本发明专利技术涉及一种用于大功率燃料电池的富氧装置及大功率燃料电池系统。富氧装置包括富氧罐，其中富氧罐包括相互独立的第一腔体和第二腔体，第一腔体位于第二腔体下方；第一腔体为富氧腔，腔体内设置有中空纤维管束以将空气分离为贫氧气体和富氧气体，所得富氧气体进入燃料电池系统；所产生贫氧气体进入第二腔体贫氧腔，同时贫氧腔可直接向燃料电池输入贫氧气体。本发明专利技术可较好的实现空气分离，从而相较于空气提升输出气体的氧气浓度，满足大功率燃料电池高氧耗的需求；通过在大功率燃料电池系统氧化剂气体进气端加装富氧罐，可选择更小的空压机、中冷器、增湿器等减小系统的零部件成本，从而减小系统的辅助功耗和整体生产成本。从而减小系统的辅助功耗和整体生产成本。从而减小系统的辅助功耗和整体生产成本。
【技术实现步骤摘要】
一种用于大功率燃料电池的富氧装置及大功率燃料电池系统
[0001]本专利技术属于燃料电池系统领域，具体涉及一种用于大功率燃料电池的富氧装置及大功率燃料电池系统。
技术介绍
[0002]燃料电池由于其有能量转换效率高、环境污染小和比能量密度高的特点，受到广泛关注。随着燃料电池的应用领域拓宽以及应用规模增大，大功率燃料电池的需求也不断上升。尤其对于交通领域，燃料电池作为车载发电与能量转换装置，主要承担能量转换与输出角色。通常在车载系统中匹配相应的动力电池作为能量收集与中转装置，由于成本和体积重量等限制，动力电池的需求将继续缩小。因此，对燃料电池的功率需求增大。燃料电池中反应所需氧化剂通常为空气，通过空压机及过滤装置直接输入系统，然而空压机做功与进气量呈现正相关，做功过程需要消耗燃料电池自身的能量，产生辅助功耗。较大的功率需要更大的进气系统。因此，为满足大功率燃料电池氧化剂的需求，可增大空压机功率或者提升进气氧浓度。增大空压机功率是直接的办法，同时带来更大的辅助功耗，若采用一种无需能耗的被动装置，提升进气氧浓度，满足进气需求的同时尽量减小辅助功耗，将有利于大功率燃料电池的运行与发展。
[0003]采用膜分离技术提升氧气浓度是一种先进的技术，通常应用于燃烧等热化学反应领域。该技术采用特种透气膜，利用膜对空气中氧气与其他气体的透过性不同，在一定负压下对空气中氧气进行分离富集，从而提升氧气浓度，达到被动分离的目的。在燃料电池进气系统中，空压机开启后能使前端持续保持负压，满足膜分离技术的使用条件，因此将膜分离技术应用于大功率燃料电池领域具有较好的前景。
[0004]在目前已有专利中，中国专利CN215988863U通过板式膜富氧器与燃料电池空路子系统集成开发，将压缩空气传送至膜富氧器，提升了进气氧浓度，降低了增湿器的增量。但其缺点在于，由于结构限制，不能减小空压机的功率，不适合应用于大功率燃料电池系统，此外，由于其采用集成式结构，体积过大不适合实际装车使用。中国专利CN 217035693U公开了一种燃料电池后置高效膜富氧器应用于燃料电池系统，该方法能降低压缩空气中的氮气含量。但其缺点在于，由于其结构限制在燃料电池系统关机过程中，过高的氧浓度不利于关机吹扫。如何能够提升燃料电池系统中进气氧浓度，并且还能够在燃料电池系统关机过程中顺利吹扫，是现有技术中亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于大功率燃料电池的富氧装置及大功率燃料电池系统，以解决现有技术中如何提升进气氧浓度并且还能够顺利吹扫的问题。
[0006]本专利技术提供了一种用于大功率燃料电池的富氧装置，所述富氧装置包括富氧罐，所述富氧罐包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体相互独立，所述第一腔体位于第二腔体下方；
[0007]所述富氧罐一端设置有第一入口，第一入口与第一腔体连通以输入空气；
[0008]所述第一腔体内设置有中空纤维管束，空气经所述第一腔体内的中空纤维管束分离形成贫氧气体和富氧气体；所述第一腔体下方设置有第一出口，所述第一出口用于排出富氧气体；
[0009]所述第二腔体远离第一入口的一端设置有第二出口，所述第二出口与所述第一腔体连通或断开，所述第二出口与所述第一腔体连通向第二腔体输入贫氧气体，或者，所述第一出口与所述第一腔体断开，以使第一腔体排出贫氧气体或第二腔体排出贫氧气体。
[0010]进一步地，所述第一腔体靠近第一入口的一端设置有第一缓冲腔，远离第一入口的一端设置有第二缓冲腔，第二缓冲腔远离第一入口的一端设置有第三出口，所述第三出口用于排出富氧罐第一腔体内的贫氧气体。
[0011]进一步地，所述富氧装置还包括气体控制器，所述第二出口通过高压贫氧气体管路与所述气体控制器上端连接，所述气体控制器左端与第三出口连接，所述气体控制器下端设置有第四出口和右端设置有第五出口。
[0012]进一步地，所述第五出口和第一出口均设置有氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器用于检测氧气浓度。
[0013]进一步地，所述第二腔体内设置有压力传感器，所述压力传感器与所述气体控制器信号连接，所述压力传感器检测第二腔体内贫氧气体的气压；
[0014]当所述第二腔体内的气压达到设置阈值时，所述气体控制器控制第三出口和第五出口关闭，第二出口和第四出口打开以排出中空纤维管束内的贫氧气体；
