燃料电池系统技术方案

本发明专利技术公开一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：供应流路，被配置为供应反应气体；第一分支流路，从供应流路的出口端分支出来，并且被配置为将反应气体引导至第一燃料电池堆；第二分支流路，从供应流路的出口端分支出来，并且被配置为与第一分支流路连通并将反应气体引导至第二燃料电池堆；以及入口面积可变部，设置在第一分支流路和第二分支流路之间的边界区中，并且被配置为选择性地改变第一分支流路和第二分支流路的入口面积。提高了冷凝水的排出效率并提高了性能和运行效率。的排出效率并提高了性能和运行效率。的排出效率并提高了性能和运行效率。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年8月11日向韩国知识产权局提交的申请号为10
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2021
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0106303的韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及一种燃料电池系统，更具体地，涉及一种能够提高冷凝水的排出效率并提高性能和运行效率的燃料电池系统。

技术介绍

[0004]燃料电池堆是指一种通过燃料(例如，氢)的化学反应产生电能的发电装置。燃料电池堆可以通过串联堆叠数十或数百个燃料电池单元(单元电池)来构造。
[0005]燃料电池单元可以包括膜电极组件(MEA)，膜电极组件(MEA)包括允许氢阳离子移动通过的电解质膜，并且包括设置在电解质膜的相对两侧表面上以使氢和氧之间能够反应的电极(催化剂电极层)。燃料电池单元还可以包括气体扩散层(GDL)，气体扩散层(GDL)被设置为与膜电极组件的相对两侧表面紧密接触并且被配置为均匀分配反应气体并传递所产生的电能。燃料电池单元还可以包括隔板(双极板)，隔板(双极板)被设置为与气体扩散层紧密接触并且被配置为形成流路。
[0006]另外，在构成燃料电池堆的多个燃料电池单元的相对两端设置有通过带(带子)连接的一对端板。燃料电池单元可以由端板支撑以保持其表面压力(可以保持摩擦接触状态)。
[0007]同时，当含有液滴的反应气体(例如，氢)持续供应到燃料电池堆时，燃料电池堆内部会发生溢流，这会导致燃料电池堆的性能和运行效率下降。此外，在冬季，存在供应到燃料电池堆内部的冷凝水结冰的问题。
[0008]因此，为了防止溢流并稳定燃料电池堆的性能，需要将燃料电池堆内部产生的冷凝水(例如，气体扩散层和隔板的通道之间产生的冷凝水)有效排出。
[0009]在现有技术中，已经提出了一种用于增加供应到燃料电池堆的反应气体的供应流量以去除燃料电池堆内部产生的冷凝水的技术。
[0010]然而，在现有技术中，需要安装单独的鼓风机(或泵)或单独的喷射器以增加反应气体的供应流量，这使结构和制造工艺复杂化并且增加了制造成本。
[0011]特别地，在现有技术中，需要提供单独的用于安装鼓风机的空间，这导致空间利用率和设计自由度的劣化。此外，还存在鼓风机的运转引起电力消耗的问题。
[0012]因此，近来，为了确保(即，提高)冷凝水的排出性能、简化结构和制造工艺并降低成本，进行了各种研究，但研究结果仍然不充分。因此，需要开发一种技术以确保(即，提高)冷凝水排出性能、简化结构和制造工艺并降低成本。

