燃料電池設(shè)備及燃料電池能源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種燃料電池設(shè)備及燃料電池能源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將貯存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，由于不受卡諾循環(huán)的限制，其直接發(fā)電效率可高達45%以上，具有環(huán)保、能量轉(zhuǎn)化效率高、壽命長等特點，在航空航天、潛艇、電動車、電站、移動設(shè)備、居民家庭等領(lǐng)域存在廣泛的應(yīng)用前景。以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為例，電池核心發(fā)電模塊一一電堆由若干個單電池串聯(lián)組成，單電池由膜電極、陽極板和陰極板(或雙極板)配合形成三明治結(jié)構(gòu)。其中陽極板和陰極板上刻有流道，為反應(yīng)氣體提供運輸通道。燃料氫氣沿陽極板流道分配在膜電極的陽極側(cè)，在陽極催化劑的作用下解離成電子和質(zhì)子，電子經(jīng)外電路到達陰極，質(zhì)子直接穿過膜電極到達陰極，與陰極反應(yīng)氣體中的氧氣反應(yīng)生成水。此過程的產(chǎn)物為電能、熱和水。以電堆為核心，燃料電池系統(tǒng)集成了電源管理，熱管理等模塊，具有氣、電、熱、水統(tǒng)籌管理的特征。
[0003]質(zhì)子交換膜燃料電池的性能很大程度上決定于質(zhì)子交換膜的導電性，這就要求電堆保持良好的濕潤狀態(tài)。一般情況下，需要進行外加濕方式滿足電堆濕度。外加濕指利用加濕設(shè)備對進入電堆前的反應(yīng)氣加濕，反應(yīng)氣體達到特定溫濕度后進入電堆參與電化學反應(yīng)。由于被加濕的反應(yīng)氣體從加濕設(shè)備到電堆要經(jīng)過一段管路，此過程若不進行保溫伴熱措施，管路散熱會引起反應(yīng)氣體中的水分部分冷凝，管路中聚集的液態(tài)水容易導致管路壓損過大，嚴重時會形成液封影響反應(yīng)氣體的穩(wěn)定流動。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池設(shè)備一般利用保溫層和電伴熱對加濕設(shè)備到電堆的一段管路進行保溫。如圖1所示，燃料電池設(shè)備的原料氣體為空氣和氫氣，空氣經(jīng)過第一反應(yīng)物加濕器81，氫氣經(jīng)過第二反應(yīng)物加濕器82，加濕后的氣體分別通過第一反應(yīng)物輸入管21和第二反應(yīng)物輸入管22進入電堆10，其中第一反應(yīng)物輸入管21和第二反應(yīng)物輸入管22外側(cè)設(shè)置有電伴熱和保溫層，以防止反應(yīng)氣體中的水分冷凝。此種方法雖然可以防止被加濕的反應(yīng)氣體中的水分大量冷凝，但是穩(wěn)定性低、能耗高、安全可靠性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種燃料電池設(shè)備及燃料電池能源系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池設(shè)備的伴熱保溫裝置能耗高的問題。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃料電池設(shè)備，包括:電堆;反應(yīng)物輸入管，與電堆連接以輸入反應(yīng)物;換熱管，與反應(yīng)物輸入管的至少一部分并行設(shè)置，且換熱管內(nèi)的流通通道與反應(yīng)物輸入管內(nèi)的流通通道通過一隔壁相間隔；第一導熱部，連接電堆和換熱管，以將電堆產(chǎn)生的廢熱傳遞到換熱管。
[0007]進一步地，反應(yīng)物輸入管包括:第一反應(yīng)物輸入管，與電堆連接以輸入第一反應(yīng)物;第二反應(yīng)物輸入管，與電堆連接以輸入第二反應(yīng)物;換熱管同時與第一反應(yīng)物輸入管和第二反應(yīng)物輸入管進行熱傳遞。
[0008]進一步地，反應(yīng)物輸入管包括:第一反應(yīng)物輸入管，與電堆連接以輸入第一反應(yīng)物;第二反應(yīng)物輸入管，與電堆連接以輸入第二反應(yīng)物;換熱管包括:第一換熱管，與第一反應(yīng)物輸入管的至少一部分并行設(shè)置，且第一換熱管與第一反應(yīng)物輸入管進行熱傳遞;第二換熱管，與第二反應(yīng)物輸入管的至少一部分并行設(shè)置，且第二換熱管與第二反應(yīng)物輸入管進行熱傳遞;第一導熱部與第一換熱管和/或第二換熱管連接。
[0009]進一步地，換熱管的入口位于換熱管的靠近電堆的一端，換熱管的出口位于換熱管的遠離電堆的一端。
[0010]進一步地，燃料電池設(shè)備還包括:熱循環(huán)部，包括換熱輸入管、水箱、栗體和熱回流管，熱輸入管連接水箱的出口和電堆的換熱入口，栗體設(shè)置在熱輸入管上，熱回流管連接電堆的換熱出口和水箱的入口；第一導熱部包括:第一支管，連接熱回流管和換熱管。