[0015]当燃料电池反应结束时，所述气体控制器控制第四出口关闭，第二出口、第三出口和第五出口打开以排出第一腔体和第二腔体内的贫氧气体进行吹扫。
[0016]进一步地，所述中空纤维管束由若干个纤维管组成，所述中空纤维管束为多管并列设置。
[0017]进一步地，所述第一腔体两端分别设置有密封板，所述密封板上设置有与所述中空纤维管束截面形状相适配的固定孔，所述固定孔用于将所述中空纤维管束固定在密封板上，所述密封板和所述中空纤维管束均为可拆卸设置。
[0018]一种大功率燃料电池系统，所述燃料电池系统包括氧化剂进气系统，所述氧化剂进气系统与燃料电池电堆连接，所述氧化剂进气系统包括如上述任一项所述的一种用于大功率燃料电池的富氧装置。
[0019]进一步地，所述氧化剂进气系统还包括空气过滤器、空气压缩机、冷却器和增湿器，所述空气过滤器与所述空气压缩机连接，所述富氧罐安装于所述空气压缩机与所述冷却器之间，所述增湿器一端与所述冷却器连接，另一端连接三通阀第一端；
[0020]所述富氧罐的富氧气体出口与所述冷却器连接，所述富氧罐的贫氧气体出口与所述三通阀连接第二端。
[0021]进一步地，所述三通阀第三端与所述燃料电池电堆阴极连接，当所述燃料电池系统工作时，所述三通阀控制富氧气体进入燃料电池电堆进行供氧；当所述燃料电池系统工作结束时，所述三通阀控制贫氧气体进入燃料电池电堆进行吹扫。
[0022]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0023]1、本专利技术通过在富氧罐内设置独立的两个腔体，并在第一腔体内设置中空纤维管
束对空气进行分离，可较好的实现富氧气体和贫氧气体的分离，从而相较于空气提升输出气体的氧气浓度，满足大功率燃料电池高氧耗的需求；
[0024]2、通过第二腔体存储贫氧气体，在系统关机过程中，提供低氧浓度气体，能使得关机过程中燃料电池电堆中氧浓度迅速下降，减少吹扫气体的吹扫时间和消耗量；
[0025]3、通过在大功率燃料电池系统氧化剂气体进气端加装富氧罐，提升燃料电池系统进气中氧气浓度，减小进气总流量，从而减小空压机辅助功耗，提升系统整体效率；由于加装富氧罐，可选择更小的空压机、中冷器、增湿器等减小系统的零部件成本，从而减小系统整体的生产成本。
[0026]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于大功率燃料电池的富氧装置，其特征在于，所述富氧装置包括富氧罐，富氧罐(1)包括第一腔体(101)和第二腔体(102)，第一腔体(101)和第二腔体(102)相互独立，所述第一腔体(101)位于第二腔体(102)下方；所述富氧罐(1)一端设置有第一入口(105)，第一入口(105)与第一腔体(101)连通以输入空气；所述第一腔体(101)内设置有中空纤维管束(109)，空气经所述第一腔体(101)内的中空纤维管束(109)分离形成贫氧气体和富氧气体；所述第一腔体(101)下方设置有第一出口(106)，所述第一出口(106)用于排出富氧气体；所述第二腔体(102)远离第一入口(105)的一端设置有第二出口(107)，所述第二出口(107)与所述第一腔体(101)连通或断开，所述第二出口(107)与所述第一腔体(101)连通向第二腔体(102)输入贫氧气体，或者，所述第一出口(106)与所述第一腔体(101)断开，以使第一腔体(101)排出贫氧气体或第二腔体(102)排出贫氧气体。2.根据权利要求1所述的一种用于大功率燃料电池的富氧装置，其特征在于，所述第一腔体(101)靠近第一入口(105)的一端设置有第一缓冲腔(103)，远离第一入口(105)的一端设置有第二缓冲腔(104)，第二缓冲腔(104)远离第一入口(105)的一端设置有第三出口(108)，所述第三出口(108)用于排出富氧罐(1)第一腔体(101)内的贫氧气体。3.根据权利要求2所述的一种用于大功率燃料电池的富氧装置，其特征在于，所述富氧装置还包括气体控制器(110)，所述第二出口(107)通过高压贫氧气体管路与所述气体控制器(110)上端连接，所述气体控制器(110)左端与第三出口(108)连接，所述气体控制器(110)下端设置有第四出口(111)和右端设置有第五出口(112)。4.根据权利要求3所述的一种用于大功率燃料电池的富氧装置，其特征在于，所述第五出口(112)和第一出口(106)均设置有氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器用于检测氧气浓度。5.根据权利要求3所述的一种用于大功率燃料电池的富氧装置，其特征在于，所述第二腔体(102)内设置有压力传感器，所述压力传感器与所述气体控制器(110)信号连接，所述压力传感器检测第二腔体(102)...
【专利技术属性】
技术研发人员：江坤，唐廷江，黄易元，陈宏，闫文锋，
申请(专利权)人：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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