多堆燃料电池进气系统及多堆燃料电池供气系统的制作方法

1.本实用新型涉及轨道交通车载燃料电池电堆阴极供气技术领域，尤其是涉及一种多堆燃料电池进气系统及多堆燃料电池供气系统。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。
3.轨道交通使用的燃料电池通常使用多堆燃料电池系统，由多个燃料电池单堆组成多堆燃料电池提高输出功率，以满足大功率用电器需求，而为了满足多堆燃料电池大功率的空气供给，通常需要配备大功率的空压机，为了满足流量要求，需要选择大功率空压机或者多组空压机。
4.但是，单纯的使用大功率空压机或者多组空压机以增加气体供给流量，会导致功耗较大，不符合轨道交通机电设备的节能要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种多堆燃料电池进气系统及多堆燃料电池供气系统，以缓解了现有技术中存在的多堆燃料电池中，单纯的使用大功率空压机或者多组空压机以增加气体供给流量，会导致功耗较大的技术问题。
6.本实用新型提供的多堆燃料电池进气系统，包括：空压机、鼓风机和空气引射器；
7.所述空压机与所述空气引射器的驱动端管路连接，所述空压机用于将空气压缩后形成的压缩空气输送到所述空气引射器的驱动端中；
8.所述鼓风机与所述空压机并联设置，所述鼓风机与所述空气引射器的出气端管路连接，所述鼓风机吹出的流动空气输送到所述空气引射器的引射端中；
9.所述空气引射器用于将驱动端中的压缩空气和引射端中的流动空气混合后输送至供气系统中。
10.在可选的实施方式中，
11.所述多堆燃料电池进气系统还包括空气过滤器和空气流量计；
12.所述空压机和所述鼓风机均对应连接有空气过滤器；
13.所述空气过滤器与所述空压机之间连通的管路上以及所述空气过滤器与所述鼓风机之间连通的管路上均设置有所述空气流量计。
14.在可选的实施方式中，
15.所述多堆燃料电池进气系统还包括中冷器；
16.所述中冷器设置于所述空压机与所述空气引射器之间，所述中冷器用于降低所述空压机输出的压缩空气的温度，并将降温后的压缩空气输送至所述空气引射器中。
17.在可选的实施方式中，
18.所述多堆燃料电池进气系统还包括空气缓存罐；
19.所述空气引射器的出气端通过单向阀与所述空气缓存罐连通，所述空气缓存罐通过供气管路与供气系统连通，所述供气管路连通有放气支路，所述放气支路上设置有放气阀；
20.所述空气缓存罐上设置有温度传感器和压力传感器。
21.本实用新型提供的多堆燃料电池供气系统，包括减压管路、增湿器、空气歧管、电堆阴极和所述多堆燃料电池进气系统；
22.所述多堆燃料电池进气系统与所述减压管路连通，所述减压管路的另一端分为两个支路，两个支路分别与所述增湿器的入口端和所述空气歧管连通；
23.所述增湿器的出口端与所述空气歧管连通，经所述增湿器增湿后的湿空气进入到所述空气歧管中，所述空气歧管配置为可选择的将经所述增湿器增湿后的湿空气或经所述减压管路流入的干空气输送到多个所述电堆阴极中。
24.在可选的实施方式中，
25.所述空气歧管包括干气管路、湿气管路和三通阀；
26.所述干气管路的一端与所述减压管路连通，所述干气管路的另一端与所述三通阀的干气进气端连通；
27.所述湿气管路的一端与所述湿气管路连通，所述湿气管路的另一端与所述三通阀的湿气进气端连通；
28.所述三通阀的出气端与所述电堆阴极连通。
29.在可选的实施方式中，
30.所述干气管路具有多个干气支路，每个所述干气支路对应连通一个所述三通阀；
31.所述湿气管路具有多个湿气支路，每个所述湿气支路对应连通一个所述三通阀；
32.多个所述三通阀分别通过各自设置的入堆流量控制阀进入到多个所述电堆阴极中。
