一种燃料电池后置高效膜富氧器及燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池后置高效膜富氧器及燃料电池系统，至少包括壳体，壳体为具有一定腔体容积的立体结构，壳体内设置有膜分离组件，膜分离组件至少设置有气体分离膜管，气体分离膜管外侧两端通过密封形成导流腔；壳体两侧设置有端盖，壳体与两侧端盖之间均形成一定的腔体结构，两侧端盖上分别设置有压缩空气入口和废气出口，压缩空气入口通过气体分离管与废气出口连通；壳体侧面设置有富氧集气腔，富氧集气腔上设置有富氧出口，富氧集气腔与导流腔连通。该方案高效膜富氧器可以有效降低压缩空气中的氮气含量，使得进入电堆的空气氧气浓度大大提高，也可以配合控制器实现进堆气体的可变氧浓度供气。进堆气体的可变氧浓度供气。进堆气体的可变氧浓度供气。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池后置高效膜富氧器及燃料电池系统


[0001]本技术涉及质子交换膜燃料电池系统领域，具体为一种燃料电池后置高效膜富氧器及具备该膜富氧器的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有环保、高效、启动速度快、功率密度大等优点，是未来交通动力系统的主要竞争者之一，当氢气和空气中的氧气通过质子交换膜在催化剂的作用下进行电化学反应发电时为了提高发电效率，通常对空气进行压缩，主要目的是提高氧气的浓度从而实现有限反应体积下氢气与氧气更多的接触机会从而提高反应效率。目前的燃料电池发动机系统通常设有空气滤清器，空压机，中冷器，增湿器，空气依次经过上述部件经过过滤、压缩、降温、增湿后进入电堆。由于入堆空气的含氧量只有20％左右，因而在经过电堆的空气中有约80％的不参与电化学反应的氮气是作为废气参与，这增加了系统负担，对相应零部件提出了更高的技术要求，同时也造成了极大浪费。
[0003]对于电堆来说，为了实现较高的能量密度，需要提高气体反应的压力，这对电堆的密封，双极板的抗压性能以及气密性都提高了要求，增加了技术难度以及成本。
[0004]对于空压机来说，其消耗的功率中有近80％进行毫无意义的氮气压缩；同时为了在有限空间内提供足够度的高压空气，空压的压比通常非常高，因而电机需要更高的转速，空压机也需要更高的耐压要求和密封要求，这无疑提高了空压机的技术难度和成本。
[0005]对于增湿器来说，同样道理，其增湿能力有近80％消耗在氮气的增湿上，如果进堆气体的氧浓度提高，就可以降低对增湿器的要求从而使用更小成本更低的增湿器。
[0006]对于中冷器来说，通过耐高温的膜富氧器可以在压缩气体进入中冷器以前将部分氮气去除，从而大大降低对中冷器降温能力的要求，同时降低中冷器成本以及冷却所形成的寄生功率。
[0007]因此，本领域的技术人员致力于开发一种燃料电池后置高效膜富氧器及燃料电池系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于现有技术的上述缺陷，本技术所要解决的技术问题是提供一种燃料电池后置高效膜富氧器及燃料电池系统，以提高燃料电池系统的能量密度比并降低成本。
[0009]为了解决上述问题，本技术提供一种燃料电池后置高效膜富氧器，至少包括壳体，所述壳体为具有一定腔体容积的立体结构，所述壳体内设置有膜分离组件，所述膜分离组件至少设置有气体分离膜管，所述气体分离膜管外侧两端通过密封形成导流腔；所述壳体两侧设置有端盖，所述壳体与两侧所述端盖之间均形成一定的腔体结构，两侧所述端盖上分别设置有压缩空气入口和废气出口，所述压缩空气入口通过所述气体分离膜管与所述废气出口连通；所述壳体侧面设置有富氧集气腔，所述富氧集气腔上设置有富氧出口，所述富氧集气腔与所述导流腔连通。
[0010]进一步的，所述壳体和所述端盖相对的两个端面上分别设置有安装环I和安装环II,所述安装环I和安装环II之间通过螺栓紧固，从而将所述端盖连接到所述壳体上。
[0011]进一步的，所述壳体与所述压缩空气入口一侧端盖形成的腔体为缓冲腔，该侧端盖为缓冲腔端盖；所述壳体与所述废气出口一侧端盖形成的腔体为废气腔，该侧端盖为废气腔端盖。
[0012]进一步的，所述膜分离组件设置有气体分离膜管，用于将富氧气体从压缩空气中分离，所述气体分离膜管的两端外侧通过密封灌胶与所述气体分离膜管的膜管壁形成管内和管外两个空间。
[0013]进一步的，以所述压缩空气入口为起始，所述缓冲腔端盖、所述缓冲腔、所述气体分离膜管的灌胶部、所述气体分离膜管的管壁内侧以及所述废气腔、所述废气腔端盖，最终至所述废气出口，形成连通腔体，压缩空气中氮气以及富氮气体通过该连通腔体进行排出。