[0011]進一步地，燃料電池設(shè)備還包括回流支管，回流支管連接換熱管與水箱的入口。
[0012]進一步地，熱循環(huán)部還包括散熱器，設(shè)置在熱回流管上，第一支管連接在熱回流管的散熱器和水箱之間的管路上。
[0013]進一步地，燃料電池設(shè)備還包括:尾氣管，與電堆連接以輸出尾氣；第一導熱部包括:第二支管，連接尾氣管和換熱管。
[0014]進一步地，尾氣管包括用于輸出電堆的陰極的尾氣的陰極尾氣管和用于輸出電堆的陽極的尾氣的陽極尾氣管;第二支管同時與陰極尾氣管和陽極尾氣管連接。
[0015]進一步地，反應(yīng)物輸入管和換熱管形成三層套管結(jié)構(gòu)，三層套管結(jié)構(gòu)包括內(nèi)流通通道、中間流通通道和外流通通道，其中內(nèi)流通通道和外流通通道均為反應(yīng)物輸入管或換熱管。
[0016]進一步地，反應(yīng)物輸入管和換熱管形成三層夾層管結(jié)構(gòu)，三層夾層管結(jié)構(gòu)包括上管、下管和夾持在上管與下管之間的中管，其中上管和下管均為反應(yīng)物輸入管或換熱管。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種燃料電池能源系統(tǒng)，包括燃料電池設(shè)備和負載，燃料電池設(shè)備為上述的燃料電池設(shè)備。
[0018]進一步地，燃料電池能源系統(tǒng)還包括第二導熱部，與負載和燃料電池設(shè)備的換熱管連接，以將負載產(chǎn)生的廢熱傳遞到換熱管。
[0019]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，燃料電池設(shè)備包括換熱管和第一導熱部，其中換熱管用于與反應(yīng)物輸入管進行換熱而第一導熱部則將電堆產(chǎn)生的廢熱傳遞到換熱管，因此換熱管將電堆產(chǎn)生的廢熱傳遞給反應(yīng)物輸入管以保持反應(yīng)物輸入管及其內(nèi)的反應(yīng)物的溫度，避免由于溫度過低造成水分冷凝而影響反應(yīng)物順暢輸送，或造成電堆水淹，此外，該燃料電池設(shè)備利用電堆的廢熱對反應(yīng)物輸入管進行加熱保溫，耗能少，起到了節(jié)能環(huán)保的效果。
【附圖說明】
[0020]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0021]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池動力系統(tǒng)的實施例的示意圖；
[0022]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池動力系統(tǒng)的實施例的示意圖；
[0023]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第一種實施例的縱剖示意圖；
[0024]圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第一種實施例的橫剖示意圖；
[0025]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第二種實施例的縱剖示意圖；
[0026]圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第二種實施例的橫剖示意圖；
[0027]圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第三種實施例的縱剖示意圖；
[0028]圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第三種實施例的橫剖示意圖；
[0029]圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第四種實施例的縱剖示意圖；
[0030]圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第四種實施例的橫剖示意圖；
[0031]圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第四種實施例的縱剖示意圖；以及
[0032]圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池設(shè)備的反應(yīng)物輸入管和換熱管的第四種實施例的橫剖示意圖。
[0033]其中，上述附圖包括以下附圖標記:
[0034]10、電堆;20、反應(yīng)物輸入管;21、第一反應(yīng)物輸入管;22、第二反應(yīng)物輸入管;30、換熱管;31、第一換熱管;32、第二換熱管;41、水箱;42、栗體;43、散熱器;50、第一支管;60、回流支管;71、陰極尾氣管;72、陽極尾氣管;81、第一反應(yīng)物加濕器;82、第二反應(yīng)物加濕器。<