33.在可选的实施方式中，
34.所述多堆燃料电池供气系统还包括空气尾排出口；
35.所述电堆阴极通过排气管路与所述空气尾排出口连通；
36.所述排气管路依次设置有空出温度计、空出压力计和背压阀。
37.在可选的实施方式中，
38.位于所述背压阀与所述空气尾排出口之间的所述排气管路上设置有疏水阀，所述排气管路中的液体通过所述疏水阀流入到增湿器中。
39.在可选的实施方式中，
40.所述减压管路上设置有减压阀。
41.本实用新型提供的多堆燃料电池进气系统，通过空压机将空气压缩，并将压缩空气输送到空气引射器的驱动端中，鼓风机吹出的流动空气输送送到空气引射器的引射端中，驱动端中的压缩空气和引射端中的流动空气混合后，由于鼓风机吹出的流动空气流量大，因此能够使压缩空气具有较大的流量，相比于只使用空压机将目标流量压缩到指定压力，并联鼓风机可以减小空压机需要压缩的流量，减小功耗，缓解了现有技术中存在的多堆燃料电池中，单纯的使用大功率空压机或者多组空压机以增加气体供给流量，会导致功耗较大的技术问题。
附图说明
42.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本实用新型实施例提供的多堆燃料电池供气系统的整体结构示意图；
44.图2为本实用新型实施例提供的多堆燃料电池进气系统中空气引射器的结构示意图。
45.图标：1-空气过滤器；2-空气流量计；3-空压机；4-鼓风机；5-中冷器；6-空气引射器；61-驱动端；62-引射端；63-出气端；7-单向阀；8-空气缓存罐；9-温度传感器；10-压力传感器；11-放气阀；12-减压阀；13-增湿器；14-空气歧管；15-三通阀；16-入堆流量控制阀；17-电堆阴极；18-空出温度计；19-空出压力计；20-背压阀；21-疏水阀；22-湿气流量控制阀；23-尾排泄压阀；24-空气尾排出口。
具体实施方式
46.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
47.目前，轨道交通使用的燃料电池使用的多堆燃料电池系统，需要供气系统为多堆并联燃料电池提供空气，同单堆燃料电池相比，多堆燃料电池所需压力值变化不大，但所需流量成倍数增加，单纯的选择大功率空压机3或者多组空压机3以满足流量要求，会导致功耗过大，不符合轨道交通机电设备的节能要求。
48.有鉴于此，本实施例提供的多堆燃料电池进气系统，能有效改善使用大功率空压机3或者多组空压机3以满足流量要求功耗较高的问题，使燃料电池系统能够符合轨道交通机电设备的节能要求。下面对该多堆燃料电池进气系统的结构进行详细地介绍。
49.图1为多堆燃料电池供气系统的整体结构示意图，图中包括多堆燃料电池进气系统的整体结构示意图，图2为空气引射器6的结构示意图。
50.如图1、图2所示，多堆燃料电池进气系统包括：空压机3、鼓风机4和空气引射器6；空气引射器6具有三个端口，空气引射器6靠近空压机3的一端端口为驱动端61，空气引射器6靠近鼓风机4的一端端口为引射端62，空气引射器6与驱动端61相对的端口为出气端63，空压机3与空气引射器6的驱动端61管路连接，空压机3的作用是将空气进行压缩，形成压缩空气，鼓风机4与空压机3并联设置，鼓风机4与空气引射器6的出气端63管路连接，鼓风机4吹出的流动空气输送到空气引射器6的引射端62中；空气引射器6的驱动端61中的压缩空气和引射端62中的流动空气混合后从出气端63输送至供气系统中。
51.空压机3空气特点是压力高但流量低，鼓风机4空气输出特点是压力低但流量高，因此将两者并联优势可以互补，并在两者之间通过空气引射器6连接，用以混合两者的压力，能耗更低。
52.在可选的实施方式中，多堆燃料电池进气系统还包括空气过滤器1和空气流量计