[0014]进一步的，所述气体分离膜管的管壁外侧、灌胶形成的所述导流腔、所述富氧集气腔连通所述富氧出口之间形成连通腔体，压缩空气中的富氧气体通过该连通腔体与压缩空气中的其他气体诸如氮气及富氮气体分离。
[0015]进一步的，所述气体分离膜管的材质为高分子材料制成具有选择性渗透的微孔膜材料，优选为中空纤维膜。
[0016]进一步的，所述气体分离膜管的材质为耐高温材质，所述气体分离膜管的耐高温度≥170℃。
[0017]进一步的，所述膜富氧器安装于燃料电池的空压机之后，中冷器之前；或安装于中冷器之后，增湿器之前。
[0018]本申请还提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统上设置有上述所述的后置高效膜富氧器。
[0019]通过实施上述本技术提供的燃料电池后置高效膜富氧器及燃料电池系统，具有如下技术效果：本申请技术方案的高效膜富氧器利用气体分离膜管形成管壁内外两个空间，将压缩空气中的富氧气体与氮气分离，有效降低压缩空气中的氮气含量，使得进入电堆的空气氧气浓度大大提高，也可以配合控制器实现进堆气体的可变氧浓度供气。
附图说明
[0020]以下将结合附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本技术的目的、特征和效果：
[0021]图1是本技术实施例中后置高效膜富氧器结构示意图；
[0022]图2是图1拆分结构示意图；
[0023]图3是图2中膜分离组件结构示意图；
[0024]图4是图3氮氧分离示意图；
[0025]图5是图1膜分离组件剖视结构示意图；
[0026]图中：
[0027]1、壳体；10、缓冲腔端盖；11、压缩气体入口；12、废气腔端盖；13、废气出口；14、安装环I；15、安装环II；16、富氧集气腔；17、富氧出口；18、膜分离组件；180、气体分离膜管；181、导流腔；182、灌胶部；19、密封圈；
[0028]A、富氧气体；B、富氮气体；
[0029]附图中箭头表示气体流向。
具体实施方式
[0030]下面将结合本技术实施例，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0031]下面采用实施例详细描述本技术的技术方案。
[0032]如图1
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5所示，是本实施例提供的燃料电池后置高效膜富氧器，至少包括壳体 1，壳体1为具有一定腔体容积的立体结构，壳体1内设置有膜分离组件18，膜分离组件18至少设置有气体分离膜管180，气体分离膜管180外侧两端通过密封形成导流腔181；壳体1两侧设置有端盖，壳体1与两侧端盖之间均形成一定的腔体结构，两侧端盖上分别设置有压缩空气入口11和废气出口13，压缩空气入口11 通过气体分离膜管180与废气出口13连通；壳体1侧面设置有富氧集气腔16，富氧集气腔16上设置有富氧出口17，富氧集气腔16与导流腔181连通。
[0033]基于上述结构，更具体而言本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池后置高效膜富氧器，其特征在于，至少包括壳体，所述壳体为具有一定腔体容积的立体结构，所述壳体内设置有膜分离组件，所述膜分离组件至少设置有气体分离膜管，所述气体分离膜管外侧两端通过密封形成导流腔；所述壳体两侧设置有端盖，所述壳体与两侧所述端盖之间均形成一定的腔体结构，两侧所述端盖上分别设置有压缩空气入口和废气出口，所述压缩空气入口通过所述气体分离膜管与所述废气出口连通；所述壳体侧面设置有富氧集气腔，所述富氧集气腔上设置有富氧出口，所述富氧集气腔与所述导流腔连通。2.如权利要求1所述的燃料电池后置高效膜富氧器，其特征在于，所述壳体和所述端盖相对的两个端面上分别设置有安装环I和安装环II,所述安装环I和安装环II之间通过螺栓紧固，将所述端盖连接到所述壳体上。3.如权利要求2所述的燃料电池后置高效膜富氧器，其特征在于，所述壳体与所述压缩空气入口一侧端盖形成的腔体为缓冲腔，该侧端盖为缓冲腔端盖；所述壳体与所述废气出口一侧端盖形成的腔体为废气腔，该侧端盖为废气腔端盖。4.如权利要求3所述的燃料电池后置高效膜富氧器，其特征在于，所述膜分离组件设置有气体分离膜管，将富氧气体从压缩空气中分离，所述气体分离膜管的两端外侧通过密封灌胶与所述气体分离膜管的膜管壁形成管...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨田明，
申请(专利权)人：天朤江苏氢能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：