技术实现思路

[0013]本公开的目的在于提供一种能够提高冷凝水的排出效率并提高性能和运行效率的燃料电池系统。
[0014]特别地，本公开的目的在于在没有用于排出冷凝水的单独的鼓风机的情况下有效地排出冷凝水。
[0015]本公开的目的还在于抑制燃料电池堆中的溢流并提高稳定性和可靠性。
[0016]本公开的目的还在于简化结构并提高设计自由度和空间利用率。
[0017]本公开的目的还在于降低成本并最小化电力消耗。
[0018]本公开的实施例要达到的目的不仅限于上述目的，还包括从下面描述的方案或实施例中可以理解的目的或效果。
[0019]本公开的实施例提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：供应流路，被配置为供应反应气体；第一分支流路，从供应流路的出口端分支出来，并且被配置为将反应气体引导至第一燃料电池堆；第二分支流路，从供应流路的出口端分支出来，并且被配置为与第一分支流路连通并将反应气体引导至第二燃料电池堆；以及入口面积可变部，设置在第一分支流路和第二分支流路之间的边界区中，并且被配置为选择性地改变第一分支流路和第二分支流路的入口面积。
[0020]这是为了提高燃料电池堆中的冷凝水的排出效率并提高性能和运行效率。
[0021]为了防止溢流并稳定燃料电池堆的性能，需要将燃料电池堆内部产生的冷凝水(例如，气体扩散层和隔板的通道之间产生的冷凝水)有效排出。
[0022]在现有技术中，为了去除燃料电池堆内部产生的冷凝水，需要安装单独的鼓风机(或泵)或单独的喷射器以增加供应到燃料电池堆的反应气体的供应流量。单独的鼓风机使结构和制造工艺复杂化并且增加了制造成本。特别地，在现有技术中，需要提供单独的用于安装鼓风机的空间，这导致空间利用率和设计自由度的劣化。此外，还存在鼓风机的运转引起电力消耗的问题。
[0023]然而，根据本公开的实施例，当沿供应流路供应的反应气体(例如，氢)被划分到第一分支流路和第二分支流路时，通过入口面积可变部改变第一分支流路和第二分支流路的入口面积。因此，供应到第一分支流路和第二分支流路的反应气体的供应流量可以改变。因此，可以获得有效排出燃料电池堆中的冷凝水的有利效果。
[0024]其中，根据本公开的实施例，可以通过改变第一分支流路和第二分支流路的入口面积来增大供应到第一分支流路和第二分支流路的反应气体的最大供应流量。因此，可以实现与增加反应气体的化学计量比(SR)的效果类似的效果。
[0025]这基于以下事实：随着反应气体的化学计量比(SR)增加，反应气体的再循环性能提高并且反应气体的总供应量增加，这提高了冷凝水的排出性能。根据本公开的实施例，可以通过改变第一分支流路和第二分支流路的入口面积，通过暂时性地(周期性地)增大供应到第一燃料电池堆和第二燃料电池堆的反应气体的供应流量(最大供应流量)而实现与增加反应气体的化学计量比(SR)的效果类似的效果。因此，在没有单独的鼓风机的情况下，可以获得增加冷凝水的排出效率并提高性能和运行效率的有利效果。
[0026]作为参考，在本公开的实施例中，化学计量比(SR)被定义为通过将反应气体的总供应量(例如，氢供应量+再循环氢量)除以反应气体的消耗量(目标氢供应量)得到的值
(即，通过将实际供应的氢量除以理论所需氢量得到的值)。
[0027]入口面积可变部可以具有能够选择性地改变第一分支流路和第二分支流路的入口面积的各种结构。
[0028]更具体地，入口面积可变部可以选择性地增大和减小第一分支流路的第一入口面积和第二分支流路的第二入口面积。供应到第一分支流路的反应气体的第一供应流量可以随着入口面积可变部增大或减小第一入口面积而改变。供应到第二分支流路的反应气体的第二供应流量可以随着入口面积可变部增大或减小第二分支流路的第二入口面积而改变。
[0029]根据本公开的实施例，入口面积可变部被配置为使得第一入口面积和第二入口面积相互结合地增大和减小。
[0030]例如，通过入口面积可变部，第二入口面积可以随着第一入口面积增大而减小，第二入口面积可以随着第一入口面积减小而增大。
[0031]如上所述，由于第一入口面积和第二入口面积相互结合地增大和减小，因此，可以通过单个入口面积可变部同时改变第一入口面积和第二入口面积。因此，可以获得简化入口面积可变部的结构的有利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括：供应流路，供应反应气体；第一分支流路，从所述供应流路的出口端分支出来，并将所述反应气体引导至第一燃料电池堆；第二分支流路，从所述供应流路的出口端分支出来，并且与所述第一分支流路连通并将所述反应气体引导至第二燃料电池堆；以及入口面积可变部，设置在所述第一分支流路和所述第二分支流路之间的边界区中，并且选择性地改变所述第一分支流路和所述第二分支流路的入口面积。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述入口面积可变部选择性地增大和减小所述第一分支流路的第一入口面积和所述第二分支流路的第二入口面积，供应到所述第一分支流路的所述反应气体的第一供应流量随着所述第一入口面积增大或减小而改变，并且供应到所述第二分支流路的所述反应气体的第二供应流量随着所述第二分支流路的第二入口面积增大或减小而改变。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述入口面积可变部被配置为使得所述第一入口面积和所述第二入口面积相互结合地增大和减小，所述第二入口面积随着所述第一入口面积增大而减小，并且所述第二入口面积随着所述第一入口面积减小而增大。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，所述入口面积可变部包括：轴部，可旋转地设置在所述边界区中限定的中心线上；旋转构件，被设置成围绕所述轴部可旋转，并且包括第一叶片部和第二叶片部，所述第一叶片部连接到所述轴部并具有与以所述中心线为基准限定的第一区域中的所述反应气体接触的第一接触表面，所述第二叶片部连接到所述轴部并具有与以所述中心线为基准限定的第二区域中的所述反应气体接触的第二接触表面；以及配重，设置在所述轴部上，并且向所述旋转构件施加载荷，使得所述旋转构件移动到所述第一叶片部和所述第二叶片部以所述中心线为基准平衡的位置。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述第一接触表面和所述第二接触表面各自具有直线形状、弯曲形状以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁朴仁，沉孝燮，朴仁泰，金东衍，刘诚轸，潘炫锡，金学润，
申请(专利权)人：起亚株式会社，
类型：发明
国别省市：