2；空压机3和鼓风机4均对应连接有空气过滤器1；空气过滤器1与空压机3之间连通的管路上以及空气过滤器1与鼓风机4之间连通的管路上均设置有空气流量计2。
53.具体而言，空气过滤器1和空气流量计2均设置为两组，分别负责空压机3和鼓风机4的进气过滤和进气流量的监测
54.在可选的实施方式中，多堆燃料电池进气系统还包括中冷器5；中冷器5设置于空压机3与空气引射器6之间，空压机3压缩后的空气进入到中冷器5中，中冷器5将压缩空气降温后输送到空气引射器6中。
55.另外，由于设置了鼓风机4，减少了空压机3的流量，中冷器5所要降温的空气流量也减少，减少了中冷器5中散热器的能耗。
56.在可选的实施方式中，多堆燃料电池进气系统还包括空气缓存罐8；空气引射器6的出气端63通过单向阀7与空气缓存罐8连通，空气缓存罐8通过供气管路与供气系统连通，供气管路连通有放气支路，放气支路上设置有放气阀11；空气缓存罐8上设置有温度传感器9和压力传感器10。
57.具体而言，空气引射器6的出气端63通过管路与空气缓存罐8的进口端连通，该管路上设置有单向阀7，避免回流，空气缓存罐8的出口端通过供气管路与供气系统连通，并且在供气管路上连通有放气支路，在放气支路上安装放气阀11，放气阀11打开时，供气管路中的气体进入到放气支路中，通过放气支路将气体排出到外部，用于车辆怠速时排出多余空气。
58.并且，在空气缓存罐8上安装温度传感器9和压力传感器10，温度传感器9用于监测空气缓存罐8中的温度，温度传感器9监测到的温度信息传递到中冷器5中，中冷器5接收该温度信息，对应控制工作；压力传感器10用于检测空气缓存罐8中的气体压力，压力传感器10检测到的气体压力信息传递至空压机3中，空压机3根据该压力信息对应控制工作。
59.本实施例提供的多堆燃料电池进气系统，通过空压机3将空气压缩，并将压缩空气输送到空气引射器6的驱动端61中，鼓风机4吹出的流动空气输送送到空气引射器6的引射端62中，驱动端61中的压缩空气和引射端62中的流动空气混合后，由于鼓风机4吹出的流动空气流量大，因此能够使压缩空气具有较大的流量，相比于只使用空压机3将目标流量压缩到指定压力，并联鼓风机4可以减小空压机3需要压缩的流量，减小功耗，缓解了现有技术中存在的多堆燃料电池中，单纯的使用大功率空压机3或者多组空压机3以增加气体供给流量，会导致功耗较大的技术问题。
60.在上述实施例的基础上，本实施例提供的多堆燃料电池供气系统，包括减压管路、增湿器13、空气歧管14、电堆阴极17和多堆燃料电池进气系统；空气缓存罐8与减压管路连通，在减压管路上安装有减压阀12，减压阀12的作用是将空气缓存罐8中的压缩空气调节成设定的指定压力，减压管路中调节压力后的气体分为两个支路，两个支路分别与增湿器13的入口端和空气歧管14连通，其中一支路进入到增湿器13中的气体经过增湿器13增湿后形成的湿空气进入到空气歧管14中，另一支路中的干空气直接进入到空气歧管14中，空气歧管14可选择的将经增湿器13增湿后的湿空气或经减压管路流入的干空气输送到多个电堆阴极17中。
61.为了控制干空气和湿空气的选择供给，空气歧管14包括干气管路、湿气管路和三通阀15，三通阀15具体为l型三通阀15，具有三个端口，分别为干气进气端、湿气进气端和出
气端63，干气管路的一端与减压管路连通，干气管路的另一端与三通阀15的干气进气端连通，使减压管路支路中的干空气经过干气管路进入到三通阀15的干气进气端中，湿气管路的一端与湿气管路连通，湿气管路的另一端与三通阀15的湿气进气端连通，使经增湿器13增湿后的湿空气通过湿气管路进入到三通阀15的湿气进气端中，三通阀15的出气端63与电堆阴极17连通，利用三通阀15可选择地为电堆阴极17提供干空气或湿空气。
