和第三管段(203)呈上下倾斜设置，所述第二管段(202)和第三管段(203)在前后方向上投影面的形状呈倒V型，所述第一管段(201)伸入所述空气进气流道(110)中，所述第二管段(202)伸入所述空气出气流道(120)中。

7.根据权利要求6所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述第一管段(201)和第二管段(202)的连接处设置有圆角结构，所述第三管段(203)和第四管段(204)的连接处设置有圆角结构。

8.根据权利要求1所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述空气循环管道(200)包括设置于所述空气进气流道(110)内的出气管段(210)，所述出气管段(210)设置有多个出气孔(211)，所述出气管段(210)在垂直所述空气进气流道(110)的进气方向的平面内弯曲设置。

9.根据权利要求8所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述出气管段(210)呈圆环状，所述出气孔(211)沿着所述空气进气流道(110)的进气方向贯穿所述出气管段(210)，多个所述出气孔(211)呈环形间隔设置于所述出气管段(210)。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种风冷型燃料电池空气循环***，其特征在于：

所述空气循环管道(200)包括设置于所述空气出气流道(120) 内的进气管段(220)，所述进气管段(220)连接有喇叭状的吸气口，所述吸气口朝向所述出气口。

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