62.为了将湿空气或干空气输送到多个电堆阴极17中，在可选的实施方式中，干气管路具有多个干气支路，每个干气支路均对应连通一个三通阀15；湿气管路具有多个湿气支路，每个湿气支路均对应连通一个三通阀15；多个三通阀15分别通过各自设置的入堆流量控制阀16进入到多个电堆阴极17中。
63.具体而言，例如图1所示，l型三通阀15的上端为湿气进气端，l型三通阀15的下端为干气进气端，l型三通阀15的侧端为出气端63，l型三通阀15的数量与干气支路、湿气支路和电堆阴极17的数量一一对应设置，利用多个三通阀15独立控制多个电堆阴极17的供气。
64.在可选的实施方式中，多堆燃料电池供气系统还包括空气尾排出口24；电堆阴极17通过排气管路与空气尾排出口24连通；排气管路依次设置有空出温度计18、空出压力计19和背压阀20，空出温度计18的作用是监测电堆阴极17空气出口的空气温度，空出压力计19的作用是监测电堆阴极17空气出口的空气压力，背压阀20的作用是调节上游电堆空气侧的压力。
65.具体而言，排气管路中的气体通过空气尾排出口24排出，并且空气尾排出口24与增湿器13连通，增湿器13排出的气体通过空气尾排出口24排出，另外，放气支路与空气尾排出口24连通，放气支路中的气体通过空气尾排出口24排出。
66.在可选的实施方式中，位于背压阀20与空气尾排出口24之间的排气管路上设置有疏水阀21，排气管路中的液体通过疏水阀21流入到增湿器13中。
67.具体而言，由于多路电堆阴极17会产生较多的液态水，打开疏水阀21，用于排出空气出口端的液态水，在排气管路中留存下来的是饱和湿润的水汽，排气管路通过疏水阀21与增湿管路的一端连通，增湿管路的另一端与增湿器13连通，并且在增湿管路上设置有湿气流量控制阀22，调节湿气流量控制阀22用于调节进入13增湿器13的流量，当增湿器13工作时，调节湿气流量控制阀22的流量的调节确保增湿器13内空气湿润程度；当增湿器13不工作或者只是低流量时，调节湿气流量控制阀22关闭，此时多余饱和湿润空气将从排气管路端部设置的尾排泄压阀23排出，最终所有尾气统一汇聚到空气尾排出口24排出。
68.本实施例提供的多堆燃料电池供气系统，该供气系统可以通过歧管相连的l型三通阀15单独控制任意一个电堆阴极17的进气状态，是提供干空气还是湿空气；通过疏水阀21的设置可提前将电堆阴极17排出的混合湿空气中液态水排出，这样做可以减少用于增湿的湿空气中液态水夹带，避免增湿后的气体影响电堆的性能。
69.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种多堆燃料电池进气系统，其特征在于，包括：空压机(3)、鼓风机(4)和空气引射器(6)；所述空压机(3)与所述空气引射器(6)的驱动端(61)管路连接，所述空压机(3)用于将空气压缩后形成的压缩空气输送到所述空气引射器(6)的驱动端(61)中；所述鼓风机(4)与所述空压机(3)并联设置，所述鼓风机(4)与所述空气引射器(6)的引射端(62)管路连接，所述鼓风机(4)吹出的流动空气输送到所述空气引射器(6)的引射端(62)中；所述空气引射器(6)用于将驱动端(61)中的压缩空气和引射端(62)中的流动空气混合后输送至供气系统中。2.根据权利要求1所述的多堆燃料电池进气系统，其特征在于，所述多堆燃料电池进气系统还包括空气过滤器(1)和空气流量计(2)；所述空压机(3)和所述鼓风机(4)均对应连接有空气过滤器(1)；所述空气过滤器(1)与所述空压机(3)之间连通的管路上以及所述空气过滤器(1)与所述鼓风机(4)之间连通的管路上均设置有所述空气流量计(2)。3.根据权利要求2所述的多堆燃料电池进气系统，其特征在于，所述多堆燃料电池进气系统还包括中冷器(5)；所述中冷器(5)设置于所述空压机(3)与所述空气引射器(6)之间，所述中冷器(5)用于降低所述空压机(3)输出的压缩空气的温度，并将降温后的压缩空气输送至所述空气引射器(6)中。4.根据权利要求3所述的多堆燃料电池进气系统，其特征在于，所述多堆燃料电池进气系统还包括空气缓存罐(8)；所述空气引射器(6)的出气端(63)通过单向阀(7)与所述空气缓存罐(8)连通，所述空气缓存罐(8)通过供气管路与供气系统连通，所述供气管路连通有放气支路，所述放气支路上设置有放气阀(11)；所述空气缓存罐(8)上设置有温度传感器(9)和压力传感器(10)。5.一种多堆燃料电池供气系统，其特征在于，包括减压管路、增湿器(13)、空气歧管(14)、电堆阴极(17)和如权利要求1-4任一项所述的多堆燃料电池进气系统；所述多堆燃料电池进气系统与所述减压管路连通，所述减压管路的另一端分为两个支路，两个支路分别与所述增湿器(13)的入口端和所述空气歧管(14)连通；所述增湿器(13)的出口端与所述空气歧管(14)连通，经所述增湿器(13)增湿后的湿空气进入到所述空气歧管(14)中，所述空气歧管(14)配置为可选择的将经所述增湿器(13)增湿后的湿空气或经所述减压管路流入的干空气输送到多个所述电堆阴极(17)中。6.根据权利要求5所述的多堆燃料电池供气系统，其特征在于，所述空气歧管(14)包括干气管路、湿气管路和三通阀(15)；所述干气管路的一端与所述减压管路连通，所述干气管路的另一端与所述三通阀(15)的干气进气端连通；所述湿气管路的一端与所述湿气管路连通，所述湿气管路的另一端与所述三通阀(15)的湿气进气端连通；所述三通阀(15)的出气端(63)与所述电堆阴极(17)连通。
7.根据权利要求6所述的多堆燃料电池供气系统，其特征在于，所述干气管路具有多个干气支路，每个所述干气支路对应连通一个所述三通阀(15)；所述湿气管路具有多个湿气支路，每个所述湿气支路对应连通一个所述三通阀(15)；多个所述三通阀(15)分别通过各自设置的入堆流量控制阀(16)进入到多个所述电堆阴极(17)中。8.根据权利要求5所述的多堆燃料电池供气系统，其特征在于，所述多堆燃料电池供气系统还包括空气尾排出口(24)；所述电堆阴极(17)通过排气管路与所述空气尾排出口(24)连通；所述排气管路依次设置有空出温度计(18)、空出压力计(19)和背压阀(20)。9.根据权利要求8所述的多堆燃料电池供气系统，其特征在于，位于所述背压阀(20)与所述空气尾排出口(24)之间的所述排气管路上设置有疏水阀(21)，所述排气管路中的液体通过所述疏水阀(21)流入到增湿器(13)中。10.根据权利要求5所述的多堆燃料电池供气系统，其特征在于，所述减压管路上设置有减压阀(12)。

技术总结
本实用新型提供了一种多堆燃料电池进气系统及多堆燃料电池供气系统，涉及轨道交通车载燃料电池电堆阴极供气技术领域，通过空压机将空气压缩，并将压缩空气输送到空气引射器的驱动端中，鼓风机吹出的流动空气输送送到空气引射器的引射端中，驱动端中的压缩空气和引射端中的流动空气混合后，由于鼓风机吹出的流动空气流量大，因此能够使压缩空气具有较大的流量，相比于只使用空压机将目标流量压缩到指定压力，并联鼓风机可以减小空压机需要压缩的流量，减小功耗，缓解了现有技术中存在的多堆燃料电池中，单纯的使用大功率空压机或者多组空压机以增加气体供给流量，会导致功耗较大的技术问题。术问题。术问题。


技术研发人员：杨加康 蒋宽 李检华 李硕德
受保护的技术使用者：苏州中车氢能动力技术有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/28